Labornetzteil, Multimeter und Schaltpläne – Die Grundausrüstung für jede Diagnose

Das Lokalisieren und ausfindig machen der Fehler auf der Hauptplatine eines Gerätes ist ein komplexes Unterfangen und benötigt in der Regel viel Zeit. Potenziell jeder Mikrocontroller, jede Diode und jeder Kondensator, Transistor, Filter oder jede Spule können der Verursacher für einen Totalausfall des Gerätes sein. Jeder Halbleiter bzw. jedes passive SMD-Bauteil hat seine Grundfunktion, die gestört sein kann, wenn korrelierende Leiterbahnen und verbundene Bauteile und Pins aufgrund von unterschiedlichsten Fehlerquellen nicht mehr miteinander “kommunizieren” können.

Die Vielseitigkeit und Komplexität des Gerätes und die Anzahl an möglichen Fehlern erschwert die Suche, da in den meisten Fällen ein individuelles Problem vorliegt. Oft ähnelt ein Problem dem Anderen, jedoch ist die Quelle eine ganz andere.

Deshalb verwenden wir für die richtige Diagnose hochwertige Messgeräte mit geringer Messwertabweichung für Durchgangsprüfungen, Widerstandsmessungen und Prüfung von korrekten Spannungsabfallen hinter den einzelnen Bauteilen über einen Diodenprüfmodus. Für die Lokalisation von Traces (Leiterbahnen) und dessen benötigten Spannungen und die Verbindungen der einzelnen Mikrocontroller/Bauteile verwenden wir eine spezielle Software (ZXW), die Schaltpläne, Blockdiagramme und viele wichtige Informationen parat halten. Dazu kommt noch weitere hochwertige Ausrüstung wie Stereomikroskope, SMD-Rework Stationen, Wärmebild-Kameras und Labornetzteile (z.B. Injizieren von Niederspannung an einem möglichen defekten Bauteil und Lokalisierung durch Wärmeentwicklung).

Häufige Gründe für einen Ausfall können sein:

• Wasserschäden (Korrodierte Verbindungen/Bauteile, Folgeschäden durch Kurzschlüsse)
• Allgemeine Kurzschlüsse
• Allgemein defekte passive Bauteile (z.B. defekter Kondensator der ein Masseschluss verursacht)
• Kalte Lötstellen (Unterbrechung des Stromkreises, steigender Widerstand)
• Gelöste Pins/Verbindungen (z.B. durch physische Einwirkung)
• Defekte Mikrocontroller (z.B. ablösende Layer oder kaputte Transistoren innerhalb eines ICs)
• u.v.m

Mikrocontroller – Halbleiter zur Steuerung von Schaltkreisen

Ein IC (Integrated Circuit) ist ein eigenständiger “Computer” dessen Bauteile, die standardmäßig Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren beinhalten, vereinfacht gesagt als ein einzelnes Bauteil zusammengefasst wurden. Dieses Bauteil, geschützt durch einen Kunststoffmantel, kann dann als Chip in bereits bestehende Schaltkreise implementiert werden. Solche Mikrocontroller befinden sich in der heutigen Zeit auf so gut wie jeder Platine eines elektrischen Gerätes, wo dieser dann seine ganz spezifische Funktion erfüllt.

In einem modernen Prozessor (z.B. der Apple A16 Bionic – Kaum größer als eine Fingerkuppe) befinden sich 16 Milliarden Transistoren und z.B. die Verarbeitung von Grafikausgaben mit integrierter GPU und das alles in Strukturgrößen von wenigen Nanometern.

Leider sind auch solche Bauteile nicht von Defekten ausgenommen. Auch wenn ein Schaden eines Mikrocontrollers recht selten vorkommt, können auch diese mit der Zeit ihre Funktion verlieren. Meistens jedoch sind es kalte Lötstellen, gebrochene Verbindungen und abgelöste Lötpads, die den Fehler verursachen.

Wir sind in der Lage, die Verbindungen der Pins und Pads sämtlicher Mikrocontroller (Entweder mit einem Reflow bzw. durch Reballing) an den anliegenden Leiterbahnen und Bauteilen wieder herzustellen. Bei einem tatsächlich defekten IC haben wir die Möglichkeit, diesen ebenfalls auszutauschen. Die Platine wird dabei vom Overfill befreit und gereinigt und für den neuen Chip vorbereitet. An dem neuen Chip werden die Lötbälle mit Lötpaste und einer passenden Schablone unter Zufuhr von Heißluft aufgebracht. Der Chip wird dann anschließend wieder mit der Platine verlötet.

Als Beispiel befinden sich auf dem Logicboard (Auch Motherboard oder Platine genannt) eines Smartphones unter anderen folgende Mikrocontroller:

• PMIC (Power-Management IC für die Verwaltung des Energiebedarfes)
• CPU+RAM (Prozessor- und Arbeitsspeicher für die Verarbeitung aller Befehle)
• AUDIO IC (Zuständig für die Ausgabe von Tönen)
• LADE IC (U2, Tristar und Hydra für die Verarbeitung des Ladevorgangs)
• SPEICHER IC (eMMC-Flash und NAND-Speicher zum Speichern von Daten)
• TOUCH IC (Zur Verarbeitung von Berührungen auf dem Touchscreen)
• u.v.m

Surface Mounted Device – Die passiven Bauelemente einer Platine

Elektrische Bauelemente, die keine Drahtanschlüsse, sondern lötfähige Anschlussflächen besitzen, werden in Kurzform als “SMD” bezeichnet. Ohne diese Bauelemente wären ebenfalls keine komplexen Schaltkreise möglich, die sich auf den Platinen sämtlicher elektrischer Geräte befinden.

Die kleinsten Bauelemente haben dabei teilweise nur eine Länge und Breite von 0,4 und 0,2 mm und müssen somit unter dem Stereomikroskop ausgetauscht werden, sollte ein entsprechendes defekten Bauelement vorliegen. Im Normalfall werden diese Elemente mit Bestückungsmaschinen industriell auf den Platinen aufgebracht.

Für den Austausch verwenden wir deswegen hochwertige Rework-Stationen speziell für die Größe im Bereich “Nanolöten”.

Zu den Bauelementen gehören überwiegend folgende Gruppen:

• Dioden (Vorwiegend Gleichrichter in elektrischen Schaltungen)
• Widerstände (Begrenzen den fließenden Strom)
• Transistoren (Verstärken oder Schalten von Strom)
• Kondensatoren (Speichern von elektrischer Ladung)
• Ferritkerne (Störfilter für elektromagnetische Wellen)
• Drosseln/Induktoren (Verhindern von Stromschwankungen)
• u.v.m

Bei enormen und irreparablen Platinenschäden – Der “Board Swap” als letzte Rettung

Leider kommt es relativ häufig vor, dass bei einem Wasserschaden das Logicboard aufgrund der Vielzahl an Fehlern und Defekten nicht mehr zu reparieren ist. Der Aufwand für die Diagnose und anschließende Behebung wäre so groß und zeitaufwändig, dass dies aus wirtschaftlicher Sicht keinen Sinn machen würde.

Auch bei extremer physischer Einwirkung von außen kann die Platine dauerhaft beschädigt werden. Dies ist in der Regel der Fall, wenn das Gerät aus großer Höhe aufschlägt oder von einem Auto überrollt wird. Dabei kann die Platine brechen, die Verbindung der einzelnen Layer bricht auf oder viele elektrische Bauelemente auf einmal gehen kaputt.

Folgende Bedingungen sind die Grundlage für ein Board-Swap:

• Der Prozessor muss intakt sein
• Der Speicher (eMMC/NAND) muss intakt sein
• Der LOGIC-EEPROM muss intakt sein (Nur bei iPhone)

Die aufgezählten Mikrocontroller und Speicher sind miteinander “verheiratet”, was bedeutet, dass wenn eine gekoppelte Komponente defekt ist, keine Möglichkeit mehr besteht durch einen Board-Swap mit einer Spenderplatine die Daten zu sichern.

Insbesondere bei Wasserschäden besteht die Möglichkeit, dass eine der Komponenten beschädigt wurde!

Wiederherstellen von Leiterbahnen – Verlegen von Jumperwire

Oft werden bei eigenständigen Reparaturversuchen von Kunden Leiterbahnen auf der Platine beschädigt. Dies geschieht dann, wenn z.B. versucht wird, mit einem zu hohen Kraftaufwand einen HDMI-Port zu entfernen, obwohl sich das Lot noch nicht vollständig verflüssigt hat oder die Temperatur zu niedrig war. Weist so ein Port bereits einen Wackelkontakt auf, besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Leiterbahnen der einzelnen Kontakte zu zerstören, durch die ständige Bewegung, die durch das Einführen des Steckers erzeugt wird.

Für solche Fälle haben wir die Möglichkeit diese Leiterbahnen wieder herzustellen, indem wir “Jumperwire” verwenden, mit teilweise einer Dicke von 0,02 mm, welches entweder an die intakte freigelegte Leiterbahn oder an dem angrenzenden Bauelement angelötet wird.

Dank dieser Technik besteht ebenfalls die Möglichkeit ganze defekte Schaltkreise mit einem Jumper zu umgehen, um beispielsweise eine Datenrettung des Gerätes vorzunehmen, wenn nur die Daten gebraucht werden. Grundsätzlich können so auch bestimmte Bauelemente, die nicht unbedingt nötig sind und ein Defekt aufweisen, umgangen werden um so das Gerät wieder funktionsfähig zu machen.

Der Spezialdraht ist trotz seines geringen Durchmessers isoliert und die gelegten Ersatz-Leiterbahnen werden anschließend vorsorglich mit Solder-Mask (Aushärtendes Material unter UV-Licht) geschützt.

Generelle Lötarbeiten – Egal ob Ladebuchse oder HDMI-Port, egal welches Gerät

Aufgrund unserer speziellen Ausrüstung rund um den Bereich Löten, SMD-Rework und Nano-Löten, sind wir bestens aufgestellt, um so gut wie jede Arbeit in diesem Segment zu erledigen. Viele Arbeiten können wir sogar deutlich einfacher und schneller erledigen, mit einem erheblich geringeren Risiko, da mittlerweile selbst weniger funktionsreiche elektrische Geräte oftmals trotzdem sehr kleine verbaute Teile besitzen. Da kann selbst der Austausch einer einfachen Ladebuchse mit wenigen Auflageflächen zum Problem werden.

Viele Arbeiten lassen sich problemlos auch ohne Schaltplan erledigen, falls mal ein außergewöhnliches Gerät dabei ist. Sollten diese Daten doch nötig sein, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass wir diese besorgen können.

Unter anderem bieten wir dabei folgende Leistungen an:

• Austausch von Ladebuchsen an z.B. Smartphones (Type-C, Lightning, Mikro USB, …)
• Austausch von HDMI-Ports von Konsolen, Fernseher und anderen Geräten
• Löten von Kabeln, Steckverbindungen und Steckern
• Nachlöten kalter oder gebrochener Lötstellen
• u.v.m