О способе защиты кристаллов GPU и прочих микросхем от сколов

Совсем недавно я делал обзор старого компьютера, а когда снял радиаторы с системной платы, понял, что они небезопасны в обслуживании. В итоге было решено создать защитную рамку вокруг кристаллов северного и южного моста из силиконового герметика.

Сейчас же мы продолжим эксперименты по защите кристаллов от сколов при обслуживании компьютерного оборудования, подверженного повреждениям во время монтажа и демонтажа систем охлаждения.

Начнём с того, что у меня тут валяется коробка старых видеокарт. Практически все они неисправны по разным причинам. Но половина (если не больше) неисправностей – именно сколы кристалла GPU.

Начнём с единственного рабочего экземпляра видеокарты в коробке – GeForce 9500 GT на 512 MB DDR 2. И пусть вас не смущает тестовый стенд – мне просто нужно было проверить видеокарту.

                       

Видеокарта прекрасно работает. Даже набирает 1576-1676 fps в тесте ChimbaBenchXPL-A1. Правда, ограничителем производительности оказался центральный процессор...

                                               

Впрочем, ChimbaBenchXPL ещё только в начальной стадии разработки. Потом добавлю тестовые сцены, и можно будет полноценно протестировать видеокарту. Лучше вернёмся к теме статьи.

Есть у нас тут три видеокарты с чипами без видимых сколов. Их я попытаюсь отремонтировать. Там есть проблемы с цепями питания. Так же есть шесть видеокарт со сколотыми чипами. Некоторые из них работают ещё, но нестабильно. Даже пластиковая защитная рамка не уберегла некоторые чипы от сколов. Над такими картами «плясать с бубном» уже поздно. Ну а нерабочие карточки с железными рамками трогать не будем. Тут в основном видеокарты «зелёного лагеря», ибо множество карт «красного» уже давно были разобраны на запчасти, как непригодные для ремонта.

                               

Приступаем к первой видеокарте. И нет, это не рабочая GeForce 9500 GT. Просто у меня есть две одинаковые модели, но одна с проблемой в цепях питания. Потом как-нибудь попытаюсь отремонтировать. Тем более есть рабочий образец под рукой для измерений.

                       

Осматриваю кристалл. Наклеиваю малярную ленту на подложку, так как не хочу сделать намертво – вдруг эксперимент пройдет неудачно. Да и просто хотелось бы иметь возможность вернуть чип в исходное состояние. Пусть малярная лента далеко не лучшая прослойка, но для наших экспериментов она вполне подходит.

                               

Подготавливаю расходные материалы. В минимальном наборе нужен силиконовый герметик и обычный скотч. Так же насобирал шесть маленьких радиаторов с ровной пяткой, на которую наклеиваю скотч. Это нужно для того, чтобы герметик не схватился с радиатором. Так же скотч на пятке отлично защищает кристалл от лишних сколов, если радиатор невозможно закрепить на устройстве без перекосов в процессе установки. К тому же, радиатор без скотча намертво склеится с силиконом.

                               

Нанёс герметик точками по периметру. Обычно я так не делаю, но для эксперимента можно попробовать. Радиатор прижимаю до упора и оставляю как есть.

Обычно я прижимаю дополнительным весом радиаторы или закрепляю для надежности на плате, но сейчас попробую обойтись без дополнительного веса – просто прижал и оставил.

                               

Теперь вторая видеокарта. Наношу малярную ленту на подложку, потом герметик и прижимаю радиатором с предварительно наклеенным скотчем на пятке. Судя по состоянию зазора, я нанёс слишком мало герметика. Ну и ладно. Посмотрим, что из этого выйдет. Преимущество способа с малярной лентой в том, что в любой момент можно всё переделать.

                               

Третья видеокарта обработана. Тут уже не жалею герметика: избыток аж выдавило из зазора. Если бы я это делал без малярной ленты, у меня просто не было бы второго шанса. А пойти не так может что угодно, ведь я ничем не нагружаю радиатор, чтобы прижать к кристаллу. Как придавил от руки, так и оставляю.

Видеокарте ATi Radeon X600 Pro уже ничем не помочь: кристалл настолько повреждён, что только под замену. И это, скорее всего, не вина предыдущих владельцев видеокарты, потому что в те времена ATi выпускала много бракованных видеокарт. Даже моя рабочая X800 GTO была с бракованной системой охлаждения. Но она отделалась небольшими сколами кристалла, ибо вовремя попала ко мне в руки, и я сделал для неё свою систему охлаждения вместо опасной заводской.

На очереди GeForce 8500 GT со сколами на кристалле. А ведь я мог сохранить ей жизнь, создав защитную рамку до того, как отдал другому человеку и получил обратно со сколами.

                               

На очереди у нас Radeon X1600 PRO с убитым кристаллом по вине крайне безграмотной системы охлаждения. Полагаю, кто-то пытался заменить термопасту, да в один прекрасный момент что-то пошло не так. Было бы удивительно, если бы с такой системой охлаждения всё прошло нормально в руках обычного пользователя. Хотя тут и мастер может сделать скол при снятии СО – достаточно чуть дрогнуть руке.

                                                       

К сожалению, у меня заканчиваются радиаторы, потому буду импровизировать с толстым прозрачным пластиком. Тут главное — найти ровные куски, иначе защита выйдет не идеальной.

Прижимать листы пластика нужно ровной поверхностью. Заодно можно посмотреть, что там происходит с герметиком.

                               

У следующей видеокарты есть специальные наклейки резиновые вокруг чипа. Но это не спасло от повреждений – выходит весьма большое «плечо» рычага, в то время как эти прокладки должны быть жёсткими и точными, чтобы обеспечить защиту кристалла при столь отдалённой собственной установке.

Можно заметить, что слой герметика местами слишком тонкий. Вероятно, проблема в геометрии прозрачного пластика или малярная лента поднялась.

                                                       

Следующий чип имеет небольшие сколы по краю, ведь пластиковая защитная рамка заметно ниже уровня кристалла. Хотя повреждения могли быть гораздо сильнее, если бы не было рамки.

Последний экземпляр немного не удался. Пластик оказался немного изогнутым, и с одной стороны уровень завалился к плате. Хотя метод фиксации поверхности с помощью отрезков прозрачного пластика и производительнее полноценного радиатора со скотчем, но тут очень важна геометрия пластины.

Видеокарты с радиаторами важно располагать горизонтально, чтобы ничего не поплыло. При использовании лёгких пластин ориентация уже не так важна – герметик достаточно вязкий для того, чтобы удержать приданную ему форму.

Пришло время разобрать рабочую GeForce 9500 GT. Вместо термопасты вижу розовую массу, едва ли пригодную для эффективной передачи тепла. Такой пластичный термоинтерфейс я часто вижу на чипсетах от AMD в старых системных платах. Теплопроводность его сомнительна, а вот удалить сложно даже ацетоном. Не удивительно, что температура видеокарты быстро поднималась выше 50 градусов при нагрузке. Особенно учитывая количество пыли в маленьком радиаторе. Из относительных плюсов –пластичность у этого интерфейса сохраняется достаточно долго.

                                                       

Мне бы хотелось прикрутить более массивный радиатор к видеокарте, но ничего подходящего не нашлось.

                       

Только радиатор от ASUS Radeon HD 7750 подошёл как родной, но у него нет тепловых трубок. Данный радиатор настолько безграмотно спроектирован, что по его вине образовалась трещина в кристалле чипа AMD HD 7750. В центре между трубками есть кусок алюминия с гораздо меньшей скоростью отвода тепла, ввиду чего появляется температурный градиент и растёт напряжение в массе.

Даже если бы этот радиатор был пригоден для использования, я бы всё равно не рискнул им воспользоваться на рабочей видеокарте. Лучше бы это был простой кусок алюминия с ровной пяткой, без трубок. Хотя, зная, какого качества продукция у компании AMD, я не удивлюсь, если сам чип был изначально бракованным, а радиатор лишь «развил» проблему.

           

Впрочем, есть у меня почти подходящий радиатор. Только отверстий нужно насверлить да вырезать форму подходящую.

           

Почему я положил глаз на этот кусок алюминия? Правильно! Это весьма массивный кусок алюминия. А ещё накрывает все чипы памяти. Только прокладки положить подходящие. Думаю, от бракованной по чипу AMD Radeon R9 390X будут в самый раз.

                       

Не то чтобы этой видеокарте нужна была такая серьёзная система охлаждения с прокладками и полным накрытием всех чипов. Но ведь интересно. Так что верну заводской радиатор на место до лучших времён, а создание нового охлаждения и более подробный обзор карточки оставлю на отдельную статью.

           

Вот, кстати, и злополучный зазор между защитной рамкой и радиатором. Но пока не будем с этим ничего делать. Подождём результаты экспериментов на других видеокартах.

           

Торопиться было некуда. Так что снимаю заготовки уже на следующий день.

                                   

К сожалению, эксперимент на половину провалился. Малярная лента настойчиво отклеивается от подложки чипа. Похоже, клеевой состав малярной ленты пропитался испарениями силиконового герметика и пришёл в негодность. Успешная сторона эксперимента состоит в том, что защитная рамка работает даже в таком состоянии.

Хотя оно и выполняет защитные функции, но с практической стороны получилось совсем не то, что я хотел бы получить.

Для эксперимента наношу термопасту и прижимаю прозрачной плёнкой. В целом прижимается неплохо. Защитная рамка точно не станет препятствием для системы охлаждения. Тем более я прижимал от руки. А в нормальной системе охлаждения будет давление с постоянной силой.

С другими видеокартами ситуация аналогичная.

А вот следующий образец уже интересен. Тут герметика настолько много, что полностью заполнило пространство вокруг кристалла. Этот вариант был бы идеален для нанесения термопасты, ведь излишки не проникнут под герметик. Но проблема в том, что силиконовый герметик показал прекрасную адгезию к кристаллу GPU. С верхней полированной поверхности снять лишний герметик не сложно. Сложно снять герметик с боковых сторон чипа. Из этого делаем вывод, что не следует допускать прямого контакта герметика.

И так с каждым образцом. Сам метод оказался рабочим, но основа выбрана неподходящая. Я хочу получить защиту с возможностью вернуть чип в первозданный вид. Но при этом я не хочу, чтобы защита сама отваливалась.

Выбрасываем партию бракованных защитных прокладок.

Я не хочу заливать герметиком намертво чипы. Потому было решено поискать более подходящий материал для основы. На этот раз возьмём полипропиленовую двухстороннюю клейкую ленту с клеевым слоем на основе синтетического каучука. Да, стоимость расходных материалов резко повысилась, но ведь результат сам себя не достигнет.

           

Этот материал уже требует аккуратности и деревянных зубочисток, ибо слишком хорошая адгезия у клеевого слоя. Надеюсь, эта основа не поплывёт от силиконового герметика.

Дело пошло как по маслу. Для эксперимента один чип накрою куском пластика без скотча. Проверим, прихватит ли герметик пластину без скотча. Если не прихватит, то это будет хорошо.

Одну видеокарту решил обработать обычным скотчем, но тут же вспомнил, что герметик не схватывается с такой гладкой поверхностью.

Обрабатываю абразивной губкой поверхность скотча, предназначенную для нанесения на подложку чипа. Будет очень хорошо, если герметик прихватится к такой поверхности – не придётся тратить относительно дорогую полипропиленовую ленту.

                                   

Основной недостаток герметика заключается в его слишком долгом высыхании. Думаю, есть смысл поэкспериментировать с эпоксидной смолой. Хотя там свои проблемы есть, ведь смола становится твёрдой и не простит никаких ошибок в уровне поверхности относительно кристалла, тогда как герметик остаётся немного податливым. 

                       

Даже на следующий день защитная прокладка не полностью застыла. Однако есть и хорошая новость. Полипропиленовая двухсторонняя клейкая лента с клейким слоем на основе синтетического каучука неплохо показала себя при контакте с герметиком. Нигде ничего не отклеилось, не считая еще жидких кусочков герметика. А поверхность в один уровень с кристаллом. Если наклонить чип в горизонт, то кристалла не будет видно, в отличие от заводских защитных рамок из пластика и металла.

Остальные экспериментальные образцы разберём позже. Похоже, при качественной основе уменьшается доступ воздуха к герметику по сравнению с ненадёжной малярной лентой. Потому и застывает ощутимо дольше. Но в этом и суть экспериментов, чтобы выяснить наиболее надёжный и работоспособный вариант из подручных материалов, чтобы потом не тратить время на подбор материалов и гарантированно получить подходящий результат.

Вот и подсохли наши тестовые образцы. Хотя полипропиленовая двухсторонняя лента ведёт себя намного лучше малярного скотча, но у меня есть к ней вопросы. А вот образец с обычным скотчем в основании отработал лучше всех.

                               

Некоторые могут ошибочно предположить, что достаточно просто наклеить какую-нибудь прокладку на подложку чипа и не нужно тратить столько времени на силиконовый герметик. Но проблема любых прокладок в том, что их невозможно подобрать в размер. А ещё множество конденсаторов обязательно будут мешать.

Если приклеить мягкую прокладку, скрадывающую неровности конденсаторов на подложке, то никакой защиты не будет уже для кристалла. А если приклеить слишком жёсткую прокладку и она хоть на одну десятую миллиметра не попадёт в плоскость кристалла, то будут проблемы с прижимом радиатора и перегревом, что может привести и к повреждению GPU. Силиконовый герметик же идеально выравнивается по уровню кристалла и после затвердевания становится надёжной защитой.

                               

Но с проблемой долгого высыхания нужно что-то делать.

Так же разбираем образец с пластиной, не покрытой скотчем. Увы, но полипропиленовая лента не выдержала усилия на отрыв. Всё же клей на основе синтетического каучука немного теряет свойства при контакте с силиконовым герметиком.

Этот результат можно назвать удовлетворительным. Но продолжим эксперименты.

Нам нужно поработать над технологическим процессом. Вырезаю ровные куски прозрачного пластика и обклеиваю простым канцелярским скотчем. Важно, чтобы поверхность была без пузырьков, потому шлифую каждую пластину наждачной губкой с крупным зерном. Так у воздуха появляются пути выхода при наклеивании скотча на зашкуренную поверхность. Главное — сохранить гладкую поверхность наклеенного скотча, иначе она склеится с герметиком. Мельчайшие неровности — не проблема. Настоящей проблемой будут царапины на гладкой поверхности скотча и воздушные волдыри.

Далее берём рулон скотча и шлифуем наждачной губкой с мелкой зернистостью. Усердствовать не надо, потому что скотч тонкий. Но и поверхность нужно сделать шершавой, насколько это возможно. От этого напрямую зависит прочность защитной рамки.

Наклеиваем шлифованный скотч на подложку чипа и аккуратно вырезаем по контуру острым канцелярским ножом. Прилагать усилия тут нельзя, потому что можно повредить дорожки на плате и подложке.

Наносим герметик. Сверху накрываем ровным куском пластика гладкой поверхностью скотча на герметик. Прижимаем ровной пяткой радиатора от чипсета системной платы. На этот раз герметик наношу двумя прерывистыми колбасками. Так формируется щель для циркуляции воздуха, из-за чего потребуется гораздо меньше времени на полимеризацию.

Это и есть оптимизация технологического процесса. Только щели получились больше желаемого. Но и так будет работать.

Одну видеокарту мы переделаем. Вот почему я стремлюсь к дополнительному слою между герметиком и текстолитом. Без прослойки нельзя будет снять защиту при необходимости.

Так же обрабатываю две дополнительные видеокарты.

Преимущества отлаженного технологического процесса в том, что я могу собрать целую стопку из видеокарт и уже завтра легким движением руки снять гибкие пластины, а видеокарты пустить в дело. Хотя – ладно. Эти видеокарты ни в какое дело не выйдет пустить, ибо нерабочие экспериментальные образцы. Ещё бы добавить вентилятор и обогреватель для активного проветривания получившегося гамбургера, что многократно ускорит полимеризацию герметика...

Было дано всего 17 часов на застывание герметика при обычных комнатных условиях.

«Первый блин» вышел комом. Но стоит заметить, защита оторвалась не полностью – судя по всему, я недостаточно зашкурил скотч в основе.

Другой экземпляр держится намного лучше. Хотя не без дефектов. Качество обработки основы наждачной бумагой многое решает.

Там, где герметика было много, результат получился довольно сырой. Но от подложки ничего не оторвалось.

Два образца с хорошо зашкуренным основанием показали отличный результат. Но есть одна проблема: я оставил два зазора для ускорения высыхания герметика, но это так же открывает доступ воздуха к термопасте, и-за чего она будет просто высыхать со временем. Не подумал, однако.

           

Как и всегда. Уровень кристалла идеально совпадает с уровнем самодельной защитной рамки. Такого практически невозможно добиться обычными накладными прокладками. Особенно при обилии SMD деталей на текстолите. Важно заметить, что эта защитная рамка не только защищает от сколов, но и распределяет нагрузку от радиатора по всей площади чипа, что значительно снижает риск возникновения «отвала» GPU по вине деформации из-за систем охлаждения.

                       

На этом можно завершить эксперименты. Теперь запишем несколько рецептов для изготовления защитных рамок. Первый рецепт будет самым простым и надёжным, но чип невозможно будет потом вернуть в первоначальное состояние:

1. Внимание! Есть риск повреждения модифицируемого устройства! Устройство невозможно будет вернуть в первоначальное состояние!
2. Снять исходный радиатор.
3. Очистить чип и радиатор от мусора и старой термопасты.
4. Наклеить на пятку радиатора один слой канцелярского скотча. Не допускать пузырьков воздуха и прочих деформаций в зоне контакта с кристаллом.
5. Нанести силиконовый герметик на подложку чипа по краю. Герметик должен немного возвышаться над уровнем кристалла, но не слишком много. Не допускать контакта герметика с кристаллом.
6. Аккуратно установить радиатор с наклеенным скотчем.
7. Оставить высыхать на одни или двое суток.
8. После высыхания снять радиатор и убрать скотч с пятки радиатора.
9. Нанести термопасту и собрать устройство.

Второй рецепт потребует наждачной бумаги и ровных пластиковых листов небольшого размера, предварительно оклеенные скотчем, чтобы герметик не прилипал к ним. Так же потребуется какой-нибудь радиатор от чипсета с ровной пяткой, чтобы прижимать пластиковые листы. Этот способ можно масштабировать на большое количество устройств.

1. Внимание! Есть риск повреждения модифицируемого устройства! Есть риск порезов при использовании острых инструментов! Работа требует аккуратности!
2. Вырезать ровный пластиковый лист достаточного размера. На одну из сторон наклеить один ровный слой скотча. Без пузырьков и деформаций.
3. Подготовить радиатор с ровной пяткой, чтобы прижимать пластиковый лист к чипу.
4. Подготовить скотч для наклейки на подложку чипа. Предварительно зашкурить поверхность скотча наждачной бумагой или губкой перед наклейкой. Это необходимо для увеличения адгезии с герметиком. Недостаточно грубая поверхность может привести к отслаиванию защитной рамки от основания.
5. Аккуратно приклеить зашкуренный лист скотча на чип и вырезать по контуру кристалла. Это может повредить текстолит при недостаточно аккуратной работе!
6. В качестве более безопасной альтернативы можно воспользоваться двухсторонней полипропиленовой клейкой лентой с клеем на основе синтетического каучука. Заранее нарезать полоски подходящего размера и наклеить на подложку чипа.
7. Нанести силиконовый герметик на поверхность обработанного скотча или двухсторонней клейкой ленты. Не допускать контакта с кристаллом.
8. Положить ровный пластиковый лист на герметик гладкой стороной с наклеенным гладким скотчем.
9. Прижать лист заранее подготовленным радиатором для равномерного прижима и выдавливания герметика в один уровень с кристаллом. Не допускать перекосов. Радиатор аккуратно убрать.
10. Оставить высыхать на сутки или больше.
11. После высыхания снять пластиковый лист. Нанести термопасту и собрать устройство.

Такие рабочие рецепты я для себя вывел в ходе экспериментов. Есть ли лучшие подручные варианты, кроме скотча и двухсторонней клейкой ленты для основы? Вероятно, есть, но я пока не обнаружил их. Или они недостаточно доступны, чтобы можно было легко раздобыть.

Ну а силиконовый герметик заменить буквально нечем. Обычные клейкие прокладки невозможно вывести идеально в уровень поверхности чипа. Слишком мягкие прокладки не дадут необходимого уровня защиты. Слишком жёсткие прокладки вовсе могут привести к дополнительным повреждениями и выходу из строя устройства. Силиконовый герметик же сам принимает необходимую форму настолько точно, насколько позволяют инструменты.

Так же стоит разделить методы по уровням сложности. Самый простой — это налить герметик прямо на подложку и накрыть заводским радиатором с наклеенным скотчем на пятке. Но это путь в одну сторону. Любая ошибка по невнимательности — и устройство будет испорчено.

Второй по сложности способ — это воспользоваться полипропиленовой двухсторонней клейкой лентой на основе синтетического каучука для создания промежуточного слоя между герметиком и текстолитом. Такой клеевой состав слабо взаимодействует с силиконовым герметиком и достаточно хорошо сохраняется. Можно так же накрыть заводским радиатором с заранее приклеенным обычным скотчем к пятке.

Ну и самый сложный способ — это использовать обычный скотч с пластиковыми листами вместо радиатора. Сложность заключается в правильной подготовке поверхностей и нарезке скотча прямо на кристалле острым лезвием. Однако данный способ вознаграждает возможностью массово обрабатывать чипы при достаточной отладке технологического процесса. Да и снимать тонкий лист пластика с затвердевшего герметика намного проще, чем жёсткий радиатор.

Хотя сложный способ требует некоторых навыков и опыта. Но я остановлюсь именно на нём. Думаю, можно просверлить несколько отверстий в пластине для ускорения полимеризации герметика, чтобы не создавать специальные зазоры. Но чипы бывают разных размеров и пластина перестаёт быть универсальной. Впрочем, это уже совсем другая тема.

Благодарю за внимание, больше интересных статей в блоге Hard-Workshop.