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Glossar

BGA (Ball Grid Array)

BGA steht für Ball Grid Array. Es ist eine Bauform von Chips, bei der die Anschlüsse als winzige Lötkugeln unter dem Chip liegen. Fast alle großen Chips in Handys und Laptops sind so verbaut.
Kurz erklärt

Bei einem BGA-Chip sitzen die Kontakte nicht an den Seiten, sondern als Raster aus kleinen Lötkugeln auf der Unterseite. So passen hunderte Anschlüsse auf eine kleine Fläche. Prozessor, Speicher, PMIC und Grafikchip sind fast immer BGA-Bausteine.

Steht fürBall Grid Array
AnschlüsseLötkugeln unter dem Chip
Typisch fürCPU, RAM, Speicher, GPU
ReparaturReballing oder Chip-Tausch

Wie ist ein BGA-Chip aufgebaut?

Unter dem Chip liegt ein Raster aus Lötkugeln, oft nur wenige Zehntel Millimeter groß. Beim Bestücken wird der Chip auf die Platine gesetzt und erhitzt, die Kugeln schmelzen und verbinden sich mit den Pads. Von außen sieht man die Lötstellen nicht.

BauformAnschlüsseTypisch für
BGAKugeln unter dem ChipGroße, leistungsstarke Chips
QFNFlache Pads am Rand unter dem ChipKleinere Steuerchips
SMD-BauteileZwei oder wenige KontakteKondensatoren, Widerstände

Warum BGA-Verbindungen versagen

Hitze

Ständige Erwärmung und Abkühlung belastet die Lötkugeln.

Verbiegen

Gehäuse, die sich leicht biegen, lassen Lötstellen reißen.

Sturz

Ein harter Schlag kann einzelne Kugeln lösen.

Materialalterung

Bleifreies Lot kann mit den Jahren spröde werden.

Bekannte Beispiele sind Touch Disease beim iPhone 6 Plus, Audio-Fehler beim iPhone 7 und Grafikchip-Ausfälle bei manchen Laptops und Konsolen.

Wie BGA-Chips repariert werden

  1. Underfill entfernen. Viele BGA-Chips in Handys sind zusätzlich mit Underfill verklebt.
  2. Chip auslöten. Mit Heißluft und Vorheizplatte wird der Chip gleichmäßig erwärmt und abgehoben.
  3. Pads reinigen. Altes Lot wird von Chip und Platine entfernt.
  4. Reballing oder neuer Chip. Der Chip bekommt mit einer Schablone neue Lötkugeln oder wird durch einen neuen ersetzt.
  5. Einlöten und testen. Der Chip wird ausgerichtet, eingelötet und geprüft.

Bekannte BGA-Fehler

GerätFehlerbildBetroffener Chip
iPhone 6 / 6 PlusGrauer Balken, Touch fällt ausTouch-Chips
iPhone 7Lautsprecher-Taste grau, BootloopAudio-Chip
PlayStation 3Gelbes Licht, kein Start (YLOD)Prozessor oder Grafikchip
Xbox 360Roter Ring (RROD)Grafikchip
Ältere LaptopsBildfehler, kein BildGrafikchip

Gemeinsam ist allen: Die Chips selbst sind meist in Ordnung, nur die Verbindung zur Platine ist gestört.

Warum fast alle großen Chips BGA nutzen

Früher hatten Chips ihre Anschlüsse als Beinchen an den Seiten. Je mehr Anschlüsse ein Chip brauchte, desto größer musste er werden. Bei modernen Prozessoren mit Hunderten oder Tausenden Verbindungen wäre das nicht mehr machbar. BGA nutzt stattdessen die ganze Unterseite des Chips.

VorteilWas er bedeutet
Viele AnschlüsseHunderte Kontakte auf kleiner Fläche
Kurze WegeSignale laufen schneller und störungsärmer
Gute WärmeableitungWärme gelangt über die Kugeln in die Platine
SelbstausrichtungBeim Löten zieht sich der Chip von selbst in Position

Die Selbstausrichtung ist ein interessanter Effekt. Wenn die Lötkugeln schmelzen, zieht die Oberflächenspannung des flüssigen Lots den Chip genau auf die Pads. Ein leicht verschoben aufgesetzter Chip rutscht so von selbst an die richtige Stelle.

Package on Package: Chips übereinander

In Smartphones ist der Platz besonders knapp. Deshalb werden manche Chips übereinander gestapelt. Man spricht von Package on Package. Typisch ist, dass der Arbeitsspeicher direkt auf dem Prozessor sitzt. Beide sind BGA-Bausteine, die mit Lötkugeln miteinander und mit der Platine verbunden sind.

Für die Reparatur bedeutet das zusätzlichen Aufwand. Muss der Prozessor neu verlötet werden, ist auch die Verbindung zum Speicher darüber betroffen. Beide Ebenen müssen sauber verbunden sein, damit das Gerät startet.

Oben

Arbeitsspeicher als eigener BGA-Baustein.

Dazwischen

Lötkugeln verbinden Speicher und Prozessor.

Unten

Prozessor mit Lötkugeln zur Platine.

Bei manchen iPhones gehen Hersteller noch weiter und stapeln ganze Platinen. Zwei Lagen der Hauptplatine sind über einen Rahmen mit Lötkugeln verbunden. Auch hier gilt das BGA-Prinzip, nur in viel größerem Maßstab.

Wie man einen BGA-Fehler erkennt

Weil die Lötstellen unter dem Chip verborgen sind, lassen sich Fehler nicht direkt sehen. Man erkennt sie an ihren Folgen. Typisch sind Fehler, die bei Wärme oder Druck auftreten oder verschwinden. Drückt man leicht auf einen bestimmten Bereich des Gehäuses und das Gerät reagiert anders, ist das ein Hinweis.

  1. Symptome beobachten Tritt der Fehler bei Wärme, Kälte oder Druck auf?
  2. Messen Mit dem Multimeter werden Verbindungen und Widerstände an Messpunkten geprüft.
  3. Strom beobachten Ein Labornetzteil zeigt, ob der Chip normal Strom aufnimmt.
  4. Röntgen In spezialisierten Werkstätten zeigt ein Röntgenbild die Lötkugeln.

Mit diesen Schritten lässt sich meist eingrenzen, ob wirklich die Lötstellen eines BGA-Chips betroffen sind oder ob ein anderes Bauteil die Ursache ist. Erst dann lohnt sich der Aufwand, den Chip auszulöten.

Typisch für einen BGA-Fehler ist auch, dass er nach einem Sturz plötzlich auftritt, das Gerät äußerlich aber unbeschädigt aussieht. Der Schlag reicht aus, damit einzelne Lötkugeln reißen.

Was beim Reballing passiert

Beim Reballing bekommt ein BGA-Chip neue Lötkugeln. Zuerst wird der Chip ausgelötet und das alte Lot sowohl vom Chip als auch von der Platine entfernt. Die Pads müssen danach sauber und eben sein, damit die neuen Kugeln gut haften.

Dann wird eine Schablone genau über den Chip gelegt. Durch ihre winzigen Löcher werden Lötpaste oder fertige Lötkugeln aufgebracht. Beim Erwärmen formen sie sich zu einem gleichmäßigen Raster. Anschließend wird der Chip mit Flussmittel wieder auf die Platine gesetzt und verlötet.

  1. Auslöten Chip mit Heißluft und Vorheizplatte lösen.
  2. Reinigen Altes Lot von Chip und Platine entfernen.
  3. Neue Kugeln Mit Schablone neue Lötkugeln aufbringen.
  4. Einlöten Chip ausrichten und mit kontrollierter Wärme verlöten.
  5. Testen Funktion und Strom prüfen.

Werkzeug für BGA-Reparaturen

BGA-Reparaturen gehören zu den anspruchsvollsten Arbeiten in der Elektronik. Sie brauchen Erfahrung und passendes Werkzeug. Ohne kontrollierte Wärme kann man den Chip, die Platine oder benachbarte Bauteile beschädigen.

WerkzeugAufgabe
HeißluftstationErhitzt den Chip gezielt von oben
VorheizplatteWärmt die Platine von unten gleichmäßig vor
SchabloneBringt neue Lötkugeln genau in Position
MikroskopErmöglicht die Kontrolle der winzigen Pads
FlussmittelReinigt die Oberflächen und hilft dem Lot zu fließen

In der Industrie gibt es spezielle BGA-Rework-Stationen, die Temperaturprofile automatisch fahren. In Werkstätten für Smartphones arbeitet man meist mit Heißluft und Vorheizplatte, weil die Chips kleiner sind und die Platinen sehr dicht bestückt.

Gute Werkstätten dokumentieren jeden Schritt mit Fotos unter dem Mikroskop. So lässt sich später nachvollziehen, was gemacht wurde.

Wie du BGA-Schäden vorbeugst

Auch wenn du die Chips nie siehst, kannst du ihre Lötstellen schützen. Die größten Feinde sind Hitze, Biegung und Stürze. Ein Smartphone in der Gesäßtasche wird beim Sitzen gebogen. Ein Laptop, der dauerhaft heiß läuft, belastet seine Chips stärker als einer mit sauberer Kühlung.

Eine regelmäßige Reinigung der Kühlung bei Laptops und Konsolen senkt die Temperaturen und damit die Belastung. Eine stabile Hülle schützt Smartphones vor Verbiegen und harten Schlägen. Und wer sein Gerät nicht auf weichen Unterlagen betreibt, hilft der Kühlung zusätzlich.

Auch Temperaturwechsel spielen eine Rolle. Ein Smartphone, das im Winter aus der Kälte kommt und sofort schnell geladen wird, erlebt starke Spannungen in seinen Lötstellen. Lass es lieber kurz auf Raumtemperatur kommen.

Risiken und Grenzen

Jede Erwärmung belastet die Platine. Sie kann sich verziehen, Pads können sich ablösen, und benachbarte Bauteile können verrutschen. Bei mehrlagigen Smartphone-Platinen ist besondere Vorsicht nötig, weil die beiden Lagen selbst mit Lötkugeln verbunden sind.

Nicht jeder BGA-Fehler lässt sich dauerhaft beheben. Ist der Chip selbst innen beschädigt, hilft kein neues Lot. Dann braucht es einen Ersatzchip, der bei manchen Bauteilen mit dem Gerät gekoppelt ist und nicht einfach getauscht werden kann. Wir sagen dir vorher, wie die Chancen stehen, und beginnen erst nach deiner Zustimmung.

Zusammengefasst ist BGA die Bauform hinter fast allen wichtigen Chips in Smartphones, Laptops und Konsolen. Fehler an den verborgenen Lötstellen lassen sich mit Mikrolöten und Platinenreparatur oft beheben. Eine sorgfältige Diagnose entscheidet, ob sich der Aufwand lohnt.

Eine ehrliche Einschätzung vorab gehört für uns dazu.

Häufige Fragen

Ist BGA-Reparatur dasselbe wie Reflow?

Nein. Beim Reflow wird der Chip nur erhitzt, damit das Lot neu fließt. Bei einer echten BGA-Reparatur wird der Chip abgenommen und neu verlötet.

Warum ist die BGA-Reparatur so aufwendig?

Die Lötstellen sind unsichtbar, sehr klein und zahlreich. Temperatur und Ausrichtung müssen genau stimmen.

Kann ein Speicherchip umgelötet werden?

Technisch ja, aber bei modernen Handys sind die Daten mit dem Prozessor verschlüsselt. Ein Speicherchip lässt sich daher nicht einfach in ein anderes Gerät setzen.

Hält eine BGA-Reparatur dauerhaft?

Fachgerecht ausgeführt meist ja. Reflow ohne Reballing hält oft nur kurz.

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