Ran an die Platine: Grundkurs Platinen-Reparatur, Folge 2
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Ran an die Platine: Grundkurs Platinen-Reparatur, Folge 2

Dies ist der zweite Artikel in einer dreiteiligen Serie über die Erfahrungen unseres Autors in einem einwöchigen Kurs zum Mikrolöten und zur Platinenreparatur. Es ist nicht unbedingt nötig, Teil 1 gelesen zu haben, aber es kann hilfreich sein, um besser zu verstehen, wie Leiterplatten funktionieren und wer die anderen Leute im Kurs sind.

Der Moment, an dem ich den Grundkurs Platinen-Reparatur hinschmeißen wollte, kam am Mittag des dritten Kurstages.

Nach Wochen der Spannung und Vorfreude, drei Stunden Fahrtzeit jeden Tag und einer starken Erkältung zum Trotz brannte ich darauf, meine Fähigkeiten unter Beweis zu stellen. Ich wollte, mit heißem Lötzinn und geheimnisvollen Apparaturen bewehrt, tote Handys wieder zum Leben erwecken. Ich wollte jemand sein, an den sich verzweifelte Menschen in ihrer Not wenden. Ich wollte meine Augen vom Mikroskop lösen, das Smartphone darunter hervorholen und so etwas sagen wie: „Tja, genau wie ich dachte. Dieser Kondensator hier wurde durch die Akkuleitung kurzgeschlossen, aber ich hab ihn wieder hingekriegt. Sollte alles wieder funktionieren.“ 

Stattdessen hatte ich in den bisherigen zweieinhalb Kurstagen den Display-Anschluss eines Smartphones mit einer Entlötpinzette geschmolzen, den Austausch eines Chips vermurkst, und vor versammeltem Kurs meine Unbeholfenheit im Umgang mit einem Multimeter demonstriert. Wenn Jessa Fragen stellte, sagte ich immer wieder „offen“, wenn ich „kurzgeschlossen“ meinte; ich verwechselte Kondensatoren und Filter, PP_BATT_VC und PP_VCC_MAIN. Zu lernen, wie das alles funktioniert, war wie die Entdeckung einer ganz neuen Welt; aber wenn ich selbst damit arbeitete, fühlte ich mich dumm, ungeschickt und hilflos.

Jessa Jones, die Leiterin des Grundkurses Platinen-Reparatur von iPad Rehab, wusste gleich, was los war. Ihre Diagnose: Ich brauchte eine Pause.

“Diese Sachen sind einfach verdammt klein. Mit ihnen zu arbeiten, kann wahnsinnig frustrierend sein. Aber der Spaß darf nicht auf der Strecke bleiben!“ 

Wenn man immer weiter übt und lernt, schafft es jede:r, sich diese Fähigkeiten zuzulegen, erklärte uns Jessa. Ganz entscheidend dabei sei, dass man nicht den Spaß daran verliere. Wenn du nicht weiterkommst, musst du einen Schritt zurücktreten und das Problem noch einmal ganz neu angehen, als hättest du es noch nie gesehen. Alles andere ist nur Diagnostikerfahrung – und Übung.

Das ist das Eigentliche, das ich in einer Woche Platinen-Reparatur gelernt habe: Es ist ein Handwerk wie jedes andere; man kann lernen, wie es geht, und wir könnten viel mehr Smartphones reparieren, wenn wir wirklich wollten.

Der Hersteller deines Handys will dich glauben machen, dass ein Schaden auf der Leiterplatte unwiderruflich ist, dass dein Handy für immer verloren ist und du dir ein neues zulegen musst. Aber nach nur einer Woche in Jessas Kurs konnten neun Leute, die zuvor wenig bis gar keine Erfahrung mit der Platinen-Reparatur hatten, nun kurzgeschlossene Komponenten identifizieren und entfernen, kaputte Chips austauschen und winzige Überbrückungsdrähte legen. Auch ich war dazu in der Lage, nachdem meine Hände ihre anfängliche Unsicherheit überwunden und mein Gehirn sich ein paar grundlegende Schaltdiagramme angeeignet hatte. 

Im zweiten Teil meines Kurstagebuchs erfährst du, wie man in einer Woche von „Was ist eine Diode?“ zu Fachsimpeleien über verschiedene Möglichkeiten des Wiederanbringen von Mikrochips gelangt.

Heiße Luft und frische Chips

Workstation at iPad Rehab
Meine Arbeitsstation bei iPad Rehab am letzten Kurstag, nachdem ich das MacBook Air eines Freundes auseinandergenommen hatte.

Jede:r Teilnehmer:in an Jessas Kurs bekommt einen Arbeitsplatz, ausgestattet mit Jessas Lieblingswerkzeugen für die Problemdiagnose und das Mikrolöten. Zu den größeren Gerätschaften zählen ein Mikroskop mit eingebautem Licht und Kamera, dessen Bild auf einem Monitor erscheint; ein Gleichstromanschluss mit einem Voltmeter; eine Hakko Lötstation; eine Heißluftstation; und eine hitzeresistente Matte. Außerdem gibt es dort viele kleinere Werkzeuge wie Pinzetten und Messer sowie Verbrauchsmaterial wie Flux und Lötzinn. Allen Arbeitsstationen steht außerdem die große Sammlung an Gerätschaften zur Verfügung, die vor allem für die vielen Arbeiten an Apple-Produkten wichtig sind: Spannvorrichtungen, die bestimmte Leiterplatten an Ort und Stelle halten; kleine digitale Geräte zum Testen oder Verbinden von Anschlüssen und Steckern; sowie SMD-Schablonen, um kleine Lotkugeln an den häufigsten Chips wieder anzubringen.  

Nachdem wir einmal verstanden hatten, welche Aufgaben die einzelnen Komponenten auf der Leiterplatte erfüllen, schauen wir uns an, welche Bauteile geerdet und welche mit anderen verbunden sind. Wir lernen den Unterschied zwischen BGA- und QFN-Chips. Und wir lernen zwei der größten Fieslinge der Platinen-Reparatur kennen: Chips mit Underfill, einer gummiartigen Substanz, die fürchterlich fisselig abzulösen ist; und Komponenten, die sehr nahe am Prozessor verbaut sind, wo Hitze den größten Schaden anrichten kann.

Die Unterseite des Meson Touch Chips, den ich von der Platine eines iPhone 6 gelöst habe und der neue Lotkugeln benötigt, und der Chip neben der Platine, von der er gelöst wurde.

Noch bevor der erste Kurstag zu Ende geht, bekommen wir unsere erste Aufgabe: Wir sollen einen Meson Chip ausbauen und ersetzen. Ein Meson ist einer der Chips, die sich leicht von der Platine ablösen, wodurch die Touch-Krankheit verursacht wird. Wir stellen unsere Heißluftstationen auf 380°C ein, Löteisen auf 285°C und nehmen eine Pinzette zur Hand, die speziell für den Ausbau von BGA-Chips angepasst wurde. Um den Chip zu entfernen, müssen wir die Pinzette so darunter verhaken, dass wir damit die ganze Platine hochheben können. Mit der Heißluftpistole sollen wir das Lötzinn unter dem Chip schmelzen, sodass die Platine einfach abfallen sollte und nur der Chip in der Pinzette verbleibt. Dieser Schritt geht recht gut, auch wenn es eine Weile dauert, bis ich meine Hände mit dem koordiniert habe, was ich unter dem Mikroskop sehe. 

Backside of a chip removed from an iPhone board.
Eine Nahaufnahme des Meson-Chips. Einige verbliebene Lotkugeln müssen noch entfernt werden.

Als nächstes müssen wir die Lotkugeln entfernen, die sich am Chip befinden. Dafür streichen wir mit dem Löteisen über den Chip und seinen Platz auf der Platine. Immer wieder streiche ich über Chip und Platine, aber statt glatter, glänzender Oberflächen sehe ich immer noch kleine, graue Pünktchen. Mark, der mit Jessa den Kurs unterrichtet, hat eine einfache Erklärung: Ich nehme nicht genug Flux. Ich versuche es wieder und wieder, drücke fester, lasse das Löteisen länger darauf, nehme mehr und mehr Flux – bis alles in einem blümchenkaffeebraunen Gel schwimmt.

Das wahre Problem war ein anderes: Die meisten Oberflächen waren eigentlich sehr gut geworden, aber das konnte ich nicht sehen, weil ich nur von oben daraufschaute. Man muss die Komponenten ab und zu hochheben und aus verschiedenen Winkeln betrachten, denn sie sind so winzig, dass man den Unterschied nicht immer gut sehen kann. Das wäre geklärt – nur riecht mein ganzer Arbeitsplatz jetzt nach verbranntem Baumharz

Unter der beherzten Annahme, dass mein verkohlter Chip noch funktioniert, mache ich weiter: Jetzt müssen neue Lotkugeln darauf angebracht werden. Dafür befestigt man ihn mit Klebeband an einer SMD-Schablone, drückt trockene Lotpaste in das mikroskopisch kleine Gitter und erhitzt die Paste mit Heißluft, bis 64 ebenmäßige, glänzende Kügelchen auf dem Chip liegen. Man muss dabei nur darauf achten, wie genau man den Chip an der Schablone befestigt, wie man die Paste trocknet und festdrückt und wie man verhindert, dass die Schablone sich unter der Hitze verbiegt. Aber ich bin sicher, das kann ich mir merken und gleich umsetzen.

Also schalte ich die Heißluft an und bewege sie nahe an die Schablone heran. Und dann geht alles schief: Einige Lotkugeln fliegen aus ihren winzigen Quadraten, andere sind viel zu klein, und manche sind flach und trüb anstatt rund und glänzend. Mark schaut es sich genauer an: Wahrscheinlich habe ich die metallene Schablone nicht richtig vorgeheizt, sodass sie sich vom Chip wegbewegt hat. Und ich habe zuviel Lotpaste verwendet. Mark ist unglaublich lieb und geduldig, aber ich bin froh, dass er mir nicht dazu gratuliert, dass ich mir nicht die Finger verbrannt habe. 

So sollte das Anbringen neuer Lotkugeln auf einem Chip aussehen – gefilmt in einem anderen Kurs bei iPad Rehab.

Der Kurstag endet, bevor ich es nochmal versuchen kann. Bei manchen Teilnehmenden scheinen die grundlegenden Techniken schon beim ersten Versuch geklappt zu haben. Auch ich habe viel gelernt – sowohl darüber, was elektronische Geräte zusammenhält, als auch über Geduld und überzogene Erwartungen an mich selbst. Ich fahre nach Hause, jammere meiner Frau vom ersten Kurstag vor, schlafe ein, dusche, und fahre zurück zum zweiten.

Okay, aber das Board meines Nachbarn sah noch viel schlimmer aus

An Tag Zwei stehen hauptsächlich Stromkreise und Schaltpläne auf dem Programm. Gegen Ende geht es wieder zurück an unsere Lötstationen. Wir werden eine Filterspule (auch Drossel genannt), die neben dem Display Anschluss auf unseren iPhone 6 Leiterplatten sitzt, entfernen und mit einer neuen ersetzen. Diese Drosseln sind direkt mit einem der Pins verbunden, neben dem das Display eingesteckt wird, und glätten die Spannung, bevor sie dort ankommt. Wenn sie kaputtgehen, sind sie „offen“, sodass kein Strom mehr durch diesen Pin zum Display gelangen kann, ganz egal, wie oft das Display ausgetauscht wird.

Meine Aufgabe ist, die Drossel mit Flux zu bedecken, sie zu erhitzen, die Pads mit einer Entlötpinzette an jeder der vier Ecken der Drossel noch heißer zu machen und dann das ganze Ding hochzuheben. Es ist weniger fisselig als der Austausch des Chips am Vortag. Im Stillen hoffe ich, dass es ungefähr so geht, wie einen Handyakku zu erhitzen und auszubauen.

Aber als ich an der Drossel arbeite, merke ich, dass ich kein gutes Gespür dafür habe, wo meine Pinzette ist. Das allein wäre nicht so schlimm, aber aus lauter Nervosität brauche ich viel zu lange, um die Spule zu erhitzen und zu entfernen. Mit meiner Pinzette, die viel zu nah an der Platine ist, beschädige ich prompt einen wichtigen Teil des Display-Anschlusses, indem ich einige Pins zusammenschmelze und ein paar andere einfach verbrenne.

Annotated image detailing board damage during a choke replacement
Ein Einblick in das Post-Mortem des Boards (durchgeführt von den Kolleg:innen bei iFixit) nach meinem ersten Versuch, eine Filterspule auszutauschen.

Aber heute ist noch genug Zeit, um mit einer Drossel an einem anderen Anschluss einen zweiten Versuch zu starten. Wieder komme ich zu nah an den Anschluss heran, aber dieses Mal, ohne die Pins zu beschädigen – sie werden lediglich silbern durch die Hitze. Ich zeige Jessa mein Werk. Ihr Rat: Freu dich – und mach weiter. Und beim nächsten Mal deck den Anschluss mit Polyimide-Klebeband ab.

Annotated image detailing a replaced choke on an iPhone board
Es sind die (ganz) kleinen Dinge, wegen der man weitermacht.

Ein Draht in unsicheren Zeiten

Diesmal übernachte ich bei einem Freund in Rochester. Meine Erkältung wird schlimmer, die Heizung ist viel stärker aufgedreht als ich gewohnt bin. Und als ich am Morgen bei der nächsten Apotheke ankomme, muss ich noch zwölf Minuten warten, bis sie aufmacht. Ich sitze in meinem Auto, niesend und fröstelnd, und frage mich, ob ich dieses Experiment nicht etwas über Wert verkauft habe – meinem Chef, mir selbst und allen, die diesen Artikel lesen. Ich hantiere mit Dingen, die weit jenseits meines Wissens und Könnens sind, und verbrenne gefühlt jede iPhone-Platine, die ich in die Hände bekomme. Ich habe nicht einmal vor, nach diesem Kurs selbst Smartphones zu reparieren. Also warum, bitte, mache ich das hier eigentlich?  

An diesem Morgen werden wir Zeuginnen und Zeugen eines Wunders: Ein totes Smartphone wird wieder zum Leben erweckt. Es ist ein Bekehrungserlebnis für mich, ein wahrer Augenöffner dafür, was man mit Hitze und Schaltplänen alles bewirken kann. Trotzdem habe ich gemischte Gefühle angesichts unserer Übungsaufgabe am Nachmittag: Wir sollen einen haarfeinen Kupferdraht als Überbrückungsdraht zwischen ein Chip-Pad und ein anderes Bauteil in der Nähe legen. Wie viele Drähte werde ich wohl aus Versehen wegpusten oder mit anderen verdrehen, bevor ich fertig bin?

Das hier ist etwas anderes, als Komponenten zur Übung von einer Leiterplatte abzulösen; es ist etwas, was Platinen-Reparateur:innen in ihren Werkstätten tun. Bei einigen Chips, die auf dem biegsamsten Teil eines Logic Boards platziert sind, können die winzigen Lotkugeln Risse bekommen oder sich vom Untergrund ablösen, sodass die Verbindung zur Platine getrennt wird und Probleme entstehen wie die Loop Disease beim iPhone 7, bei der der Lautsprecher nicht mehr funktioniert. Man legt Überbrückungsdrähte wie diesen, um zu verhindern, dass dasselbe wieder passiert, nachdem man den Chip wieder angebracht hat.

Ich nehme meinen Lieblingsfeind zur Hand, die iPhone 6-Platine, und navigiere zu der Lücke, die vom Vortag übrig geblieben war, als ich den Chip nicht wieder einsetzen konnte. Ich nehme eine Pinzette mit sehr dünnen Spitzen zur Hand, einen der haarfeinen Drähte und brenne die Isolierschicht davon ab. Neben dem Pad trage ich Flux auf, dann bestücke ich mein Löteisen mit einer winzigen Menge Lötzinn (das meiste davon wische ich mit der Messingwolle ab) und bewege den Draht hinüber zum Pad. Ich bin gerade dabei, den Draht zur anderen Komponente hinzubiegen, als mir klar wird: Ich kann das!

A microscopic wire jumper run from a chip pad to a component
Ein dünner Draht, der zur Übung zwischen einem Chip Pad und einem anderen Bauteil verlötet wurde (unser Autor schwört, er würde selbstverständlich diese Pads in Ordnung bringen, bevor er dort wieder einen Chip anbringt). 

Ich hatte mich so sehr darauf konzentriert, was alles schiefgehen würde, dass ich nicht bemerkt hatte, dass meine Hände und Augen ein besseres Gefühl für die Arbeit unter dem Mikroskop bekommen hatten. Oder dass ich das anfängliche Zittern meiner Hände überwunden hatte, als ich das Löteisen einsetzte. Sie waren ruhiger geworden; als etwas Lötzinn von einem anderen Pad auf das übersprang, an dem ich gerade arbeitete, drehte ich wie selbstverständlich das Löteisen etwas zur Seite und ließ das Lötzinn wieder zurück an seinen Platz wandern. 

Mark kommt vorbei, prüft meinen Draht und erklärt die Reparatur für vollbracht. „Wenn du das schaffst, gibt es nicht viel, das du nicht auch lernen kannst.“ Zur Übung baue ich noch ein paar weitere Drähte ein. Langsam entwickle ich ein Gefühl für die Dinge, an denen ich arbeite, und dafür, wie sie auf Druck reagieren: Die Lötverbindungen auf dem Board, das flüssige Lötzinn, Kondensatoren, Drähte, Pads. Ich muss nicht mehr mehrere Minuten lang suchen, bis ich den Punkt, an dem ich arbeiten möchte, unter dem Mikroskop gefunden habe. 

Es mag merkwürdig klingen, aber das ist der Spaß, der nicht auf der Strecke bleiben darf.

Ich repariere das Pixel 2, das ich ruiniert hatte

Bei Anbruch des vierten Kurstags sind die meisten toten iPhones, die die anderen Kursteilnehmenden mitgebracht hatten, bereits repariert. Jessa möchte das Pixel 2 sehen, das ich dabei habe. Es war das Handy eines meiner besten Freunde; das Display hatte nicht mehr funktioniert, nachdem ich den Akku ausgetauscht hatte. Ich hatte ein neues Display besorgt, aber das Bild war schwach und farblos. Ich hatte es zu einer Reparaturwerkstatt gebracht, wo ein weiteres neues Original-Display eingebaut wurde – mit demselben Ergebnis. Es ergab keinen Sinn, weder für mich, noch für alle, die ich um Rat fragte, und ich hatte schon so gut wie aufgegeben.

Für das Pixel 2 gab es zu dem Zeitpunkt keine Schaltpläne, die im Internet herumschwirrten, und auch keinen Markt für Bauteile auf Platinen-Ebene. Aber nachdem Mark und Jessa es zehn Sekunden lang unter dem Mikroskop betrachtet hatten, sagten beide, sie wüssten, wo das Problem läge. Und auch wir sollten einen Blick darauf werfen und versuchen, es zu identifizieren. Dann schau auch du mal genauer hin: Findest du das Problem?

Close-up view of the corner of a Pixel 2's display port
Der Display-Anschluss und benachbarte Teile des Display-losen Pixel 2

Jede Komponente beim Display-Anschluss sieht ein bisschen anders aus. Um einen Pin herum scheint das Board etwas korrodiert zu sein, es gibt ein paar Lotkugeln, die mit nichts verbunden sind (in manchen Modellen bleiben bestimmte Teile der Platine leer), und einer der Kondensatoren ist von etwas goldbraunem Rost bedeckt. Aber was gleich wichtig wird, ist das, was fehlt: Zwei Filter (ganz oben rechts im Bild oben), deren leere Pads man auf dem dunklen Board leicht übersieht.

Im Verlauf des Kurses haben wir viel über Schäden gesprochen, die von früheren Reparaturen stammen können. Für solche Schäden muss man stets die Augen offenhalten. In diesem Fall war es meine frühere Reparatur, die den Schaden verursacht hatte: Ich hatte die Filter abgehebelt, als ich zu viel Kraft beim Ausbau des Display-Steckers anwandte. Mark betrachtet das Board und schätzt, dass es sich bei einer fehlenden Komponente um einen Kondensator handelt, der weggelassen werden kann. Die andere jedoch ist ein Filter, dessen Fehlen nun eine Verbindung zwischen dem Display und der Platine offengelassen hat. Wir haben nicht mehr viel Zeit an diesem Kurstag, also bringt Mark selbst einen Überbrückungsdraht an.

Running a jumper wire between the pads of a disconnected filter on a Pixel 2 display port
Ein Draht wird zwischen die Pads eines fehlenden Filters gelötet. Die Reiskörner dienen der Größeneinordnung.

Mark gibt mir das Smartphone und ich nehme es hinüber zum Tisch mit den Ladegeräten. Ich nehme das OLED-Ersatz-Display, verbinde es mit einer geübten Fingerbewegung, stecke das Ladekabel ein, und – das Google-Logo erscheint, in seiner ganzen primärfarbenen Pracht. Es dauert weniger als eine Minute, bis der Login-Screen erscheint und das Display auf Berührungen reagiert. Mark hat eine Minute gebraucht, um das Problem zu identifizieren, und fünf Minuten für die Reparatur, um das Handy zu retten, das allen ein Rätsel war.

A Pixel 2 on a workbench, assembled and turned on
Das Pixel 2 nach seiner OP.

Das ist es. Deshalb mache ich das hier.

Unser Autor entfernt einen Tristar Chip von einer Platine mithilfe von Heißluft, Pinzette und sehr viel ruhigeren Händen am vierten Kurstag (entschuldige die ungünstigen Winkel des Mikroskop-Arms und der Heißluftpistole).

Im dritten und letzten Teil meines Berichts werde ich auf die wirtschaftlichen, politischen und betrieblichen Rahmenbedingungen eingehen, die die Reparatur auf Leiterplattenebene beeinflussen. Klingt langweilig? Das wird es nicht sein. Versprochen.

Dieser Artikel wurde übersetzt von Maria Parker.