مشکل خاموش سخت افزار و راه حل های جلوگیری از آن

درود بر دوستان و همراهان همیشگی “سخت افزار”،با یک مطلب اختصاصی و بسیار مهم در خدمت شما هستیم.مشکلات خاموش در سخت افزار،اصطلاحی است که برخی از تکنسین های غربی از آن استفاده می کردند.امروزه اما مشکلات خاموش سخت افزار،توسط بسیاری از تکنسین و متخصصان سخت افزار استفاده می شود.مشکلات خاموش داری 4 رکن است که در این مطلب،به یکی از بدترین آنها اشاره خواهیم کرد.

آیا تا به حال به واژه “دفرمه شدن” (Deformed)  برخورد کرده اید؟بله دوستان یکی از ارکان مشکلات خاموش سخت افزار،دفرمه شدن در مدار چاپی و PCB است.در این مطلب،ضمن معرفی این ایراد،آن را بررسی کرده و در نهایت راه خل های جلوگیری از آن را با شما در میان خواهیم گذاشت.

مدار چاپی و PCB چیست؟

برای شروع،ابتدا توضیح مختصری از بردهای الکترونیکی را مرور می کنیم:

برد مدار چاپی شامل مجموعه ای از مدارهای الکتریکی بوده و می‌تواند یک طرفه (یک لایه مس)، دو طرفه (دو لایه مس) و یا حتی چند لایه باشد؛ بطوریکه قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن، آی سی و … بر روی آن مونتاژ شده و جهت استفاده در تجهیزات الکترونیکی بکار می رود. ماده خام تشکیل دهنده این بردها از متریال های مختلفی مانند فایبر، راجرز، تفلون، فلکسی بل و … ساخته شده و با ضخامت های 0.2 تا 3.2 میلیمتر عرضه می گردند. استاندارد جهانی تولید بردهای مدار چاپی بر اساس استاندارد UL وIPC بوده و جهت طراحی این بردها عموما از نرم افزارهایی مانند Protel استفاده می گردد. هنگامی که برد تنها دارای اتصالات مسی است و هیچ اجزای تعبیه شده دیگری ندارد، آن را برد چاپ سیم کشی (PWB) و یا برد سیم کشی حک شده می‌نامند. اگر چه دقیق تر، واژه برد چاپ سیم کشی کمتر استفاده می‌شود برد مدار چاپی همراه با قطعات الکترونیکی است که مونتاژ مدار چاپی (PCA)و یا مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA)نامیده می‌شود. واژه استفاده شده IPC برای بردهای مونتاژ شده، مونتاژ کارت مدار (CCA) هستند، که مربوط به برد پشت‌های مونتاژ شده آن است. برد مدار چاپی واژه‌ای است که به طور غیررسمی برای هر دو برد خالی و مونتاژ شده استفاده می‌شود.

در بردهای الکترونیکی مورد استفاده در سخت افزارهایی مانند مادربرد و کارت گرافیک،شاهد تعداد 3 الی 15 لایه هستیم.برخی از کمپانی ها نیز در هنگام تولید بردها،از لایه های اضافی مس،طلا و نقره استفاده می کنند که این اقدام مزیت هایی مانند موارد زیر را به همراه دارد:

کاهش دمای کلی

کاهش ورود نویز

کاهش تداخلات الکترونیکی و الکترواستاتیکی

سرعت بیشتر در BUS ها

کاهش دفرمه شدن

بردهای الکترونیکی پس از تولید،مورد برخی از آزمون ها قرار می گیرند که سلامت،کیفیت و کارایی آنها تضمین می گردد.از جمله عمومی ترین موارد در این تست ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

در حالی که خاموش است بازرسی بصری، بازرسی نوری صورت می‌گیرد. دستورالعمل‌های JEDEC برای قرار دادن جزء برد مدار چاپی، لحیم کاری، و بازرسی‌های معمول برای حفظ کنترل کیفیت در این مرحله از تولید برد مدار چاپی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در حالی که خاموش است، تجزیه و تحلیل آنالوگ، تست کردن قدرت رخ می‌دهد.

در حالت خاموش، در مدار آزمون، اندازه‌گیری‌های فیزیکی (به عنوان مثال، ولتاژ) می‌تواند انجام شود.

در حالت روشن، آزمون عملکردی، فقط چیزی را چک می‌کند که به آن دستور داده شده است.

(برد مدار چاپی مالتی لایر – ۴ لایه – آبکاری طلا)

آزمون های دیگری نیز وجود دارد که بدون دخالت انسانی،تنها توسط سیستم های تولید و به صورت تمام دیجیتال انجام می گیرد.به عنوان مثال،گیت ها ار از بین راه باردار کرده و خروجی آنها به صورت مجزا بررسی می کنند؛و یا پایه های IC های چند لایه به صورت تک به تک مورد بررسی قرار می دهند تا از اتصال آنها در لایه های متفاوت،اطمینان حاصل گردد.این اطلاعات برای شناخت سطحی از بردهای دیجیتال و الکترونیکی کافی به نظر می رسد.اینک به معرفی مشکل دفرمه شدن می رسیم.

نشانه های دفرمه (Deformed)

شاید با ایرادات عجیب و غریب بسیاری برخورد داشته اید که نشانه های آن بسیار ساده هستند.

خاموش شدن های ناگهانی

خطاهای متعدد در زمینه های حافظه و GPU

اتصال کوتاه و ریستارت شدن سیستم

قطع جریان به وسیله منبع تغذیه به دلیل نقص فنی در رابط های تغذیه کامپیوتر

برخورد با صفحه آبی معروف (Blue Screen)

قطع شدن تصویر خصوصا در زمانی که سیستم در لودهای طولانی قرار گرفته است

قطع شدن ناگهانی تمامی اتصالات SATA و گم کردن ذخیره ساز توسط مادربرد

به طور کل روشن نشدن سیستم از پایه

از کار افتادن برخی از ماژول های حافظه رم و یا همگی آنها

و…

مواردی که در بالا ذکر گشت،روتین و عامیانه ترین نشانه هایی است که در حالت دفرمه شدن مشاهده می گردد.به طور عمده،کاربران مدت زیادی را صرف پیدا کردن ایراد کرده و یا سیستم را به تعمیرکاران ماهر می سپارند.نمی توان مشکلات ذکر شده را به طور دقیق و تنها به دفرمه شدن ربط داد،اما دفرمه شدن،چنین مشکلاتی را به همراه دارد.

دلایل دفرمه شدن و توضیح آن

اصلا دفرمه شدن چیست؟دلایل بروز آن چیست؟دفرمه شدن به مشکلات فیزیکی در بردهای الکترونیکی اطلاق می گردد.دفرمه شدن،در اثر خمیدگی و گرمای بیش از توان قابل تحمل به وجود می آید.یکی دیگر از دلایل دفرمه شدن برد،تحمل وزن بیش از حد در مدت زمان طولانی است.در صورت بروز دفرمگی،برد های الکترونیکی به صورت فیزیکی دچار ایراد شده و اتصالات آنها مورد قطع و یا تهدید واقع می شود.علاوه بر مسیرهای هادی،پایه های مدارت مجتمع و قطعات الکترونیکی دیگر،در معرض کنده شدن و قطع ارتباط هستند.لحیم های قطعات نیز به آسانی از هادی و مسیر کشی های جدا می شوند.

بردهای چند لایه که در سیستم های سخت افزار کامپیوتر مورد استفاده هستند،بیشتر در معرض این مشکلات هستند. برد های چند لایه یا مولتی لایر دارای یک پلت فرم پایه از بردهای دو رو میباشند که توسط یک سری عملیات پیچیده ساخت و registration به برد های چند لایه تبدیل میشوند. وجود بردهای چند لایه در پیشرفت محاسبات امروزی بسیار تاثیر گذار است .طیف وسیعی از مواد اپوکسی و سرامیک و مس و آلومینیوم در این نوع از بردها استفاده میشوند و طراحان میتوانند از Via های کور و دفن شده (Blind and buried vias) در طراحی خود در این برد ها استفاده نمایند.

(یک نمونه ساده از مسیرهای برد دیجیتال)

دلایل اصلی دفرمه شدن برد:

1-تحمل وزن بیش از اندازه است.مشکلاتی که در اثر اضافه وزن به وجود می آیند،عمدتا مادربرد را هدف قرار می دهند!کولر های سنگین وزن،کارت گرافیک،کارت های توسعه،ماژول های حافظه رم و M.2 و…مواردی هستند که می توانند در کنار یکدیگر،وزن بالایی را ایجاد کرده و مادربرد را تحت فشار قرار دهند.برخی از مادربردهای امروزه،توان تحمل وزن های بالا را دارا هستند،اما در طولانی مدت و در کنار گرما،مادربرد دچار دفرمه شدن می گردد.قسمت خطرناک دوم،مربوط به سوکت پردازنده و اسلات PCI است.وزن بالای برخی از کولرها،می تواند فشار به بخش پردازنده را بالا برده و موجب دفرمگی این قسمت گردد.هر چند که برندهایی مانند MSI و Gigabyte در برخی از مادربردهای خود،از گاردهای کولر بهره گرفته اند.تا بدین تریتب وزن حاصل از تحمل کولر کاهش یابد.Gigabyte و EVGA نیز جزو اولین برندهایی بودند که در پایه های PCI از فلزهای تقویتی و نگهدارنده استفاده کردند.بدین ترتیب خطر قطع شدن اتصالات در این پایه ها به دلیل تحمل وزن کارت گرافیک،به خوبی کاهش یافت.

نکته:

یکی از مهمترین دلایل دفرمه شدن،شیوه نصب قطعات است که تقریبا در اکثر کامپیوتر و کیس های جهان،به صورت ایستاده است.

2-گرما دومین عامل دفرمه شدن بردهای دیجیتال است.دما دشمن اصلی دفرمگی در کارت گرافیک ها و سپس مادربرد است.گرمای زیاد موجب تحت تاثیر قرار دادن لایه های مسی،ارتباط های مسی،ار بین بردن چسب های موجود بر روی قلع ها،جدا شدن پایه ها از برد و…گردد.متریال های به کار رفته در مادربرد،می تواند نقش تعیین کننده ای در سرنوشت آن داشته باشد.دمای بالا و طولانی مدت،یکی از مهمترین دلایل دفرمگی در قسمت نصب GPU و مدار تغذیه کارت گرافیک ها است.کولرهای سنگین و کارت گرافیک های 22 سانتی متری به بالا،به این خطر نزدیک تر هستند.وزن کولر بر روی برد اصلی کارت گرافیک است.برخی از کولرها نیز وزن بالایی را از طریق هیت سینک به GPU وارد می سازند که دلیل آنها برای این کار،کاهش دما از پردازنده گرافیکی است.اما نتیجه نهایی می تواند دفرمه شدن سوکت پردازنده گرافیکی را به همراه داشته باشد.

3-نصب کولرهای سنگین و کیس های غیر استاندارد نیز در دفرمه شدن مادربرد تاثیر بالایی دارد.به عبارت ساده تر،وجود کولرهای سنگین در مادربردهای غیر حرفه ای و میان رده،عامل بزرگی در دفرمه شدن این محصولات به شمار می رود.

اما دلیل استفاده از بردهای چند لایه چیست؟

پاسخ بسیار آسان است؛بردهای برخی از مدارات مجتمع و قطعات SMD،در لایه های متفاوت هستند.به عنوان مثال،یک IC با 20 پایه را تصور کنید.تعداد 10 پایه آن در لایه اول،2 پایه در ارتباط با لایه سوم و 8 پایه دیگر در ارتباط با لایه هفتم هستند.و یا دو خازن جامد را در کنار یکدیگر تصور کنید؛خازن اول به لایه سوم مرتبط گشته و این در حالی است که خازن دوم که درست در کنار خازن اول است،به لایه اول و مسیر مشخص شده آن متصل شده است.اگر فرض را بر آن بگیریم که از بردهای چند لایه استفاده نشود،آنوقت  یک مادربرد ساده به اندازه یک فرش جا اشغال می کند!

نکته:

عمده مادربردهای موجود نیز بین 5 الی 12 لایه دارند.البته تمامی این لایه،به منظور ارتباط الکترونیکی نیست.برخی از لایه ها حامل فلزاتی مانند مس،طلا و نقره هستند که دلایل این کار در ابتدای مطلب توضیح داده شده است.

راه های جلوگیری از دفرمه شدن چیست؟

راه حل های جلوگیری از بروز این مشکل،بسیار ساده است.به عنوان مثال به مهمترین راه حل های موجود اشاره خواهیم کرد.

1-در هنگام نصب مادربرد،مکان های (از 3 الی 10 عدد) به منظور نصب پیچ وجود دارد.بسیاری از کاربران و فروشندگان،پس از بستن چند پیچ،باقی محفظه ها را خالی گذاشته و در آنها پیج نصب نمی شود.بستن تمامی پیچ های موجود می تواند خطر دفرمه شدن را به شدت کاهش دهد.

2-همواره به تهویه کیس توجه کنید.خصوصا در فصل گرما،می توانید از تمام فن های موجود در کیس استفاده کرده و یا سامانه خنک کننده را به وسیله اضافه کردن فن،تقویت نمائید.

3-از نصب کولرهای سنگین بر روی مادربردهای میان رده پرهیز نمائید.در غیر این صورت می توانید از گاردهای سوکت پردازنده استفاده کنید.در هنگام انتخاب کولر،به نوع و کیفیت ارتباط آن توجه نمائید.در حد پیشنهاد،مطالعه سابقه کولر در این زمینه نیز پیشنهاد می شود.

4-در هنگام نصب کارتهای توسعه مانند کارت گرافیک،پیچ های I/O را به خوبی به کیس متصل نمائید.

5-به صورت مداوم،مدت زمانی مانند نیم تا یک ساعت در روز را به خواباندن کیس اختصاص دهید.حتی در هنگام استفاده،این اقدام می تواند به کاهش مشکل یاد شده کمک نماید.

نکته:

در برخی از عیب یابی ها،شاهد آن هستیم که پس از اسمبل سیستم در خارج از کیس،مشکل برطرف شده و کامپیوتر به خوبی کار می کند.در این حالت نیز احتمال وجود دفرمگی در مادربرد بسیار زیاد است.یادتان باشد که این مشکل می تواند به سخت افزارهای نصب شده مانند ماژول های رم نیز آسیب جدی وارد کند.