수리 의뢰와 초기 점검
이번에 하드웨어 기술자 지인에게 전원이 켜지지 않는 데스크탑 PC 메인보드를 수리 의뢰받았습니다. 이전 메인보드 수리 글에서도 말씀드렸듯이, 메인보드의 동작 원리를 깊이 알지 못하더라도 체계적인 고장 찾기(fault finding) 절차만 따라가면 어떤 회로 문제든 해결에 큰 도움이 됩니다.
먼저 육안 검사를 진행한 결과, 타거나 그을린 흔적도 없었고 물리적인 손상도 발견되지 않았습니다.
표준 진단 절차 진행
사진에서 보시다시피 보드는 먼지 하나 없이 매우 깨끗합니다. 누군가 이미 보드를 세척하며 수리를 시도했음을 짐작할 수 있습니다.
일반적인 테스트 절차에 따라 퍼플(보라색) 와이어의 5V 대기 전압(Standby Voltage)을 측정했습니다. 5V가 정상적으로 읽히므로 대기 회로는 정상입니다. 이후 메인보드의 POWER_SW 핀을 단락(short)시켜 부팅을 시도했지만, 보드는 반응하지 않았습니다.
전원 스위치 핀 전압 확인
파워 스위치 핀의 전압을 측정하니 3.3V가 나왔습니다. 트리거를 걸기에는 충분한 전압입니다. 그런데도 스위치가 작동하지 않습니다.
이쯤 되면 VRM 섹션이 의심됩니다. 메인보드에서 4핀 ATX 케이블을 분리한 후 다시 트리거를 시도해 봤지만 결과는 같았습니다. 때로는 VRM 섹션 내부의 단락이 메인보드 기동 불량의 원인이 되기 때문입니다.
4핀 ATX 분리 상태에서 강제 기동 테스트
24핀 ATX 커넥터는 보드에 연결된 상태로 유지하고, 4핀 ATX 12V CPU 전원 커넥터만 소켓에서 분리한 뒤 전원을 인가하고 스위치 트리거를 시도했습니다. 아래는 프론트 패널 커넥터 배선도이며, 평소에는 파워 스위치 핀을 단락시켜 기동시킵니다.
그러나 위의 모든 절차로도 트리거에 실패했습니다.
강제 기동으로 과열 부품 찾기
이제 트리거 과정을 우회하여 메인보드를 직접 기동시키고, 단락으로 인해 과열되는 부품이 있는지 찾아야 합니다. 이를 위해 24핀 ATX 커넥터의 초록색 와이어(PS_ON) 핀과 검정색(-) 와이어를 핀셋으로 계속 단락시켜 줍니다.
이렇게 하면 메인보드가 강제로 기동됩니다. (단, 이 방법은 임시 조치일 뿐 영구적인 해결책이 아닙니다. 내부적으로 단락된 부품이 있다면 회로가 타버릴 수 있으니 주의해야 합니다.)
메인보드가 기동된 후 손으로 만져 모든 부품의 과열 여부를 빠르게 확인했습니다. 그러나 이번 경우에는 과열되는 부품이 없었습니다. 또한 각 단계별 전압도 모두 정상 범위 안에 있었습니다. 그렇다면 문제는 대체 어디에 있는 걸까요?
프론트 패널 커넥터 재집중
다시 프론트 패널 커넥터에 주목했습니다. 보드에 전원을 인가한 상태에서 각 핀별 전압을 확인했습니다. 파워 LED 등 대부분의 핀은 기준 그라운드 대비 +전압이 모두 정상이었지만, 트리거 핀만 문제였습니다.
파워 스위치 트리거 핀은 VGA, 시리얼, USB 커넥터 등 출력 포트의 금속 몸체(섀시 그라운드) 기준으로는 3.3V가 측정됩니다. (평소 전압 측정이나 그라운드 단락 여부 확인 시 이 섀시 그라운드를 기준점으로 사용합니다.) 그런데 POWER_SW 양극 핀 옆에 있는 그라운드 핀 기준으로는 전압이 측정되지 않았습니다.
이 핀과 커넥터 그라운드 간 도통(continuity)을 확인했더니, 역시 도통이 되지 않았습니다.
논리 그라운드 동작 원리 참고
(참고: 이 파워 트리거 스위치는 논리 그라운드(Logical Ground) 방식으로 동작합니다. 전원에 직접 연결된 것이 아니라, 하이/로우 신호를 감지하는 컨트롤러 IC에 연결되어 있습니다. 스위치를 누르면 3.3V(하이 신호)의 트리거 전압이 0V(로우 신호)로 떨어지고, 컨트롤러 IC는 이 로우 신호를 감지하는 순간 ATX 커넥터의 PS_ON(초록색 와이어)을 통해 파워서플라이에 명령을 보내 나머지 전압들을 메인보드에 공급합니다. 이 동작 방식은 대기(Standby) 기능을 갖춘 모든 파워서플라이에 적용됩니다.)
즉, 이 핀과 그라운드 사이 어딘가에 문제가 있다는 뜻입니다. 주변의 다른 그라운드 핀들은 해당 핀들과 정상적으로 그라운드가 연결되어 있었습니다.
돋보기로 추적한 결정적 단서
이런 종류의 멀티레이어 PCB에서는 일부 배선이 부품 아래를 지나가기 때문에 회로를 추적할 수 없습니다. 그래서 돋보기를 들고 배선 손상 흔적을 찾기 시작했습니다…… (돋보기 없이는 이런 문제를 추적하는 것이 불가능합니다.)
돋보기 아래에서 드디어 스크래치 자국과 함께 SMD 캐패시터가 제자리에서 이탈·들뜬 것을 발견했습니다.
돋보기가 없다면 이런 종류의 보드는 수리할 수 없습니다.
핫에어 작업의 좌절
이런 유형의 고장을 꼼꼼히 추적하고 작업하려면 HD 현미경이 필수지만, 안타깝게도 저는 가지고 있지 않습니다. 이 캐패시터를 핫에어 스테이션으로 재부착하려 했습니다. 위치가 너무 좁아 납땜 인두를 사용할 수 없는 자리였기 때문입니다. 그런데 핫에어 노즐을 캐패시터 쪽으로 향하는 순간, 근처의 IO 칩(사우스브리지) 히트싱크에 부딪혀 되튕긴 바람 때문에 캐패시터가 그대로 날아가 버렸습니다!
(이 작업은 한 손에는 돋보기를, 다른 한 손에는 캐패시터를 집을 핀셋을 들어야 하고, 핫에어 스테이션 핸들을 잡으려면 손이 한 개 더 필요합니다.)
하하하…… 헷갈리시죠?
미세 부품들이 빼곡하게 붙어 있는 좁은 공간에서 작업하기란 정말 어렵습니다. 이런 현미경적 회로를 수리하는 것은 거의 불가능에 가깝습니다.
영리한 우회 해결 – 점퍼 설치
이제…… 해결책을 찾아 완전히 다른 세계를 헤매던 중, 문득 좋은 생각이 떠올랐습니다. 핀셋으로 리셋 스위치 옆 그라운드 핀을 건드리며 트리거를 시도해 보자, 이번에는 메인보드가 정상적으로 기동되기 시작한 것입니다.
그래서 POWER_SW의 그라운드를 근처 캐패시터의 그라운드에 연결하는 점퍼(jumper)를 만들기로 결심했습니다.
이제 계획대로 최종 작업을 진행합니다.
수리 완료 및 최종 테스트
메인보드의 동작을 다시 테스트한 결과, 아무 문제 없이 깔끔하게 정상 작동했습니다.
이 글은 인도 뭄바이에서 컴퓨터 하드웨어 엔지니어로 일하고 있는 Yogesh Panchal님이 여러분을 위해 준비한 내용입니다.
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참고: 이전 수리 글인 'Creative SBS 370 스피커 전원 불량 수리'도 확인해 보실 수 있습니다.