Gegevensherstel van een monolithische SD-kaart: een praktijkstudie

Dat is begrijpelijk. Maar waarom is hij kapot?

Dat is de vraag die ik veel interessanter vind, want een defecte SD-kaart betekent niet automatisch dat het NAND-geheugen defect is, en het betekent zeker niet dat de opgeslagen gegevens zijn verdwenen.

Monolithische SD-kaarten maken dit nog interessanter, omdat de meeste elektronica is ingebed in wat in feite één massief pakket is. Je kunt niet simpelweg naar de printplaat kijken en direct een controller, NAND-chips, condensatoren, weerstanden en alles wat u normaal gesproken op een traditioneel flash-apparaat zou verwachten, zien.

Onlangs hadden we hier een perfect voorbeeld van. Een SanDisk Ultra 32GB SD-kaart kwam binnen die volledig ondetecteerbaar was. Wat aanvankelijk leek op een potentieel ingewikkeld flash-herstel, bleek uiteindelijk terug te brengen tot twee microscopische componenten die in de kaart verborgen zaten. In plaats van alleen het eindresultaat te laten zien, leek dit me een goede gelegenheid om het daadwerkelijke herstelproces te doorlopen en uit te leggen wat er gaande was.

De casus

Het object is een vrij ordinary ogende SanDisk Ultra 32GB SD-kaart. Er waren geen barsten, brandplekken, gebroken contacten of andere uiterlijke kenmerken die direct wezen op hardwarefalen. De klant rapporteerde simpelweg dat de kaart was gestopt met werken en niet langer werd gedetecteerd door de camera of een computer.

Dit is waar een correcte diagnose extreem belangrijk wordt. We zouden direct kunnen denken aan NAND-toegang, pinouts, controllerproblemen of een reeks andere mogelijkheden, maar zonder te weten wat er daadwerkelijk defect is, zouden we in feite aan het gissen zijn. Voordat we iets invasiefs zouden doen, moesten we uitzoeken waarom de kaart in de eerste plaats dood was.

Initiële diagnose

De eerste stap was elektrisch testen, en dit leverde direct nuttige informatie op. Metingen onthulden een directe kortsluiting tussen de positieve voedingsrail en de massa (ground). In eenvoudige taal: de stroom die de kaart binnenkwam, bereikte niet de plek waar deze heen moest. Iets in de kaart trok de voedingsrail effectief naar beneden, waardoor de controller niet kon initialiseren en de SD-kaart volledig ondetecteerbaar bleef.

Het probleem is dat het vinden van een kortsluiting en het vinden van het component dat verantwoordelijk is voor die kortsluiting twee heel verschillende zaken zijn. In tegenstelling tot oudere SD-kaarten, die een aparte controllerchip, één of meer NAND-geheugenchips en ondersteunende componenten op een conventionele printplaat bevatten, is deze kaart gebouwd als een monolithisch pakket. Veel van de schakelingen zijn ingebed in een solide materiaal, dus er is niet noodzakelijkerwijs iets obvious aan het oppervlak dat je kunt aanwijzen en zeggen: "Daar zit het probleem."

Op dit punt waren verschillende mogelijkheden nog op tafel:

• Een defecte condensator;
• Beschadigde voedingscircuits;
• Een controllerprobleem;
• Interne schade aan het substraat;
• Potentieel iets met de NAND zelf.

In plaats van willekeurig materiaal te gaan verwijderen in de hoop het probleem te stuiten, moesten we nauwkeuriger bepalen waar die kortsluiting vandaan kwam.

Tijd voor de warmtecamera

Thermische beeldvorming is een van mijn favoriete diagnostische instrumenten voor elektronische defecten geworden, omdat het ons een andere manier geeft om naar een circuit te kijken. Als een component kortsluiting heeft of aanzienlijk meer stroom verbruikt dan nodig, moet die energie ergens heen, en vaak komt een deel daarvan vrij als warmte.

Door onder gecontroleerde omstandigheden stroom op de kaart te zetten, konden we letten op een gebied dat anders opwarmde dan de omgeving. En inderdaad, er verscheen iets. Eén klein gebied van de kaart begon aanzienlijk sneller op te warmen dan de omgeving en bereikte uiteindelijk ongeveer 44,5°C, terwijl het grootste deel van de kaart veel dichter bij kamertemperatuur bleef.

Nu kwamen we ergens. De kaart werd opnieuw vanuit een andere hoek bekeken om er zeker van te zijn dat we niet simpelweg keken naar een misleidende thermische reflectie of een andere nabijgelegen warmtebron. Het resultaat was hetzelfde: hetzelfde gebied, hetzelfde resultaat.

Dat gaf ons een veel beter idee van waar het elektrische probleem zich bevond, maar het vertelde ons nog niet alles. Onthoud dat veel van de schakelingen in een monolithische SD-kaart begraven liggen in het pakket, dus weten waar iets warm wordt, vertelt je niet noodzakelijkerwijs wat er elektrisch verbonden is daaronder. Daarvoor hadden we een ander paar ogen nodig.

Röntgenanalyse

Hier wordt het interessanter. Een röntgenfoto stelt ons in staat om interne koperlagen, begraven sporen, via's en de stroomvoorziening te zien die simpelweg niet door een microscoop zichtbaar zijn, omdat ze fysiek verzegeld zijn in het monolithische pakket. Als de warmtecamera ons vertelt waar er iets verdachts gebeurt, kan de röntgenfoto ons helpen begrijpen wat daar precies verborgen zit.

Door de röntgenfoto te vergelijken met het gebied dat tijdens de thermische analyse was geïdentificeerd, konden we de verdachte componenten herleiden naar een belangrijk deel van de voedingscircuits van de kaart. We zagen ook geen bewijs van grotere structurele schade die het herstel in een compleet andere richting zou sturen. Nu hadden we meerdere stukken diagnostische informatie die naar hetzelfde gebied wezen, wat aanzienlijk beter is dan componenten verwijderen en hopen op het beste.

Het probleemgebied openen

Nu we wisten waar we onze aandacht op moesten richten, konden we beginnen met het blootleggen van de schakelingen in dat specifieke gebied van het monolithische pakket. Hier komen een precisie-graveermachine en zeer fijne carbidestekken in beeld. Onder een microscoop kan het beschermende materiaal laag voor laag voorzichtig worden verwijderd totdat de componenten en schakelingen eronder toegankelijk worden.

En wanneer ik zeg voorzichtig, dan bedoel ik echt voorzichtig. We werken met fracties van een millimeter. Als u te diep gaat, is het mogelijk om door een spoor heen te snijden of iets te beschadigen dat perfect gezond was voordat we het aanraakten. Gaat u niet diep genoeg, dan heeft het weinig zin, omdat de componenten die we moeten inspecteren begraven blijven onder het materiaal. Er is geen prijs voor het snel voltooien van dit deel. Het idee is om alleen zoveel materiaal te verwijderen als noodzakelijk is, terwijl alles eronder intact blijft.

Dit is precies waarom de thermische en röntgen-diagnoses eerst kwamen. In plaats van blindelings materiaal van de kaart te verwijderen op zoek naar iets verdachts, hadden we al een specifiek interessegebied en een veel beter begrip van wat eronder verborgen zat.

Wat bevindt zich daaronder?

Zodra er genoeg materiaal was verwijderd, konden we eindelijk een beter beeld krijgen van wat er in de kaart verborgen zat. Verschillende kleine componenten werden nu zichtbaar, waaronder condensatoren die verbonden zijn met de voedingscircuits van de kaart. Deze dingen zijn absoluut minuscuul, maar grootte maakt ze niet onbelangrijk. Een defecte condensator op de verkeerde voedingsrail kan voorkomen dat de controller initialiseert en kan een verder perfect herstelbare SD-kaart volledig dood doen lijken.

Op dit punt waren we niet van plan om componenten te verwijderen alleen omdat ze er verdacht uitzagen. De thermische beeldvorming en het röntgenonderzoek hadden ons naar het juiste gebied gebracht, maar de individuele componenten moesten nog elektrisch worden getest voordat er iets werd verwijderd. Het gaat hier niet om het vervangen van onderdelen totdat er iets werkt. Elk component moet als defect worden aangetoond, omdat het heel gemakkelijk is om nieuwe schade aan te brengen in een reeds fragiel opslagapparaat terwijl u probeert een probleem op te lossen dat er nooit was.

Het eigenlijke probleem vinden

Verdere elektrische tests beperkten het probleem uiteindelijk tot twee microscopische condensatoren die verantwoordelijk waren voor de kortsluiting. Dat was het defect.

De twee defecte condensatoren werden voorzichtig verwijderd en de elektrische metingen werden herhaald. De kortsluiting die voorheen aanwezig was, was verdwenen, wat betekende dat we eindelijk konden proberen de kaart normaal van stroom te voorzien. En dit is waar de casus bijzonder interessant werd: de controller initialiseerde.

Onthoud dat deze kaart volledig dood en ondetecteerbaar was binnengekomen. Op dit punt hadden we de NAND niet geëxtraheerd, de inhoud niet gereconstrueerd, geen pinout-herstel uitgevoerd of iets exotisch gedaan met het geheugen zelf. We hadden simpelweg het elektrische probleem gediagnosticeerd en gerepareerd dat voorkwam dat de kaart in de eerste plaats kon opstarten. Nu konden we uitzoeken in welke staat de eigenlijke gegevens verkeerden.

Die groene blokken zijn een zeer goed teken

De gerepareerde kaart werd aangesloten op ons PC-3000 Flash-herstelsysteem en, voor het eerst sinds het defect, kregen we succesvolle leesacties uit het NAND-geheugen. Die groene blokken op het scherm zien er misschien niet terribly spannend uit, maar wanneer u in gegevensherstel werkt, is dit precies wat u wilt zien. Elk blok vertegenwoordigt geheugenpagina's die succesvol worden gelezen van een kaart die, kort voordat deze screenshot werd genomen, met niets zou communiceren.

(Video: PC-3000 Flash leest de gerepareerde SanDisk SD-kaart in real-time)

Op dit punt had de elektronische reparatie zijn werk gedaan. De controller communiceerde weer met het NAND-geheugen en we konden overgaan naar het deel dat echt telt voor de eigenaar van de kaart: de bestanden.

Heeft het bestandssysteem overleefd?

Een apparaat weer leesbaar krijgen is ongetwijfeld goed nieuws, maar het betekent niet automatisch dat het bestandssysteem en de opgeslagen bestanden in goede staat zijn. Wat hebben we gevonden?

In dit geval was het resultaat zo goed als we konden vragen. Het FAT32-bestandssysteem bleef toegankelijk, samen met de oorspronkelijke mappenstructuur, bestandsnamen, tijdstempels en de foto's van de klant. Dit is bijzonder belangrijk, omdat er een groot verschil is tussen het herstellen van een stapel ruwe bestanden (RAW recovery) en het herstellen van het oorspronkelijke bestandssysteem. RAW-herstel kan de gegevens zeker redden, maar bestandsnamen, mappen en andere informatie over het bestandssysteem kunnen in dat proces verloren gaan.

Hier was dat niet nodig. Zodra het hardwareprobleem was opgelost, konden we het oorspronkelijke bestandssysteem benaderen en vanaf daar overgaan tot herstel.

Waarom is dit relevant?

Hier is waar ik denk dat deze casus een nuttig voorbeeld wordt in plaats van simpelweg een interessante reparatie. Er is een neiging bij defecte monolithische flash-apparaten om direct naar de meest gecompliceerde verklaring te springen: de kaart is dood, dus de controller moet dood zijn; misschien is de NAND defect; misschien hebben we een pinout nodig; misschien moeten we de NAND direct uitlezen en alles reconstrueren.

Dat zijn allemaal legitieme herstelmethoden, en er zijn genoeg gevallen waarin ze absoluut noodzakelijk zijn. Maar niet in dit geval.

In deze casus was het NAND-geheugen niet verantwoordelijk voor het defect, noch was er iets dat erop wees dat de controller zelf was gestorven. De kaart kon niet initialiseren omdat twee kleine condensatoren, begraven in het monolithische pakket, defect waren geraakt en een elektrische kortsluiting hadden veroorzaakt. Als we direct naar een invasievere herstelprocedure waren overgegaan zonder de kaart eerst correct te diagnosticeren, zouden we het verkeerde probleem hebben opgelost.

Thermische beeldvorming hielp ons de fysieke locatie van het defect te bepalen, röntgenbeeldvorming gaf ons een beter begrip van de schakelingen die in de monolieth verborgen zaten, en elektrische tests op componentniveau identificeerden uiteindelijk de defecte condensatoren. Zodra die componenten waren verwijderd en de kortsluiting verdween, kon de controller initialiseren en werd de kaart weer toegankelijk.

Conclusie

Wat is de belangrijkste lesson uit dit alles? Voor mij is het vrij simpel: verwar een dood opslagapparaat niet met dode gegevens.

Een geheugenkaart die niet wordt gedetecteerd door een camera, computer of kaartlezer is zeker niet in goede staat, maar dat vertelt ons verrassend weinig over wat er daadwerkelijk binnenin is gebeurd. Soms faalt de NAND, soms is de controller beschadigd, soms is de interne schakeling fysiek aangetast, en soms wordt het hele apparaat platgelegd door componenten die zo klein zijn dat u ze nauwelijks kunt zien zonder vergroting.

Dat is precies waarom een correcte diagnose ertoe doet. U kunt alle dure herstelhardware ter wereld bezitten, maar als u het verkeerde probleem probeert op te lossen, zal niets daarvan veel helpen. In dit geval waren twee kleine condensatoren genoeg om een perfect herstelbare 32GB SD-kaart volledig dood te laten lijken. Het vinden ervan vereiste elektrische diagnose, thermische beeldvorming, röntgenonderzoek, zorgvuldige verwijdering van het materiaal dat het getroffen gebied bedekte en tests op componentniveau.

Zodra we wisten waar we naar zochten, werd de rest van het verhaal aanzienlijk eenvoudiger. Vind eerst het defect. Bepaal daarna hoe u de gegevens kunt herstellen.