Конденсаторная чума
Конденсаторная чума была проблемой, связанной с более высокой, чем ожидалось, частотой отказов нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторов в период с 1999 по 2007 год, особенно некоторых тайваньских производителей. [1] [2] из-за неправильного состава электролита , вызвавшего коррозию с газообразованием; это часто приводило к разрыву корпуса конденсатора из-за повышения давления .
Высокий уровень отказов наблюдался во многих известных марках электроники и был особенно заметен в материнских платах , видеокартах и блоках питания персональных компьютеров .
В статье 2003 года в The Independent утверждалось, что причина неисправных конденсаторов возникла в неправильно скопированной формуле. В 2001 году учёный, работавший в корпорации Rubycon в Японии, украл неправильно скопированную формулу электролитов конденсаторов. Затем он отнес неисправную формулу в китайскую компанию Luminous Town Electric, где раньше работал. В том же году сотрудники учёного покинули Китай, снова украв скопированную формулу и переехав на Тайвань, где создали собственную компанию, производящую конденсаторы и ещё больше пропагандирующую эту ошибочную формулу конденсаторных электролитов. [3]
История
[ редактировать ]Первые анонсы
[ редактировать ]О первых неисправных конденсаторах, связанных с проблемами тайваньского сообщил сырья, специализированный журнал Passive Component Industry в сентябре 2002 года. [1] Вскоре после этого два ведущих журнала по электронике сообщили об обнаружении широко распространённых преждевременно вышедших из строя конденсаторов тайваньских производителей в материнских платах. [4] [5]
Эти публикации информировали инженеров и других технически заинтересованных специалистов, но проблема не получила широкого внимания общественности до тех пор, пока Кэри Хольцман не опубликовал свой опыт «утечки конденсаторов» в сообществе специалистов по разгону . [6]
Общественное внимание
[ редактировать ]
Новость из издания Хольцмана быстро распространилась в Интернете и газетах, отчасти благодаря эффектным изображениям неисправностей – вздувшихся или лопнувших конденсаторов, вылетевшей уплотнительной резины и вытекшего электролита на бесчисленных платах. Это затронуло многих пользователей ПК, что вызвало лавину сообщений и комментариев в тысячах блогов и других веб-сообществ. [5] [7] [8]
Быстрое распространение этой новости также привело к тому, что многие дезинформированные пользователи и блоги опубликовали фотографии конденсаторов, вышедших из строя по причинам, не связанным с неисправным электролитом. [9]
Распространенность
[ редактировать ]Большинство затронутых конденсаторов были произведены с 1999 по 2003 год и вышли из строя в период с 2002 по 2005 год. Проблемы с конденсаторами, изготовленными с неправильно составленным электролитом, затронули оборудование, выпущенное как минимум до 2007 года. [2]
Основные производители материнских плат, такие как Abit , [10] ИБМ , [1] Делл , [11] Apple , HP и Intel [12] пострадали конденсаторы с неисправными электролитами.
В 2005 году Dell потратила около 420 миллионов долларов США на полную замену материнских плат и на логистику определения необходимости замены системы. [13] [14]
Многие другие производители оборудования по незнанию собирали и продавали платы с неисправными конденсаторами, в результате чего эффект конденсаторной чумы можно было наблюдать во всех видах устройств по всему миру.
Поскольку не все производители предлагали отзыв или ремонт, инструкции по ремонту своими руками были написаны и опубликованы в Интернете. [15]
Ответственность
[ редактировать ]В ноябрьском/декабрьском номере журнала Passive Component Industry за ноябрь/декабрь 2002 года после первой статьи о дефектном электролите сообщалось, что некоторые крупные тайваньские производители электролитических конденсаторов отказываются от ответственности за дефектную продукцию. [16]
Хотя промышленные заказчики подтвердили неисправности, они не смогли отследить источник неисправных компонентов. Дефектные конденсаторы имели маркировку ранее неизвестных марок, таких как «Tayeh», «Choyo» или «Chhsi». [17] Знаки нелегко было связать со знакомыми компаниями или торговыми марками.
Производитель материнских плат ABIT Computer Corp. был единственным пострадавшим производителем, который публично признал, что в его продукции используются дефектные конденсаторы, полученные от тайваньских производителей конденсаторов. [16] Однако компания не раскрыла имя производителя конденсаторов, поставившего неисправную продукцию.
Симптомы
[ редактировать ]Общие характеристики
[ редактировать ]Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы с электролитом неправильной рецептуры в основном принадлежали к так называемой серии электронных конденсаторов с «низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR)», «низким импедансом » или «высоким пульсирующим током». Преимуществом электронных конденсаторов, в которых используется электролит, состоящий на 70% или более из воды, является, в частности, низкое ESR, что обеспечивает более высокий пульсирующий ток и снижение производственных затрат, поскольку вода является наименее дорогостоящим материалом в конденсаторе. [18]
| Электролит | Производитель серия, тип | Размеры Д × Д (мм) | Макс. СОЭ при 100 кГц, 20 °C (мОм) | Макс. пульсирующий ток при 85/105 °С (мА) |
|---|---|---|---|---|
| Нетвердый органический электролит | Вишай 036 РСП, 100 мкФ, 10 В | 5 × 11 | 1000 | 160 |
| Нетвердый, этиленгликоль, электролит борная кислота (бура) | НКЦ SMQ, 100 мкФ, 10 В | 5 × 11 | 900 | 180 |
| Нетвердый электролит на водной основе | Рубикон ZL, 100 μF, 10 V | 5 × 11 | 300 | 250 |
Преждевременный отказ
[ редактировать ]Все электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом со временем стареют из-за испарения электролита. Емкость обычно уменьшается , а ESR обычно увеличивается. Обычный срок службы нетвердого электролитического конденсатора потребительского качества, обычно рассчитанного на 2000 часов при 85 °C и работающего при 40 °C, составляет примерно 6 лет. Для конденсатора с ресурсом 1000 ч/105 °C, работающего при 40 °C, этот срок может составлять более 10 лет. Электролитические конденсаторы, работающие при более низкой температуре, могут иметь значительно более длительный срок службы.
Емкость обычно должна ухудшиться до 70% от номинального значения, а ESR увеличиться вдвое по сравнению с номинальным значением в течение нормального срока службы компонента, прежде чем это следует рассматривать как «отказ из-за деградации». [19] [20] Срок службы электролитического конденсатора с неисправным электролитом может составлять всего два года. Конденсатор может выйти из строя преждевременно после достижения примерно 30–50 % ожидаемого срока службы.
Электрические симптомы
[ редактировать ]Электрические характеристики вышедшего из строя электролитического конденсатора с открытым вентиляционным отверстием следующие:
- значение емкости уменьшается ниже номинального значения
- СОЭ увеличивается до очень высоких значений.
Электролитические конденсаторы с открытым вентиляционным отверстием находятся в процессе высыхания независимо от того, хороший в них или плохой электролит. Они всегда показывают низкие значения емкости и очень высокие значения омического ESR. Таким образом, сухие электронные колпачки электрически бесполезны.
Электронные колпачки могут выйти из строя без каких-либо видимых симптомов. Поскольку причиной их использования являются электрические характеристики электролитических конденсаторов, эти параметры необходимо проверять с помощью приборов, чтобы окончательно определить, вышли ли устройства из строя. Но даже если электрические параметры не соответствуют заявленным, отнесение неисправности к проблеме с электролитом не является бесспорным.
Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы без видимых симптомов с неправильно составленным электролитом обычно имеют два электрических признака:
- относительно высокий и нестабильный ток утечки [21] [22]
- увеличенное значение емкости, до двух раз превышающее номинальное значение, которое колеблется после нагрева и охлаждения корпуса конденсатора
Видимые симптомы
[ редактировать ]
При осмотре вышедшего из строя электронного устройства вышедшие из строя конденсаторы можно легко распознать по четко видимым признакам, которые включают в себя следующее: [23]
- Выпуклое вентиляционное отверстие в верхней части конденсатора. («Вентиляционное отверстие» выштамповано в верхней части корпуса консервного конденсатора, образуя шов, который должен расколоться, чтобы уменьшить нарастание давления внутри и предотвратить взрыв.)
- Разрыв или трещины вентиляционного отверстия, часто сопровождающиеся видимыми корками, похожими на ржавчину, коричневыми или красными засохшими отложениями электролита.
- Корпус конденсатора криво сидит на печатной плате из-за выталкивания нижней резиновой заглушки, иногда из-за утечки электролита на материнскую плату из основания конденсатора, что видно в виде темно-коричневых или черных поверхностных отложений на печатной плате. [24] Вытекший электролит можно спутать с густым эластичным клеем, который иногда используют для защиты конденсаторов от ударов. Темно-коричневая или черная корка на стенках конденсатора всегда является клеем, а не электролитом. Сам клей безвреден.
Неисправный конденсатор Chhsi с коркой скопления электролита наверху
Неисправные конденсаторы рядом с разъемом материнской платы процессора
Неисправные конденсаторы Tayeh, из-за которых через алюминиевые верхние части произошла незначительная вентиляция.
Вышедшие из строя электролитические конденсаторы с вздутыми крышками банок и вылетевшими резиновыми уплотнителями, даты изготовления «0106» и «0206» (январь и февраль 2006 г.)
Вышедший из строя конденсатор взорвался и обнажил внутренние элементы, а у другого частично сорвало корпус.
Неисправные конденсаторы Choyo (черного цвета), из-за которых на материнскую плату вытек коричневатый электролит.
Расследование
[ редактировать ]Последствия промышленного шпионажа
[ редактировать ]Промышленный шпионаж был замешан в конденсаторной чуме в связи с кражей формулы электролита. Ученый-материаловед, работавший в Rubycon в Японии, покинул компанию, взяв секретную формулу электролита на водной основе для конденсаторов Rubycon серий ZA и ZL, и начал работать в китайской компании. Затем учёный разработал копию этого электролита. Затем некоторые сотрудники, ушедшие из китайской компании, скопировали неполную версию формулы и начали продавать ее многим производителям алюминиевых электролитов на Тайване, сбивая цены японских производителей. [1] [25] В этом неполном электролите отсутствовали важные запатентованные ингредиенты, которые были необходимы для долгосрочной стабильности конденсаторов. [5] [23] и был нестабильным в готовом алюминиевом конденсаторе. Этот неисправный электролит позволил беспрепятственно образовать гидроксид и образовать газообразный водород. [26] [27]
Публичных судебных разбирательств по поводу предполагаемой кражи не было, поскольку полная формула электролита Rubycon оставалась в безопасности. Однако независимый лабораторный анализ неисправных конденсаторов показал, что многие из преждевременных отказов, по-видимому, связаны с высоким содержанием воды и отсутствием ингибиторов в электролите, как описано ниже. [26]
Неполная формула электролита
[ редактировать ]Беспрепятственное образование гидроксида (гидратации) и связанного с ним газообразного водорода, происходящее во время инцидентов «конденсатной чумы» или «плохих конденсаторов», связанных с выходом из строя большого количества алюминиевых электролитических конденсаторов, было продемонстрировано двумя исследователями из Центра перспективного проектирования жизненного цикла. из Университета Мэриленда , который проанализировал вышедшие из строя конденсаторы. [26]
Два ученых первоначально определили с помощью ионной хроматографии и масс-спектрометрии , что в вышедших из строя конденсаторах присутствовал газообразный водород, что привело к вздутию корпуса конденсатора или взрыву вентиляционного отверстия. Таким образом было доказано, что окисление протекает в соответствии с первой стадией образования оксида алюминия.
Поскольку в электролитических конденсаторах принято связывать избыток водорода с помощью восстанавливающих или деполяризующих соединений, таких как ароматические соединения азота или амины , для снижения образующегося давления, исследователи затем начали поиск соединений этого типа. Хотя методы анализа были очень чувствительными при обнаружении таких соединений, снижающих давление, в вышедших из строя конденсаторах не было обнаружено никаких следов таких веществ.
В конденсаторах, в которых нарастание внутреннего давления было настолько велико, что корпус конденсатора уже вздулся, но вентиляционное отверстие еще не открылось, можно было измерить значение pH электролита. Электролит неисправных тайваньских конденсаторов был щелочным, с pH от 7 до 8. В хороших сопоставимых японских конденсаторах электролит был кислым, с pH около 4. Поскольку известно, что алюминий растворяется щелочными жидкостями, но не слабокислый, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии был проведен дактилоскопический анализ электролита неисправных конденсаторов с помощью (EDX или EDS), который обнаружил растворенный в электролите алюминий.
Чтобы защитить металлический алюминий от агрессивности воды, некоторые фосфатные соединения, известные как ингибиторы или пассиваторы , можно использовать для производства долговременно стабильных конденсаторов с высоководными электролитами. Фосфатные соединения упоминаются в патентах на электролитические конденсаторы с водными электролитическими системами. [28] Поскольку в исследованных тайваньских электролитах отсутствовали фосфат-ионы, а электролит был также щелочным, конденсатор, очевидно, не имел какой-либо защиты от повреждения водой, и образование более стабильных оксидов алюминия было ингибировано. Таким образом, образовался только гидроксид алюминия.
Результаты химического анализа были подтверждены измерением электрической емкости и тока утечки в ходе длительного испытания продолжительностью 56 дней. Из-за химической коррозии оксидный слой этих конденсаторов был ослаблен, поэтому через короткое время емкость и ток утечки кратковременно увеличились, а затем резко упали, когда давление газа открыло вентиляционное отверстие. В отчете Хиллмана и Хелмольда доказано, что причиной выхода из строя конденсаторов была неисправная электролитная смесь, используемая тайваньскими производителями, в которой отсутствовали необходимые химические ингредиенты для обеспечения правильного pH электролита с течением времени, для долгосрочной стабильности электролита. конденсаторы. Их дальнейший вывод о том, что электролит с его щелочным значением pH имеет фатальный недостаток, заключающийся в постоянном накоплении гидроксида без его превращения в стабильный оксид, был подтвержден на поверхности анодной фольги как фотографически, так и с помощью анализа отпечатков пальцев EDX. химические компоненты.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Д.М. Зогби (сентябрь 2002 г.). «Отказы электролитического производства алюминия с низким ESR, связанные с проблемами тайваньского сырья» (PDF) . Индустрия пассивных компонентов . 4 (5). Публикации Пауманок: 10, 12, 31. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. . Проверено 15 июня 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Конденсаторная чума, опубликовано 26 ноября 2010 г. автором PC Tools.
- ^ Артур, Чарльз (31 мая 2003 г.). «Украденная формула конденсаторов, вызывающих сгорание компьютеров» . Деловые новости. Независимый . Архивировано из оригинала 25 мая 2015 года . Проверено 16 января 2020 г. .
- ^ Сперлинг, Эд; Содерстрем, Томас; Хольцман, Кэри (октябрь 2002 г.). «Есть сок?» . ЭЭ Таймс . Архивировано из оригинала 28 февраля 2014 года . Проверено 11 февраля 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Чиу, Ю-Цзы; Мур, Сэмюэл К. (февраль 2003 г.). «Неисправности и сбои: протекающие конденсаторы портят материнскую плату» . IEEE-спектр . 40 (2): 16–17. дои : 10.1109/MSPEC.2003.1176509 . ISSN 0018-9235 . Архивировано из оригинала 5 января 2018 года . Проверено 22 августа 2014 г.
- ^ Кэри Хольцман, Оверклокеры, конденсаторы: не только для владельцев Abit, Материнские платы с протекающими конденсаторами, 9 октября 2002 г., [1] Архивировано 18 октября 2014 г. на Wayback Machine.
- ^ Хейлз, Пол (5 ноября 2002 г.). «Проблемы с тайваньскими компонентами могут привести к массовым отзывам» . Спрашивающий . Архивировано из оригинала 10 мая 2011 года . Проверено 20 марта 2023 г.
- ^ «Отказы конденсаторов преследуют производителей материнских плат, GEEK, 7 февраля 2003 г.» . Архивировано из оригинала 13 января 2015 года . Проверено 14 декабря 2014 г.
- ^ В. БОНОМО, Г. ХУПЕР, Д. РИЧАРДСОН, Д. РОБЕРТС и Т.Х. ВАН ДЕ СТИГ, Vishay Intertechnology, Режимы отказа конденсаторов, [2] Архивировано 14 декабря 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ «Производитель материнской платы выступает за отказ электролитического конденсатора» , Heise (на немецком языке) (онлайн-изд.), DE , заархивировано из оригинала 25 декабря 2014 г. , получено 14 декабря 2014 г.
- ^ Майкл Сингер, CNET News, Вздувшиеся конденсаторы преследуют Dell, 31 октября 2005 г. [3] Архивировано 14 декабря 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ «Майкл Сингер, CNET News, ПК страдают от плохих конденсаторов» . Архивировано из оригинала 14 декабря 2014 года . Проверено 14 декабря 2014 г.
- ^ Блог Guardian Technology, Как формула украденного конденсатора обошлась Dell в 300 миллионов долларов [4]. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
- ^ Вэнс, Эшли (28 июня 2010 г.). «Иск по поводу неисправных компьютеров подчеркивает упадок Dell» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 28 января 2021 года . Проверено 8 марта 2012 г.
- ^ Информация о ремонте и неисправных конденсаторах , Capacitor Lab, заархивировано из оригинала 12 апреля 2022 г. , получено 26 апреля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Лиотта, Беттианн (ноябрь 2002 г.). «Тайваньские производители кепок отрицают ответственность» (PDF) . Индустрия пассивных компонентов . 4 (6). Пауманок Публикации: 6, 8–10. Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2015 года . Проверено 3 ноября 2015 г.
- ^ «Конденсаторная чума, identifizierte Hersteller (~идентифицированные поставщики)» . Opencircuits.com. 10 января 2012 года. Архивировано из оригинала 11 марта 2015 года . Проверено 3 сентября 2014 г.
- ^ Удзава, Сигэру; Комацу, Акихико; Огавара, Тецуши; Корпорация Рубикон (2002 г.). «Алюминиевый электролитический конденсатор со сверхнизким импедансом с электролитом на водной основе». Журнал Японской ассоциации инженеров по надежности . 24 (4): 276–283. ISSN 0919-2697 . Инвентарный номер 02А0509168.
- ^ «А. Альбертсен, Оценка срока службы электролитических конденсаторов» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 17 января 2015 года . Проверено 4 сентября 2014 г.
- ^ Сэм Г. Парлер, Корнелл Дюбилье, Определение множителей срока службы электролитических конденсаторов [5]. Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine.
- ^ Алюминиевый электролитический конденсатор, Х. 0. Зигмунд, Технический журнал Bell System, v8, 1. Январь 1229 г., стр. 41–63.
- ^ А. Гюнтершульце, Х. Бец, электролитические конденсаторы, издательство Herbert Cram, Берлин, 2-е издание 1952 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Проблема с конденсатором материнской платы» . Кремниевый чип . АУ . 11 мая 2003 г. Архивировано из оригинала 14 июня 2012 г. Проверено 7 марта 2012 г.
- ^ Вздутые, лопнувшие и протекающие конденсаторы материнской платы — серьезная проблема, PCSTATS, 15 января 2005 г. [6]. Архивировано 16 августа 2016 г. на Wayback Machine.
- ^ Электролитические отказы алюминия с низким ESR связаны с проблемами тайваньского сырья (PDF) , Молалла, заархивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Хиллман, Крейг; Хелмольд, Норман (2004), Идентификация отсутствующих или недостаточных компонентов электролита в вышедших из строя алюминиевых электролитических конденсаторах (PDF) , растворы DFR, заархивировано (PDF) из оригинала 26 июня 2011 г. , получено 2 января 2009 г.
- ^ «Отказы электролитического производства алюминия с низким ESR, связанные с проблемами тайваньского сырья» . Архивировано из оригинала 22 июня 2017 года . Проверено 16 марта 2022 г.
- ^ Чанг, Дженг-Куэй, Ляо, Чи-Мин, Чен, Чи-Сюн, Цай, Вэнь-Та, Влияние состава электролита на стойкость к гидратации анодированного оксида алюминия [7]. Архивировано 24 сентября 2015 г. на Wayback Machine.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Х. Кеше, Коррозия металлов – физико-химические принципы и современные проблемы, Springer-Verlag, Берлин, 2011, ISBN 978-3-642-18427-7
- К. Варгель, Коррозия алюминия, 1-е издание, 2 октября 2004 г., Elsevier Science, печатная книга ISBN 978-0-08-044495-6 , электронная книга ISBN 978-0-08-047236-2
- У. Дж. Бернард, Дж. Дж. Рэндалл-младший, Реакция между анодным оксидом алюминия и водой, 1961 ECS - Электрохимическое общество [8]
- Ч. Варгель, М. Жак, М.П. Шмидт, Коррозия алюминия, 2004 г., Elsevier BV, ISBN 978-0-08-044495-6
- Патнаик, П. (2002). Справочник неорганических химикатов. МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049439-8 .
- Виберг Э. и Холлеман А.Ф. (2001). Неорганическая химия. Эльзевир. ISBN 0-12-352651-5