stringtranslate.com

Конденсаторная чума

Неисправные алюминиевые электролитические конденсаторы с открытыми вентиляционными отверстиями в верхней части корпуса и видимыми остатками высохшего электролита (красновато-коричневого цвета)

Конденсаторная чума была проблемой, связанной с более высокой, чем ожидалось, частотой отказов нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторов в период с 1999 по 2007 год, особенно у некоторых тайваньских производителей, [1] [2] из-за неправильного состава электролита , который вызывал коррозию, сопровождавшуюся газообразованием; это часто приводило к разрыву корпуса конденсатора из-за повышения давления .

Высокие показатели отказов наблюдались во многих известных брендах электроники и были особенно заметны в материнских платах , видеокартах и ​​блоках питания персональных компьютеров .

В статье 2003 года в The Independent утверждалось, что причиной неисправных конденсаторов была неправильно скопированная формула. В 2001 году ученый, работавший в корпорации Rubycon в Японии, украл неправильно скопированную формулу для электролитов конденсаторов. Затем он отнес неисправную формулу в компанию Luminous Town Electric в Китае, где он ранее работал. В том же году сотрудники ученого покинули Китай, снова украв неправильно скопированную формулу и переехав на Тайвань, где они создали свою собственную компанию, производящую конденсаторы и распространяющую еще больше этой неправильной формулы электролитов конденсаторов. [3]

История

Первые объявления

Первые неисправные конденсаторы, связанные с проблемами тайваньского сырья, были зарегистрированы в специализированном журнале Passive Component Industry в сентябре 2002 года . [1] Вскоре после этого два основных журнала по электронике сообщили об обнаружении широко распространенных преждевременно вышедших из строя конденсаторов от тайваньских производителей в материнских платах. [4] [5]

Эти публикации информировали инженеров и других специалистов, интересующихся техническими вопросами, но проблема не получила широкого освещения в обществе до тех пор, пока Кэри Хольцман не опубликовал свой опыт относительно «протекающих конденсаторов» в сообществе специалистов по разгону . [6]

Внимание общественности

Последствия пожара на печатной плате, вызванного утечкой электролита, которая закоротила проводники, несущие ток

Новости из публикации Хольцмана быстро распространились в Интернете и газетах, отчасти из-за впечатляющих изображений сбоев — вздутые или лопнувшие конденсаторы, выброшенная уплотнительная резина и вытекающий электролит на бесчисленных печатных платах. Многие пользователи ПК были затронуты и вызвали лавину сообщений и комментариев в тысячах блогов и других веб-сообществ. [5] [7] [8]

Быстрое распространение новостей 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

Большинство затронутых конденсаторов были произведены в период с 1999 по 2003 год и вышли из строя в период с 2002 по 2005 год. Проблемы с конденсаторами, произведенными с использованием неправильно разработанного электролита, затронули оборудование, произведенное как минимум до 2007 года. [2]

Крупные производители материнских плат, такие как Abit , [10] IBM , [1] Dell , [11] Apple , HP и Intel [12], столкнулись с проблемой конденсаторов 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 неосознанно собирали и продавали платы с неисправными конденсаторами, и в результате эффект конденсаторной чумы можно было наблюдать во всех типах устройств по всему миру.

Поскольку не все производители предлагали отзыв или ремонт, были написаны и опубликованы в Интернете инструкции по самостоятельному ремонту. [15]

Ответственность

В выпуске журнала Passive Component Industry за ноябрь/декабрь 2002 года , после первой статьи о дефектном электролите, сообщалось, что некоторые крупные тайваньские производители электролитических конденсаторов отрицают ответственность за дефектную продукцию. [16]

Хотя промышленные клиенты подтвердили наличие сбоев, они не смогли отследить источник неисправных компонентов. Неисправные конденсаторы были маркированы ранее неизвестными брендами, такими как «Tayeh», «Choyo» или «Chhsi». [17] Марки было нелегко связать со знакомыми компаниями или брендами продуктов.

Производитель материнских плат ABIT Computer Corp. был единственным пострадавшим производителем, публично признавшим, что в его продукции использовались дефектные конденсаторы, полученные от тайваньских производителей конденсаторов. [16] Однако компания не раскрыла название производителя конденсаторов, поставившего дефектную продукцию.

Симптомы

Общие характеристики

Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы с неправильно разработанным электролитом в основном принадлежали к так называемым сериям e-cap с "низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR)", "низким импедансом " или "высоким пульсирующим током". Преимуществом e-cap, использующих электролит, состоящий на 70% из воды или более, является, в частности, низкое ESR, что позволяет использовать более высокий пульсирующий ток и снизить производственные затраты, поскольку вода является наименее дорогим материалом в конденсаторе. [18]

Преждевременный отказ

Все электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом со временем стареют из-за испарения электролита. Емкость обычно уменьшается, а ESR обычно увеличивается. Нормальный срок службы нетвердого электролитического конденсатора потребительского качества, обычно рассчитанного на 2000 ч/85 °C и работающего при 40 °C, составляет примерно 6 лет. Он может быть более 10 лет для конденсатора 1000 ч/105 °C, работающего при 40 °C. Электролитические конденсаторы, работающие при более низкой температуре, могут иметь значительно более длительный срок службы.

Емкость обычно должна снижаться до 70% от номинального значения, а ESR увеличиваться до удвоенного номинального значения в течение обычного срока службы компонента, прежде чем это следует считать «деградацией». [19] [20] Срок службы электролитического конденсатора с дефектным электролитом может составлять всего два года. Конденсатор может преждевременно выйти из строя после достижения примерно 30% - 50% от его ожидаемого срока службы.

Электрические симптомы

Электрические характеристики неисправного электролитического конденсатора с открытым вентиляционным отверстием следующие:

Электролитические конденсаторы с открытым вентиляционным отверстием находятся в процессе высыхания, независимо от того, хороший или плохой у них электролит. Они всегда показывают низкие значения емкости и очень высокие омические значения ESR. Поэтому сухие электронные конденсаторы электрически бесполезны.

E-caps могут выйти из строя без каких-либо видимых симптомов. Поскольку электрические характеристики электролитических конденсаторов являются причиной их использования, эти параметры должны быть проверены с помощью приборов, чтобы окончательно решить, вышли ли устройства из строя. Но даже если электрические параметры не соответствуют спецификациям, приписывание отказа проблеме с электролитом не является точным.

Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы без видимых симптомов, имеющие неправильно составленный электролит, обычно демонстрируют два электрических симптома:

Видимые симптомы

Крупный план сломанного вентиляционного отверстия электролитического конденсатора и высохшего остатка электролита

При осмотре неисправного электронного устройства неисправные конденсаторы можно легко распознать по четко видимым симптомам, к которым относятся следующие: [23]

Видимые симптомы неисправности электролитических конденсаторов
  • Неисправный конденсатор Chhsi с коркой электролита наверху
    Неисправный конденсатор Chhsi с коркой электролита наверху
  • Неисправные конденсаторы рядом с разъемом материнской платы процессора
    Неисправные конденсаторы рядом с разъемом материнской платы процессора
  • Неисправные конденсаторы Tayeh, в которых через алюминиевые верхние части имелась тонкая вентиляция
    Неисправные конденсаторы Tayeh, в которых через алюминиевые верхние части имелась тонкая вентиляция
  • Неисправные электролитические конденсаторы со вздутыми верхушками и выдавленными резиновыми уплотнителями, даты изготовления «0106» и «0206» (январь и февраль 2006 г.)
    Неисправные электролитические конденсаторы со вздутыми верхушками и выдавленными резиновыми уплотнителями, даты изготовления «0106» и «0206» (январь и февраль 2006 г.)
  • Неисправный конденсатор взорвался и обнажил внутренние элементы, а у другого частично сорвало корпус.
    Неисправный 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
    Неисправные конденсаторы Choyo (черного цвета), из-за которых на материнскую плату вытек коричневатый электролит

Расследование

Последствия промышленного шпионажа

Промышленный шпионаж был замешан в конденсаторной чуме в связи с кражей формулы электролита. Специалист по материалам, работавший на Rubycon в Японии, покинул компанию, забрав секретную формулу электролита на водной основе для конденсаторов серий ZA и ZL компании Rubycon, и начал работать в китайской компании. Затем ученый разработал копию этого электролита. Затем некоторые сотрудники, которые дезертировали 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 фирменные ингредиенты, которые были необходимы для долгосрочной стабильности конденсаторов [5] [23] , и он был нестабилен при упаковке в готовый алюминиевый конденсатор. Этот неисправный электролит допускал беспрепятственное образование гидроксида и производил газообразный водород. [26] [27]

Нет никаких публичных судебных разбирательств, связанных с предполагаемой кражей, поскольку полная формула электролита Rubycon осталась в безопасности. Однако независимый лабораторный анализ дефектных 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

Два исследователя из Центра передовой инженерии жизненного цикла Университета Мэриленда, которые проанализировали вышедшие из строя конденсаторы, продемонстрировали беспрепятственное образование гидроксида (гидратации) и сопутствующего производства водорода, происходящее во время инцидентов с «конденсаторной чумой» или «плохими конденсаторами», включающих отказ большого количества алюминиевых электролитических конденсаторов . [ 26 ]

Двое ученых первоначально определили, с помощью ионной хроматографии и масс-спектрометрии , что в неисправных конденсаторах присутствует водородный газ, что приводит к вздутию корпуса конденсатора или разрыву вентиляционного отверстия. Таким образом, было доказано, что окисление происходит в соответствии с первым этапом образования оксида алюминия.

Поскольку в электролитических конденсаторах обычно связывают избыток водорода, используя восстанавливающие или деполяризующие соединения, такие как ароматические азотные соединения или амины , для сброса возникающего давления, исследователи затем искали соединения этого типа. Хотя методы анализа были очень чувствительны в обнаружении таких сбрасывающих давление соединений, никаких следов таких агентов не было обнаружено в неисправных конденсаторах.

В конденсаторах, в которых внутреннее давление 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. Хорошие сопоставимые японские конденсаторы имели электролит, который был кислым, с pH около 4. Поскольку известно, что алюминий может растворяться в щелочных жидкостях, но не в тех, которые являются слабокислыми, был проведен анализ отпечатков пальцев электролита неисправных конденсаторов с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX или EDS), который обнаружил растворенный алюминий в электролите.

Для защиты металлического алюминия от агрессивного воздействия воды некоторые фосфатные соединения, известные как ингибиторы или пассиваторы , могут использоваться для производства долгосрочно стабильных конденсаторов с высоководными электролитами. Фосфатные соединения упоминаются в патентах, касающихся электролитических конденсаторов с водными электролитическими системами. [28] Поскольку фосфат-ионы отсутствовали, а электролит также был щелочным в исследованных тайваньских электролитах, конденсатор, очевидно, не имел никакой защиты от повреждения водой, и образование более стабильных оксидов алюминия было подавлено. Поэтому был получен только гидроксид алюминия.

Результаты химического анализа были подтверждены измерением электрической емкости и тока утечки в долгосрочном испытании, длившемся 56 дней. Из-за химической коррозии оксидный слой этих конденсаторов был ослаблен, поэтому через короткое время емкость и ток утечки на короткое время увеличились, прежде чем резко упасть, когда давление газа открыло вентиляционное отверстие. Отчет Хиллмана и Гельмольда доказал, что причиной выхода из строя конденсаторов была некачественная электролитная смесь, используемая тайваньскими производителями, в которой отсутствовали необходимые химические ингредиенты для обеспечения правильного pH электролита с течением времени, для долгосрочной стабильности электролитических конденсаторов. Их дальнейшее заключение о том, что электролит с его щелочным значением pH имел фатальный недостаток постоянного накопления гидроксида без его преобразования в стабильный оксид, было проверено на поверхности анодной фольги как фотографически, так и с помощью анализа отпечатков пальцев EDX химических компонентов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd DM Zogbi (сентябрь 2002 г.). "Low-ESR Aluminium Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems" (PDF) . Passive Component Industry . 4 (5). Paumanok Publications: 10, 12, 31. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. . Получено 15 июня 2018 г. .
  2. ^ ab Чума конденсаторов, опубликовано 26 ноября 2010 г. PC Tools
  3. ^ Артур, Чарльз (31 мая 2003 г.). «Украденная формула конденсаторов, из-за которой компьютеры сгорают». Business News. The Independent . Архивировано из оригинала 25 мая 2015 г. Получено 16 января 2020 г.
  4. ^ Sperling, Ed; Soderstrom, Thomas; Holzman, Carey (октябрь 2002 г.). "Got Juice?". EE Times . Архивировано из оригинала 28 февраля 2014 г. Получено 11 февраля 2014 г.
  5. ^ abc Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K (февраль 2003 г.). «Неисправности и сбои: Протекающие конденсаторы портят материнские платы». IEEE Spectrum . 40 (2): 16–17. doi :10.1109/MSPEC.2003.1176509. ISSN  0018-9235. Архивировано из оригинала 5 января 2018 г. Получено 22 августа 2014 г.
  6. ↑ Кэри Хольцман, Оверклокеры, Конденсаторы: не только для владельцев Abit, Материнские платы с протекающими конденсаторами, 10/9, 2002, [1] Архивировано 18 октября 2014 г. на Wayback Machine
  7. ^ Хейлз, Пол (5 ноября 2002 г.). «Проблемы с тайваньскими компонентами могут привести к массовым отзывам». The Inquirer . Архивировано из оригинала 10 мая 2011 г. Получено 20 марта 2023 г.
  8. ^ "Отказы конденсаторов досаждают поставщикам материнских плат, GEEK, 7 февраля 2003 г.". Архивировано из оригинала 13 января 2015 г. Получено 14 декабря 2014 г.
  9. ^ W. BONOMO, G. HOOPER, D. RICHARDSON, D. ROBERTS и TH. VAN DE STEEG, Vishay Intertechnology, Режимы отказов в конденсаторах, [2] Архивировано 14 декабря 2014 г. на Wayback Machine
  10. ^ "Mainboardhersteller steht für Elko-Ausfall gerade", Heise (на немецком языке) (онлайн-изд.), DE , заархивировано из оригинала 25 декабря 2014 г. , получено 14 декабря 2014 г..
  11. ↑ Майкл Сингер, CNET News, Вздутые конденсаторы преследуют Dell, 31 октября 2005 г. [3] Архивировано 14 декабря 2014 г. на Wayback Machine
  12. ^ "Майкл Сингер, CNET News, ПК страдают от плохих конденсаторов". Архивировано из оригинала 14 декабря 2014 года . Получено 14 декабря 2014 года .
  13. ^ The Guardian Technology blog, Как украденная формула конденсатора обошлась Dell в 300 миллионов долларов [4] Архивировано 3 марта 2016 года на Wayback Machine
  14. ^ Вэнс, Эшли (28 июня 2010 г.). «Suit Over Faulty Computers Highlights Dell's Decline». The New York Times . Архивировано из оригинала 28 января 2021 г. Получено 8 марта 2012 г.
  15. ↑ Информация о ремонте и неисправных конденсаторах, Capacitor Lab, архивировано из оригинала 12 апреля 2022 г. , извлечено 26 апреля 2022 г..
  16. ^ ab Liotta, Bettyann (ноябрь 2002 г.). «Taiwanese Cap Makers Deny Responsibility» (PDF) . Passive Component Industry . 4 (6). Paumanok Publications: 6, 8–10. Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2015 г. . Получено 3 ноября 2015 г. .
  17. ^ "Capacitor plague, identifizierte Hersteller (~identified vendors)". Opencircuits.com. 10 января 2012 г. Архивировано из оригинала 11 марта 2015 г. Получено 3 сентября 2014 г.
  18. ^ Uzawa, Shigeru; Komatsu, Akihiko; Ogawara, Tetsushi; Rubycon Corporation (2002). «Алюминиевый электролитический конденсатор со сверхнизким импедансом и электролитом на водной основе». Журнал Ассоциации инженеров по надежности Японии . 24 (4): 276–283. ISSN  0919-2697. Регистрационный номер 02A0509168.
  19. ^ "A. Albertsen, Electrolytic Capacitor Lifetime Estimation" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 17 января 2015 г. . Получено 4 сентября 2014 г. .
  20. ^ Сэм Г. Парлер, Корнелл Дубилье, Вывод коэффициентов долговечности электролитических конденсаторов [5] Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine
  21. ^ Алюминиевый электролитический конденсатор, H. 0. Siegmund, Bell System Technical Journal, т. 8, 1 января 1229 г., стр. 41–63
  22. ^ А. Гюнтершульце, Х. Бетц, Elektrolytkondensatoren, Verlag Herbert Cram, Берлин, 2. Auflage 1952
  23. ^ ab "Проблема с конденсатором материнской платы взрывается". Silicon Chip . AU . 11 мая 2003 г. Архивировано из оригинала 14 июня 2012 г. Получено 7 марта 2012 г.
  24. ^ Вздутые, лопнувшие и протекающие конденсаторы материнской платы — серьезная проблема, PCSTATS, 15 января 2005 г. [6] Архивировано 16 августа 2016 г. на Wayback Machine
  25. ^ Сбои в электролитическом процессе производства алюминия с низким ESR, связанные с проблемами тайваньского сырья (PDF) , Molalla, архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 г.
  26. ^ abc Hillman, Craig; Helmold, Norman (2004), Определение отсутствующих или недостаточных компонентов электролита в вышедших из строя алюминиевых электролитических конденсаторах (PDF) , решения DFR, архивировано (PDF) из оригинала 26 июня 2011 г. , извлечено 2 января 2009 г.
  27. ^ "Low-ESR Aluminum Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems". Архивировано из оригинала 22 июня 2017 г. Получено 16 марта 2022 г.
  28. ^ Чан, Дженг-Куэй, Ляо, Чи-Мин, Чэнь, Чи-Сюн, Цай, Вэнь-Та, Влияние состава электролита на устойчивость анодированного оксида алюминия к гидратации [7] Архивировано 24 сентября 2015 г. на Wayback Machine

Дальнейшее чтение