Введение
Период высокой частоты отказов конденсаторов
"Конденсаторная чума" – это проблема, связанная с более высокой, чем ожидалось, частотой отказов не твердотельных алюминиевых электролитических конденсаторов в период с 1999 по 2007 год, особенно у некоторых тайваньских производителей. Причиной являлся дефектный состав электролита, вызывавший коррозию с выделением газа, что часто приводило к разрыву корпуса конденсатора из-за повышения давления. Высокая частота отказов наблюдалась у многих известных брендов электроники, особенно в материнских платах, видеокартах и блоках питания персональных компьютеров. В статье 2003 года в The Independent утверждалось, что причиной дефектных конденсаторов стала ошибочно скопированная формула. В 2001 году ученый, работавший в корпорации Rubycon в Японии, украл ошибочно скопированную формулу электролита для конденсаторов. Затем он передал эту неисправную формулу компании Luminous Town Electric в Китае, где он ранее был занят. В том же году сотрудники ученого покинули Китай, украв формулу еще раз и переехав на Тайвань, где они основали собственную компанию по производству конденсаторов и дальнейшему распространению этой ошибочной формулы электролита.
Первые объявления
Первые бракованные конденсаторы, связанные с проблемами тайваньского сырья, были упомянуты в специализированном журнале Passive Component Industry в сентябре 2002 года.
Внимание общественности
Новость из публикации Холцмана быстро распространилась в интернете и газетах, отчасти благодаря эффектным изображениям неисправностей – вздутым или лопнувшим конденсаторам, выдавленным уплотнительным кольцам и утечке электролита на множестве печатных плат. Пострадало множество пользователей ПК, что вызвало лавину сообщений и комментариев на тысячах блогов и других онлайн-сообществах. Быстрое распространение информации также привело к тому, что многие пользователи и блоги публиковали фотографии конденсаторов, вышедших из строя по причинам, не связанным с дефектами электролита.
Распространенность
Большинство затронутых конденсаторов были произведены с 1999 по 2003 год и вышли из строя с 2002 по 2005 год. Проблемы с конденсаторами, изготовленными с использованием некорректно подобранного электролита, повлияли на оборудование, произведенное как минимум до 2007 года. Компании IBM, Apple, HP и Intel столкнулись с проблемой конденсаторов с дефектным электролитом. В 2005 году Dell потратила около 420 миллионов долларов США на полную замену материнских плат и логистику определения необходимости замены системы. Многие другие производители оборудования неосознанно собирали и продавали платы с дефектными конденсаторами, и в результате последствия "конденсаторной чумы" проявились в самых разных устройствах по всему миру. Поскольку не все производители предлагали отзыв продукции или ремонт, в Интернете были написаны и опубликованы инструкции по самостоятельному ремонту.
Ответственность
В ноябрьском/декабрьском номере 2002 года журнала Passive Component Industry, после публикации первой статьи о неисправном электролите, сообщалось, что некоторые крупные тайваньские производители электролитических конденсаторов отрицают ответственность за бракованную продукцию. Промышленные заказчики подтвердили наличие дефектов, но не смогли установить источник неисправных компонентов. Бракованные конденсаторы были маркированы ранее неизвестными брендами, такими как "Tayeh", "Choyo" или "Chhsi". Эти марки не были легко идентифицированы с известными компаниями или торговыми марками. Производитель материнских плат ABIT Computer Corp. был единственным производителем, который публично признал использование в своей продукции дефектных конденсаторов, полученных от тайваньских производителей. + Сравнение алюминиевых электролитических конденсаторов с различными жидкими электролитамиЭлектролитПроизводительСерия, типРазмерыD × L (мм)Макс. ESR при 100 кГц, 20 °C (мОм)Макс. пульсационный ток при 85/105 °C (мА)Жидкий органический электролитVishay036 RSP, 100 мкФ, 10 В5 × 111000160Жидкий, этиленгликоль, борная кислота (бура) электролитNCC SMQ, 100 мкФ, 10 В5 × 11900180Жидкий, водный электролитRubyconZL, 100 мкФ, 10 В5 × 11300250
Преждевременная отказ
Все электролитические конденсаторы с жидким электролитом стареют со временем из-за испарения электролита. Ёмкость обычно уменьшается, а эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) обычно увеличивается. Нормальный срок службы электролитического конденсатора потребительского качества, рассчитанного на 2000 ч при 85 °C и работающего при 40 °C, составляет примерно 6 лет. Для конденсатора, рассчитанного на 1000 ч при 105 °C и работающего при 40 °C, этот срок может превышать 10 лет. Электролитические конденсаторы, работающие при более низкой температуре, могут иметь значительно больший срок службы. В течение нормального срока службы компонента ёмкость обычно должна снизиться до 70% от номинального значения, а ЭПС увеличиться до двухкратного номинального значения, прежде чем это будет считаться отказом вследствие деградации. Срок службы электролитического конденсатора с дефектным электролитом может составлять всего два года. Конденсатор может выйти из строя преждевременно, достигнув примерно 30–50% от ожидаемого срока службы.
Видимые симптомы
При осмотре неисправного электронного устройства, неисправные конденсаторы можно легко распознать по явно видимым признакам, включающим следующее: вытекший электролит можно спутать с густым эластичным клеем, который иногда используется для фиксации конденсаторов и защиты от вибрации. Темно-коричневый или черный налет на корпусе конденсатора всегда является клеем, а не электролитом. Сам клей безвреден.
Последствия промышленного шпионажа
Промышленный шпионаж был причастен к проблеме с конденсаторами, в связи с кражей формулы электролита. Ученый-материаловед, работавший в компании Rubycon в Японии, покинул компанию, вынеся секретную формулу водорастворимого электролита для конденсаторов серий ZA и ZL производства Rubycon, и начал работать в китайской компании. Затем ученый разработал копию этого электролита. После этого некоторые сотрудники, перешедшие на работу из китайской компании, скопировали неполную версию формулы и начали предлагать ее многим производителям алюминиевых электролитических конденсаторов на Тайване, демпингуя цены японских производителей. Этот неполный электролит не содержал важных запатентованных ингредиентов, необходимых для долгосрочной стабильности конденсаторов, и был нестабилен при использовании в готовом алюминиевом конденсаторе. Этот дефектный электролит способствовал беспрепятственному образованию гидроксида и выделению газообразного водорода. Публичных судебных разбирательств по поводу предполагаемой кражи не проводилось, поскольку полная формула электролита Rubycon оставалась в тайне. Однако независимый лабораторный анализ дефектных конденсаторов показал, что многие преждевременные отказы связаны с высоким содержанием воды и отсутствием ингибиторов в электролите, как описано ниже. Поскольку в исследованных тайваньских электролитах отсутствовали фосфат-ионы, а электролит также был щелочным, конденсаторы, очевидно, не имели защиты от воздействия воды, и образование более стабильных оксидов алюминия было заторможено. В результате образовывался только гидроксид алюминия. Результаты химического анализа были подтверждены измерениями электрической емкости и тока утечки в ходе длительного испытания, продолжавшегося 56 дней. Из-за химической коррозии оксидный слой этих конденсаторов был ослаблен, поэтому емкость и ток утечки кратковременно увеличивались, а затем резко падали, когда давление газа открывало предохранительный клапан. Отчет Хиллмана и Хельмольда доказал, что причиной отказа конденсаторов была дефектная смесь электролитов, используемая тайваньскими производителями, которой не хватало необходимых химических ингредиентов для поддержания правильного pH электролита с течением времени и обеспечения долгосрочной стабильности электролитических конденсаторов. Их дальнейший вывод о том, что электролит с его щелочным pH имел фатальный недостаток – постоянное накопление гидроксида без его преобразования в стабильный оксид – был подтвержден на поверхности анодной фольги как фотографически, так и с помощью EDX-анализа химического состава.