Período de alta tasa de fallas de los condensadores.
Condensadores electrolíticos de aluminio averiados con respiraderos abiertos en la parte superior de la lata y residuos de electrolito secos visibles (color marrón rojizo)
La plaga de capacitores fue un problema relacionado con una tasa de falla mayor a la esperada de capacitores electrolíticos de aluminio no sólidos entre 1999 y 2007, especialmente aquellos de algunos fabricantes taiwaneses, [1] [2] debido a una composición defectuosa del electrolito que causaba corrosión acompañada por generación de gas; Esto a menudo provocaba la rotura de la carcasa del condensador debido al aumento de presión .
Un artículo de 2003 en The Independent afirmó que la causa de los condensadores defectuosos se debía a una fórmula mal copiada. En 2001, un científico que trabajaba en Rubycon Corporation en Japón robó una fórmula mal copiada para los electrolitos de los condensadores. Luego llevó la fórmula defectuosa a la empresa Luminous Town Electric en China, donde había trabajado anteriormente. Ese mismo año, el personal del científico abandonó China, volvió a robar la fórmula mal copiada y se mudó a Taiwán, donde crearon su propia empresa, produciendo condensadores y propagando aún más esta fórmula defectuosa de electrolitos de condensadores. [3]
Historia
Primeros anuncios
Los primeros condensadores defectuosos relacionados con problemas de materias primas taiwanesas fueron informados por la revista especializada Passive Component Industry en septiembre de 2002. [1] Poco después, dos revistas de electrónica de gran importancia informaron del descubrimiento de condensadores generalizados que fallaban prematuramente, de fabricantes taiwaneses, en las placas base. [4] [5]
Estas publicaciones informaron a los ingenieros y otros especialistas técnicamente interesados, pero el tema no recibió una exposición pública generalizada hasta que Carey Holzman publicó sus experiencias sobre "condensadores con fugas" en la comunidad de rendimiento de overclocking . [6]
Atencion publica
Resultados de un incendio en una placa de circuito impreso, causado por una fuga de electrolito que cortocircuitó los conductores que transportaban energía.
La noticia de la publicación Holzman se difundió rápidamente en Internet y en los periódicos, en parte gracias a las espectaculares imágenes de los fallos: condensadores abultados o reventados, goma de sellado expulsada y electrolitos derramados en innumerables placas de circuito impreso. Muchos usuarios de PC se vieron afectados y provocaron una avalancha de informes y comentarios en miles de blogs y otras comunidades web. [5] [7] [8]
La rápida difusión de la noticia también dio lugar a que muchos usuarios y blogs mal informados publicaran imágenes de condensadores que habían fallado por motivos distintos al electrolito defectuoso. [9]
Predominio
La mayoría de los condensadores afectados se produjeron entre 1999 y 2003 y fallaron entre 2002 y 2005. Los problemas con los condensadores producidos con un electrolito formulado incorrectamente han afectado a los equipos fabricados hasta al menos 2007. [2]
Los principales proveedores de placas base como Abit , [10] IBM , [1] Dell , [11] Apple , HP e Intel [12] se vieron afectados por condensadores con electrolitos defectuosos.
En 2005, Dell gastó unos 420 millones de dólares en reemplazar placas base directamente y en la logística para determinar si un sistema necesitaba ser reemplazado. [13] [14]
Muchos otros fabricantes de equipos, sin saberlo, ensamblaron y vendieron placas con capacitores defectuosos y, como resultado, el efecto de la plaga de capacitores se pudo ver en todo tipo de dispositivos en todo el mundo.
Debido a que no todos los fabricantes habían ofrecido retiros del mercado o reparaciones, se escribieron y publicaron en Internet instrucciones de reparación " hágalo usted mismo" . [15]
Responsabilidad
En la edición de noviembre/diciembre de 2002 de Passive Component Industry , tras su artículo inicial sobre electrolitos defectuosos, informó que algunos grandes fabricantes taiwaneses de condensadores electrolíticos negaban responsabilidad por productos defectuosos. [dieciséis]
Si bien los clientes industriales confirmaron las fallas, no pudieron rastrear el origen de los componentes defectuosos. Los condensadores defectuosos estaban marcados con marcas hasta ahora desconocidas como "Tayeh", "Choyo" o "Chhsi". [17] Las marcas no se vinculaban fácilmente con empresas o marcas de productos conocidas.
El fabricante de placas base ABIT Computer Corp. fue el único fabricante afectado que admitió públicamente que en sus productos se utilizaban condensadores defectuosos obtenidos de fabricantes de condensadores de Taiwán. [16] Sin embargo, la empresa no reveló el nombre del fabricante de condensadores que suministró los productos defectuosos.
Síntomas
Características comunes
Los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos con electrolitos formulados incorrectamente pertenecían en su mayoría a las llamadas series e-cap de "baja resistencia en serie equivalente (ESR)", "baja impedancia " o "alta corriente de ondulación". La ventaja de los e-caps que utilizan un electrolito compuesto por un 70% de agua o más es, en particular, una ESR baja, lo que permite una corriente de ondulación más alta y menores costos de producción, siendo el agua el material menos costoso en un capacitor. [18]
Fallo prematuro
Todos los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido envejecen con el tiempo debido a la evaporación del electrolito. La capacitancia suele disminuir y la ESR suele aumentar. La vida útil normal de un condensador electrolítico no sólido de calidad para el consumidor, normalmente con una potencia nominal de 2000 h/85 °C y funcionamiento a 40 °C, es de aproximadamente 6 años. Pueden pasar más de 10 años para un condensador de 1000 h/105 °C que funcione a 40 °C. Los condensadores electrolíticos que funcionan a una temperatura más baja pueden tener una vida útil considerablemente más larga.
La capacitancia normalmente debería degradarse hasta un 70% del valor nominal y la ESR aumentar al doble del valor nominal, durante la vida útil normal del componente, antes de que se considere una "falla por degradación". [19] [20] La vida útil de un condensador electrolítico con electrolito defectuoso puede ser tan solo dos años. El condensador puede fallar prematuramente después de alcanzar aproximadamente entre el 30% y el 50% de su vida útil esperada.
Síntomas eléctricos
Las características eléctricas de un condensador electrolítico averiado con ventilación abierta son las siguientes:
El valor de capacitancia disminuye por debajo del valor nominal.
La ESR aumenta a valores muy altos.
Los condensadores electrolíticos con ventilación abierta están en proceso de secarse, independientemente de si tienen electrolito bueno o malo. Siempre muestran valores de capacitancia bajos y valores de ESR óhmica muy altos. Por lo tanto, las tapas electrónicas secas son eléctricamente inútiles.
Las E-caps pueden fallar sin ningún síntoma visible. Dado que las características eléctricas de los capacitores electrolíticos son la razón de su uso, estos parámetros deben ser probados con instrumentos para decidir definitivamente si los dispositivos han fallado. Pero incluso si los parámetros eléctricos están fuera de sus especificaciones, la atribución de la falla al problema del electrolito no es una certeza.
Los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos sin síntomas visibles, que tienen un electrolito formulado incorrectamente, generalmente muestran dos síntomas eléctricos:
Aumento del valor de capacitancia, hasta el doble del valor nominal, que fluctúa después del calentamiento y enfriamiento del cuerpo del condensador.
Síntomas visibles
Primer plano de un respiradero de condensador electrolítico roto y residuos de electrolitos secos
Al examinar un dispositivo electrónico averiado, los condensadores averiados se pueden reconocer fácilmente por síntomas claramente visibles que incluyen lo siguiente: [23]
Abultamiento del respiradero encima del condensador. (El "respiradero" está estampado en la parte superior de la carcasa de un condensador con forma de lata, formando una costura que debe dividirse para aliviar la acumulación de presión en el interior, evitando una explosión).
Respiradero roto o agrietado, a menudo acompañado de depósitos de electrolitos secos, crujientes y visibles, de color marrón o rojo, con apariencia de óxido.
La carcasa del condensador está torcida en la placa de circuito, debido a que el tapón de goma inferior fue empujado hacia afuera, a veces con electrolito que se filtró a la placa base desde la base del capacitor, visible como depósitos superficiales de color marrón oscuro o negro en la PCB. [24] El electrolito filtrado puede confundirse con un pegamento elástico espeso que a veces se utiliza para proteger los condensadores contra golpes. Una costra de color marrón oscuro o negro en el costado de un capacitor es invariablemente pegamento, no electrolito. El pegamento en sí es inofensivo.
Síntomas visibles de condensadores electrolíticos defectuosos
Condensador Chhsi fallido con acumulación de electrolito crujiente en la parte superior
Condensadores fallidos junto al zócalo de la placa base de la CPU
Condensadores Tayeh averiados que se han ventilado sutilmente a través de sus tapas de aluminio.
Condensadores electrolíticos averiados con tapas de latas hinchadas y sellos de goma expulsados, fechas de fabricación "0106" y "0206" (enero y febrero de 2006)
El condensador averiado explotó y expuso los elementos internos, y otro se desprendió parcialmente de su carcasa.
Condensadores Choyo fallidos (color negro) que han filtrado un electrolito marrón en la placa base
Investigación
Implicaciones del espionaje industrial
El espionaje industrial estuvo implicado en la plaga de los condensadores, en relación con el robo de una fórmula electrolítica. Un científico de materiales que trabajaba para Rubycon en Japón dejó la empresa, tomó la fórmula secreta de electrolitos a base de agua para los condensadores de las series ZA y ZL de Rubycon y comenzó a trabajar para una empresa china. Luego, el científico desarrolló una copia de este electrolito. Luego, algunos miembros del personal que desertaron de la empresa china copiaron una versión incompleta de la fórmula y comenzaron a comercializarla entre muchos de los fabricantes de electrolíticos de aluminio en Taiwán, subcotizando los precios de los fabricantes japoneses. [1] [25] Este electrolito incompleto carecía de importantes ingredientes patentados que eran esenciales para la estabilidad a largo plazo de los condensadores [5] [23] y era inestable cuando estaba empaquetado en un condensador de aluminio terminado. Este electrolito defectuoso permitió la formación sin obstáculos de hidróxido y produjo gas hidrógeno. [26] [27]
No hay procedimientos judiciales públicos relacionados con el presunto robo, ya que la fórmula completa de electrolitos de Rubycon permaneció segura. Sin embargo, análisis de laboratorio independientes de condensadores defectuosos han demostrado que muchas de las fallas prematuras parecen estar asociadas con un alto contenido de agua y falta de inhibidores en el electrolito, como se describe a continuación. [26]
Fórmula de electrolitos incompleta
Dos investigadores del Centro de Ingeniería Avanzada del Ciclo de Vida han demostrado la formación sin obstáculos de hidróxido (hidratación) y la producción asociada de gas hidrógeno, que se produce durante la "plaga de condensadores" o incidentes de "condensadores defectuosos" que implican la falla de un gran número de condensadores electrolíticos de aluminio. de la Universidad de Maryland que analizó los condensadores averiados. [26]
Los dos científicos determinaron inicialmente, mediante cromatografía iónica y espectrometría de masas , que había gas hidrógeno presente en los condensadores averiados, lo que provocó que la carcasa del condensador se abultara o que explotara el respiradero. Así se demostró que la oxidación tiene lugar de acuerdo con el primer paso de formación de óxido de aluminio.
Dado que en los condensadores electrolíticos era habitual unir el exceso de hidrógeno mediante compuestos reductores o despolarizantes , como compuestos nitrogenados aromáticos o aminas , para aliviar la presión resultante, los investigadores buscaron compuestos de este tipo. Aunque los métodos de análisis fueron muy sensibles a la hora de detectar dichos compuestos que alivian la presión, no se encontraron rastros de dichos agentes dentro de los condensadores averiados.
En los condensadores en los que la acumulación de presión interna era tan grande que la carcasa del condensador ya estaba abultada pero el respiradero aún no se había abierto, se podía medir el valor del pH del electrolito. El electrolito de los condensadores taiwaneses defectuosos era alcalino, con un pH de entre 7 y 8. Los buenos condensadores japoneses comparables tenían un electrolito ácido, con un pH de alrededor de 4. Como se sabe, el aluminio se puede disolver en líquidos alcalinos, pero no el que es ligeramente ácido, se realizó un análisis de huellas dactilares mediante espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX o EDS) del electrolito de los condensadores defectuosos, que detectó aluminio disuelto en el electrolito.
Para proteger el aluminio metálico contra la agresividad del agua, se pueden utilizar algunos compuestos de fosfato, conocidos como inhibidores o pasivadores , para producir condensadores estables a largo plazo con electrolitos altamente acuosos. Los compuestos de fosfato se mencionan en patentes relativas a condensadores electrolíticos con sistemas electrolíticos acuosos. [28] Dado que en los electrolitos taiwaneses investigados faltaban iones de fosfato y el electrolito también era alcalino, el condensador evidentemente carecía de protección contra daños por agua y se inhibía la formación de óxidos de alúmina más estables. Por tanto, sólo se generó hidróxido de aluminio.
Los resultados del análisis químico se confirmaron midiendo la capacitancia eléctrica y la corriente de fuga en una prueba de larga duración que duró 56 días. Debido a la corrosión química, la capa de óxido de estos condensadores se había debilitado, por lo que después de poco tiempo la capacitancia y la corriente de fuga aumentaron brevemente, antes de caer abruptamente cuando la presión del gas abrió el respiradero. El informe de Hillman y Helmold demostró que la causa de los condensadores defectuosos era una mezcla de electrolitos defectuosa utilizada por los fabricantes taiwaneses, que carecían de los ingredientes químicos necesarios para garantizar el pH correcto del electrolito a lo largo del tiempo, para la estabilidad a largo plazo del electrolito. condensadores. Su conclusión adicional de que el electrolito con su valor de pH alcalino tenía el defecto fatal de una acumulación continua de hidróxido sin convertirse en óxido estable, se verificó en la superficie de la lámina del ánodo tanto fotográficamente como mediante un análisis de huellas dactilares EDX de los componentes químicos.
^ abcd DM Zogbi (septiembre de 2002). "Fallas electrolíticas de aluminio con baja ESR relacionadas con problemas de materias primas taiwanesas" (PDF) . Industria de componentes pasivos . 4 (5). Publicaciones Paumanok: 10, 12, 31. Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 15 de junio de 2018 .
^ ab The Capacitor Plague, publicado el 26 de noviembre de 2010 por PC Tools
^ Arthur, Charles (31 de mayo de 2003). "Fórmula robada para condensadores que provocan que las computadoras se quemen". Noticias de negocios. El independiente . Archivado desde el original el 25 de mayo de 2015 . Consultado el 16 de enero de 2020 .
^ Esperling, Ed; Söderstrom, Thomas; Holzman, Carey (octubre de 2002). "¿Tienes jugo?". Tiempos EE.UU. Archivado desde el original el 28 de febrero de 2014 . Consultado el 11 de febrero de 2014 .
^ abc Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K (febrero de 2003). "Fallos y fallas: los condensadores con fugas ensucian las placas base". Espectro IEEE . 40 (2): 16-17. doi :10.1109/MSPEC.2003.1176509. ISSN 0018-9235. Archivado desde el original el 5 de enero de 2018 . Consultado el 22 de agosto de 2014 .
^ Carey Holzman, Overclockers, condensadores: no solo para propietarios de Abit, placas base con condensadores con fugas, 9/10, 2002, [1] Archivado el 18 de octubre de 2014 en Wayback Machine.
^ Hales, Paul (5 de noviembre de 2002). "Los problemas de los componentes taiwaneses pueden provocar retiradas masivas del mercado". El Indagador . Archivado desde el original el 10 de mayo de 2011 . Consultado el 20 de marzo de 2023 .
^ "Las fallas de los condensadores afectan a los proveedores de placas base, GEEK, 7 de febrero de 2003". Archivado desde el original el 13 de enero de 2015 . Consultado el 14 de diciembre de 2014 .
^ W. BONOMO, G. HOOPER, D. RICHARDSON, D. ROBERTS y TH. VAN DE STEEG, Vishay Intertechnology, Modos de falla en capacitores, [2] Archivado el 14 de diciembre de 2014 en Wayback Machine.
^ "Mainboardhersteller steht für Elko-Ausfall gerade", Heise (en alemán) (edición en línea), DE , archivado desde el original el 25 de diciembre de 2014 , recuperado 14 de diciembre 2014.
^ Michael Singer, CNET News, Los condensadores abultados persiguen a Dell, 31 de octubre de 2005 [3] Archivado el 14 de diciembre de 2014 en Wayback Machine.
^ "Michael Singer, CNET News, PC plagadas de condensadores defectuosos". Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2014 . Consultado el 14 de diciembre de 2014 .
^ The Guardian Technology Blog, Cómo una fórmula de condensador robada terminó costándole a Dell $ 300 millones [4] Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
^ Vance, Ashlee (28 de junio de 2010). "La demanda por computadoras defectuosas destaca el declive de Dell". Los New York Times . Archivado desde el original el 28 de enero de 2021 . Consultado el 8 de marzo de 2012 .
^ Información sobre reparación y condensadores defectuosos, Capacitor Lab, archivado desde el original el 12 de abril de 2022 , recuperado 26 de abril de 2022.
^ ab Liotta, Bettyann (noviembre de 2002). "Los fabricantes de gorras taiwaneses niegan su responsabilidad" (PDF) . Industria de componentes pasivos . 4 (6). Publicaciones Paumanok: 6, 8-10. Archivado desde el original (PDF) el 20 de noviembre de 2015 . Consultado el 3 de noviembre de 2015 .
^ "Plaga de condensadores, identifizierte Hersteller (~ proveedores identificados)". Opencircuits.com. 10 de enero de 2012. Archivado desde el original el 11 de marzo de 2015 . Consultado el 3 de septiembre de 2014 .
^ Uzawa, Shigeru; Komatsu, Akihiko; Ogawara, Tetsushi; Corporación Rubycon (2002). "Condensador electrolítico de aluminio de impedancia ultrabaja con electrolito a base de agua". Revista de la Asociación de Ingeniería de Confiabilidad de Japón . 24 (4): 276–283. ISSN 0919-2697. Número de acceso 02A0509168.
^ "A. Albertsen, Estimación de la vida útil del condensador electrolítico" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 17 de enero de 2015 . Consultado el 4 de septiembre de 2014 .
^ Sam G. Parler, Cornell Dubilier, Derivación de multiplicadores de vida para condensadores electrolíticos [5] Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
^ El condensador electrolítico de aluminio, H. 0. Siegmund, Bell System Technical Journal, v8, 1 de enero de 1229, págs.
^ A. Güntherschulze, H. Betz, Elektrolytkondensatoren, Verlag Herbert Cram, Berlín, 2. Auflage 1952
^ ab "El problema del condensador de la placa base explota". Chip de silicio . AU . 11 de mayo de 2003. Archivado desde el original el 14 de junio de 2012 . Consultado el 7 de marzo de 2012 .
^ Condensadores de placa base quemados, reventados y con fugas: un problema grave, PCSTATS, 15 de enero de 2005 [6] Archivado el 16 de agosto de 2016 en Wayback Machine.
^ Fallas electrolíticas de aluminio con baja ESR relacionadas con problemas de materias primas taiwanesas (PDF) , Molalla, archivado desde el original (PDF) el 26 de abril de 2012
^ a b C Hillman, Craig; Helmold, Norman (2004), Identificación de componentes de electrolitos faltantes o insuficientes en condensadores electrolíticos de aluminio fallidos (PDF) , soluciones DFR, archivado (PDF) del original el 26 de junio de 2011 , recuperado 2 de enero 2009
^ "Fallas electrolíticas de aluminio con baja ESR relacionadas con problemas de materias primas en Taiwán". Archivado desde el original el 22 de junio de 2017 . Consultado el 16 de marzo de 2022 .
^ Chang, Jeng-Kuei, Liao, Chi-Min, Chen, Chih-Hsiung, Tsai, Wen-Ta, Efecto de la composición del electrolito sobre la resistencia a la hidratación del óxido de aluminio anodizado [7] Archivado el 24 de septiembre de 2015 en Wayback Machine.
Otras lecturas
H. Kaesche, Die Korrosion der Metalle - Physikalisch-chemische Prinzipien und aktuelle Probleme, Springer-Verlag, Berlín, 2011, ISBN 978-3-642-18427-7
