09-01-2017  (1106 lectures) Categoria: ESR

ESR - Capacitor plague-ca

Error d'alumini condensadors electrolítics amb els respiradors oberts a la part superior de la llauna, i el residu es va assecar electròlit visible (color vermellós-marró)

La plaga dels condensadors fou un problema relacionat amb una major taxa d'avaries del que s'esperava de no sòlid condensadors electrolítics d'alumini , entre 1999 i 2007, especialment els d'alguns fabricants taiwanesos, [1] [2] a causa de la composició d'electròlits defectuós que va causar la corrosió acompanyat per la generació de gas, sovint el trencament el cas que el condensador de l'acumulació de pressió.

Altes taxes d'avaries es van produir en moltes marques conegudes de l'electrònica, i va ser particularment evident en les plaques base , targetes de vídeo , i les fonts d'alimentació dels ordinadors personals , el que porta a una fallada prematura d'aquests dispositius.

contingut

  • 1 Hist√≤ria
    • 1.1 Els primers anuncis
    • 1.2 L'atenci√≥ del p√ļblic
    • 1.3 Prevalen√ßa
    • 1.4 Responsabilitat
    • 1.5 Fi de la plaga
    • 1.6 Data de codi de fabricaci√≥
  • 2 s√≠mptomes
    • 2.1 Caracter√≠stiques comunes
    • 2.2 fallada prematura
    • 2.3 s√≠mptomes el√®ctriques
    • 2.4 S√≠mptomes visibles
  • 3 de alumini no s√≤lids condensadors electrol√≠tics
    • 3.1 Construcci√≥ b√†sica
    • 3.2 La formaci√≥ del diel√®ctric d'√≤xid d'alumini
    • 3.3 Composici√≥ de electr√≤lits
  • 4 condensadors electrol√≠tics a base d'aigua
    • 4.1 Desenvolupament d'un electr√≤lit a base d'aigua
    • 4.2 El problema de l'aigua en els condensadors electrol√≠tics d'alumini no s√≤lids
    • 4,3 corrosi√≥ de l'aigua impulsada per: hidr√≤xid d'alumini
    • 4.4 Fabricaci√≥ de mercat
  • 5 Investigaci√≥
    • 5.1 Implicacions d'espionatge industrial
    • 5.2 f√≥rmula electr√≤lit Incomplet
  • 6
  • 7 Altres lectures

història

primers anuncis

Condensadors defectuosos han estat un problema des del desenvolupament inicial dels condensadors ', per√≤ els primers condensadors defectuosos problemes vinculats a les mat√®ries primeres taiwanesos van ser reportats per la revista especialitzada passiva ind√ļstria de components al setembre de 2002. [1] Poc despr√©s, dos principals revistes d'electr√≤nica van reportar el descobriment de generalitzada prematurament si no condensadors, des dels fabricants taiwanesos, en les plaques mare. [3] [4]

Aquestes publicacions informats enginyers i altres especialistes interessats t√®cnicament, per√≤ no donen el tema de l'exposici√≥ p√ļblica m√©s √†mplia. Aix√≤ va canviar quan Carey Holzman va publicar les seves experi√®ncies sobre "condensadors amb fuites" al overclocking comunitat rendiment. [5]

L'atenci√≥ del p√ļblic

Resultats de foc sobre un circuit imprès, causats per la qual electròlit fugat en curtcircuit conductors força de sustentació

La not√≠cia de la publicaci√≥ Holzman es va estendre r√†pidament a trav√©s d'Internet i als diaris, en part a causa de les espectaculars imatges dels fracassos - sortits o de salva llaunes, expulsat banda d'estanque√Įtat i fuites d'electr√≤lit en infinitat de plaques de circuits. Una gran quantitat d'usuaris de PC es van veure afectats, i va provocar una allau d'informes i comentaris sobre els milers de blocs i altres comunitats web. [4] [6] [7]

La ràpida difusió de la notícia també va donar lloc a molts usuaris desinformats i blocs publicar fotos de condensadors que havien fallat a causa de raons diferents de electròlit defectuós. [8]

predomini

La majoria dels condensadors afectats van ser produ√Įts des de 1999 fins 2003 i fallits entre 2002 i 2005. Els problemes amb els condensadors produ√Įts amb un electr√≤lit incorrectament formulat haver afectat els equips fabricats fins almenys 2007. [2]

Els principals fabricants de plaques base com Abito , [9] IBM , [1] Dell , [10] d'Apple , HP , i Intel [11] es van veure afectats pels condensadors amb electròlit és defectuosa.

El 2005, Dell va passar algun US $ 420 milions en substitució de les plaques base, simples i en la logística de la determinació de si un sistema estava en necessitat de reemplaçament. [12] [13]

Molts altres fabricants d'equips sense saber-ho munten i es venen juntes amb condensadors defectuosos, i com a resultat l'efecte de la plaga condensador es podia veure en tot tipus de dispositius a tot el món.

A causa de que no tots els fabricants havien ofert recorda o reparacions, do-it-yourself Instruccions de reparació van ser escrites i es poden trobar a Internet. [14] [15]

responsabilitat

En l'edici√≥ de novembre / desembre de 2002 del passiu ind√ļstria de components, seguint la seva hist√≤ria inicial sobre electr√≤lit defectu√≥s, van informar que alguns grans fabricants taiwanesos de condensadors electrol√≠tics estaven negant responsabilitat per productes defectuosos. [16]

Mentre que els clients industrials van confirmar les fallades, que no van ser capaços de rastrejar l'origen dels components defectuosos. Els condensadors defectuosos van ser marcats amb marques prèviament desconeguts com "Tayeh", "Choyo", o "Chhsi". [17] Les marques no estaven vinculats amb facilitat a les empreses familiars o marques de productes. Fallides e-tapes amb marques conegudes poden haver tingut fracassos no relacionats amb electròlit defectuós.

El fabricant de la placa ABIT Computer Corp va ser l'√ļnic fabricant que va admetre p√ļblicament als condensadors defectuosos obtinguts de Taiwan fabricants de condensadors que s'utilitzen en els seus productes. [16] No obstant aix√≤, la companyia no va revelar el nom del fabricant de condensador que subministra els productes contaminats.

Fi de la plaga

Amb les notes de premsa primer publicades sobre el problema generalitzat amb les fallades prematures dels condensadors electrol√≠tics taiwanesos que van apareixen al setembre de 2002, es podria suposar que a mitjans de 2003, els fabricants de condensadors afectats haurien canviat el seu proc√©s de producci√≥ utilitzant una barreja "correcta" d'electr√≤lit. Suposant una vida √ļtil m√©s curta t√≠picament d'aproximadament 1,5 a 3 anys per als condensadors defectuosos, els fracassos haurien d'haver estat freq√ľents a partir de mitjans de 2003 fins a principis de 2005, i anar disminuint fins a mitjans de 2006. L'√ļltim dels mals condensadors haurien d'haver fallatabans de 2007. Els comentaristes a Internet sovint va predir l'any 2007, com el punt final dels condensadors "dolents" .

Data de codi de fabricació

Molts fabricants utilitzen una abreviatura de 2 caràcters d'acord amb la norma IEC 60062 estàndard, per codificar la data de producció (codi de data) de condensadors electrolítics:

  • Primer car√†cter: Any de producci√≥, m = 2000, N = 2001, P = 2,002, R = 2003, S = 2004, T = 2005, T = 2006, V = 2007, W = 2008, X = 2009, A = 2010 , B = 2,011, C = 2012, D = 2013, I = 2014, m = 2015, G = 2016
  • Segon personatge: Mes de la producci√≥, de l'1 al 9 = gener a setembre, O = d'octubre, N = novembre, D = desembre

Exemple: = V8 d'agost de de 2007

Els símptomes

Les característiques comunes

Els condensadors electrol√≠tics d'alumini no s√≤lids amb electr√≤lit formulades de manera impr√≤pia pertanyien majorit√†riament a l'anomenada "baixa ESR ", "baixa imped√†ncia", o una s√®rie d'e-cap "alta corrent d'ondulaci√≥". L'avantatge d'e-tapes que utilitzen un electr√≤lit compost per 70% d'aigua o m√©s √©s, en particular, una baixa ESR, el que permet un corrent d'arrissat superior, aix√≠ com l'√ļs d'aigua que els fa menys car de produir, sent l'aigua el menor cost√≥s material en un condensador. [18]

La comparació dels e-tapes d'alumini amb diferents electròlits no sòlids
electròlit fabricant
Sèries, Tipus
dimensions
D L x
(Mm)
Max. ESR
a 100 kHz, 20 ¬į C
(MO)
Max. corrent de arrissat
a 85/105 ¬į C
(MA)
no sòlida
electròlit orgànic
Vishay
036 RSP, 100 uF / 10V
5x11 1000 160
No sòlida, glicol d'etilè,
àcid bòric (bòrax) electròlit
NCC
SMQ, 100 uF / 10V
5x11 900 180
no sòlida
electròlit a base d'aigua
Rubycon
ZL, 100 uF / 10V
5x11 300 250

Fallada prematura

Tots els condensadors electrol√≠tics amb l'edat electr√≤lit no s√≤lid en el temps, a causa de l'evaporaci√≥ de l'electr√≤lit. La capacit√†ncia en general disminueix i la resist√®ncia en s√®rie equivalent (ESR) en general augmenta. La vida normal d'un condensador no s√≤lid electrol√≠tic de qualitat dels consumidors, generalment nominal de 2.000 h / 85 ¬į C i que opera a 40 ¬į C, √©s aproximadament 6 anys. Pot ser m√©s de 10 anys per a un condensador de 1000 ¬į C h / 105 que opera a 40 ¬į C. Els condensadors electrol√≠tics que operen a una temperatura inferior poden tenir una vida √ļtil considerablement m√©s llarga.

La capacit√†ncia de degradar normalment fins a un m√≠nim del 70% del valor nominal, i de la ESR augmentar al doble del valor nominal, en el lapse de vida normal del component, abans que s'ha de considerar com un "frac√†s degradaci√≥". [19] [20] La vida d'un condensador electrol√≠tic amb electr√≤lit defectu√≥s pot ser tan poc com dos anys. El condensador pot fallar prematurament despr√©s d'assolir aproximadament 30% a 50% de la seva vida √ļtil prevista.

símptomes elèctriques

Les caracter√≠stiques el√®ctriques d'un condensador electrol√≠tic que ha fallat per un respirador obert s√≥n els seg√ľents:

  • valor de la capacit√†ncia disminueix per sota del valor nominal
  • ESR augmenta a valors molt alts.

Els condensadors electrol√≠tics amb un respirador obert estan en el proc√©s de dessecaci√≥, independentment de si tenen bona o dolenta electr√≤lit. Ells sempre mostren valors de capacitat baixos i molt alts valors de ESR √≤hmics. Secs e-tapes s√≥n per tant el√®ctricament in√ļtil.

Correu casquets poden fallar sense cap s√≠mptoma visible. At√®s que les caracter√≠stiques el√®ctriques dels condensadors electrol√≠tics s√≥n la ra√≥ del seu √ļs, aquests par√†metres han de ser provats amb instruments per decidir definitivament si els dispositius han fallat. Per√≤ fins i tot si els par√†metres el√®ctrics estan fora de les seves especificacions, l'assignaci√≥ d'avaries a l'electr√≤lit-problema no √©s una certesa.

condensadors electrolítics no sòlids d'alumini sense símptomes visibles, que han formulat incorrectament electròlit, normalment mostren dos símptomes elèctriques:

  • relativament alta i fluctuant corrent de fugida [21] [22]
  • augment de valor de la capacit√†ncia, fins a dues vegades el valor nominal, que fluctua despr√©s de l'escalfament i el refredament del cos del condensador

símptomes visibles

Primer pla d'una fractura de ventilació condensador electrolític i el residu es va assecar electròlit

En examinar un dispositiu electr√≤nic amb anomalies, els condensadors fallits poden ser f√†cilment reconeguts pels s√≠mptomes clarament visibles que inclouen el seg√ľent: [23]

  • La protrusi√≥ de la reixeta de ventilaci√≥ a la part superior del condensador. (La "ventilaci√≥" est√† gravat a la part superior de la carcassa d'un condensador en forma de pot, formant una costura que est√† destinat a dividir per alleujar l'acumulaci√≥ de pressi√≥ a l'interior, la prevenci√≥ d'una explosi√≥.)
  • Trencat o esquerdat de ventilaci√≥, sovint acompanyat de dip√≤sits d'√≤xid-com crostes visibles marrons o vermells secs electr√≤lits.
  • carcassa de condensador assegut tort a la placa de circuit, causada pel tap de goma inferior sent emp√®s cap a fora, de vegades amb electr√≤lit haver filtrar a la placa de la base del condensador, visible com a dip√≤sits superficials-marr√≥ fosc o negre al PCB. [24] L'electr√≤lit fugat pugui ser conf√≥s amb cua el√†stica gruixuda de vegades s'utilitza per assegurar els condensadors contra desc√†rregues. Una escor√ßa de color marr√≥ fosc o negre pel costat d'un condensador √©s invariablement cola, no electr√≤lit. La cola en si √©s inofensiu.
símptomes visibles dels condensadors electrolítics fallits
condensador Chhsi fallat amb l'acumulació d'electròlit crosta a la part superior
condensadors Error situades al costat de presa de la placa de la CPU
condensadors Tayeh fallits que han ventilats subtilment a través de les seves tapes d'alumini
condensadors electrolítics fallits amb les tapes de llaunes inflades i segells de goma expulsats, dates de fabricació "0106" i "0206" (juny 2001 i juny de 2002)
condensador no ha explotat i s'exposa elements interns, i l'altra part ha arrencat la seva carcassa
condensadors Choyo fallits (color negre), que s'han filtrat electròlit de color marró a la placa base

Condensadors electrolítics d'alumini no sòlids

El primer condensador electrolític , es va desenvolupar un condensador electrolític d'alumini amb un líquid electròlit , inventat per Charles Pollak en 1896. condensadors electrolítics moderns es basen en el mateix disseny fonamental. Després d'aproximadament 120 anys de desenvolupament de milers de milions d'aquests condensadors econòmics i fiables s'utilitzen en els dispositius electrònics.

construcció bàsica

els detalls de construcció bàsics de condensadors electrolítics d'alumini no sòlids
Construcció d'un condensador electrolític d'alumini d'una sola terminal típic amb electròlit no sòlida
diagrama de la secció transversal del primer del condensador electrolític, mostrant làmines de condensadors i capes d'òxid

condensadors electrol√≠tics d'alumini amb electr√≤lit s√≤lid no s√≥n generalment anomenats "condensadors electrol√≠tics" o "e-caps". Els components consten de dues tires de paper d'alumini, separades per un espaiador de paper, que est√† saturat amb un electr√≤lit l√≠quid o gel. Una de les tires de paper d'alumini, anomenat l'√†node, qu√≠micament rugosa i oxidat en un proc√©s anomenat de formaci√≥, mant√© una capa d'√≤xid molt prima en la seva superf√≠cie com un a√Įllant el√®ctric que actua com el diel√®ctric del condensador. L'electr√≤lit l√≠quid, que √©s el c√†tode del condensador, cobreix la superf√≠cie irregular de la capa d'√≤xid de l'√†node perfectament, i fa que la superf√≠cie de l'√†node augment efica√ß, augmentant aix√≠ la capacitat efectiva.

Una segona tira de paper d'alumini, anomenat el "paper de càtode", serveix per fer contacte elèctric amb l'electròlit. El espaiador separa les tires de paper d'alumini per evitar el contacte metàl·lic directe que produiria un curtcircuit. Els fils conductors s'uneixen a les dues làmines que després s'enrotllen amb l'espaiador en un cilindre ferida que s'ajusti dins d'una caixa d'alumini o "pot". El debanat està impregnat amb electròlit líquid. Això proporciona un dipòsit d'electròlit per estendre el temps de vida del condensador. El conjunt s'insereix en una llauna d'alumini i es va segellar amb un tap. Condensadors electrolítics d'alumini amb electròlit no sòlida tenen ranures en la part superior de la caixa, formant un orifici de ventilació, que està dissenyat per dividir oberta en cas de pressió excessiva de gas causada per la calor, curt circuit, o electròlit no.

La formació del dielèctric d'òxid d'alumini

Veure sobre les estructures d'una làmina d'ànode de baix voltatge
Secció transversal vista lateral de 10 V de baix voltatge de l'ànode d'alumini gravat a l'aiguafort
imatge SEM de la superfície de l'ànode en brut d'un condensador electrolític sense usar, que mostra les obertures dels porus en l'ànode
Ultra-prima secció transversal d'un porus gravada en una làmina d'ànode de baixa tensió, l'ampliació de 100.000 vegades, gris clar: alumini, gris fosc: òxid d'alumini amorf, llum: porus, en què l'electròlit està actiu

El paper d'alumini s'utilitza en condensadors electrol√≠tics d'alumini no s√≤lids ha de tenir una puresa de 99,99%. La l√†mina es fa rugosa mitjan√ßant gravat electroqu√≠mic per ampliar la superf√≠cie capacitiva efectiva. Aquest paper d'alumini gravat a l'aiguafort de l'√†node s'oxida (anomenat formant). La formaci√≥ crea un molt prima capa de barrera d'√≤xid sobre la superf√≠cie de l'√†node. Aquesta capa d'√≤xid √©s el√®ctricament a√Įllant i serveix com el diel√®ctric del condensador. La formaci√≥ es porta a terme cada vegada que s'aplica un voltatge positiu a l'√†node, i genera una capa d'√≤xid el gruix varia en funci√≥ de la tensi√≥ aplicada. Aquest comportament electroqu√≠mic explica el mecanisme d'autocuraci√≥ de condensadors electrol√≠tics no s√≤lids.

El procés normal de formació d'òxid o auto-curació es porta a terme en dues etapes de reacció. [25] En primer lloc, una reacció fortament exotèrmica transforma alumini metàl·lic (A) en hidròxid d'alumini , Al (OH) 3:

2 Al + 6 H2O ‚Üí 2 Al (OH) 3 + 3 H 2 ‚ÜĎ

Aquesta reacci√≥ s'accelera per un alt camp el√®ctric i per les altes temperatures, i s'acompanya d'un augment de pressi√≥ en la carcassa del condensador, causat pel gas d'hidrogen alliberat. L'hidr√≤xid d'alumini de tipus gel d'Al (OH) 3 (tamb√© anomenat al√ļmina trihidratada (ATH), hidr√≤xid alum√≠nico, hidr√≤xid d'alumini (III), o al√ļmina hidratada) esdev√©, a trav√©s d'una segona etapa de reacci√≥ (en general lentament durant unes poques hores a sala la temperatura, m√©s r√†pidament en uns pocs minuts a temperatures m√©s altes), en la forma amorfa o cristal¬∑lina de √≤xid d'alumini , al 2 o 3:

2 Al (OH) 3 ‚Üí 2 AlO (OH) 2 + H2O ‚Üí Al 2 O 3 + 3 H2O

Aquest òxid serveix com a dielèctric i també protegeix el condensador de les reaccions agressives d'alumini metàl·lic a parts de l'electròlit. Un dels problemes de la formació o processos d'autocuració a electrolítics d'alumini no sòlids és el de la corrosió, l'electròlit haver de subministrar suficient oxigen per generar la capa d'òxid, amb aigua, corrosiva d'alumini, sent la forma més eficient.

composició d'electròlits

El nom de "condensador electrolític" es deriva de l'electròlit, el líquid conductor a l'interior del condensador. Com un líquid que pot ajustar-se a l'estructura de gravat a l'aiguafort i porosa de l'ànode i la capa d'òxid crescut, i formar un càtode "a mida".

Des d'un punt de vista el√®ctric l'electr√≤lit en un condensador electrol√≠tic √©s la real c√†tode del condensador i ha de tenir una bona conductivitat el√®ctrica, que √©s en realitat i√≥ -conductivity en l√≠quids. Per√≤ tamb√© √©s una barreja qu√≠mica de dissolvents amb √†cids o alcalins additius, [26] , que ha de ser no corrosiu (qu√≠micament inert ), de manera que el condensador, els components interior estan fets d'alumini, es mant√© estable durant la seva vida √ļtil prevista. A m√©s de la bona conductivitat d'electr√≤lits de funcionament, hi ha altres requisits, incloent l'estabilitat qu√≠mica, compatibilitat qu√≠mica amb l'alumini, i baix cost. L'electr√≤lit tamb√© ha de proporcionar oxigen per als processos de formaci√≥ i auto-curaci√≥. Aquesta diversitat de requisits per als resultats d'electr√≤lits l√≠quids en una √†mplia varietat de solucions propiet√†ries, amb milers de electr√≤lits patentats.

Fins electròlits podrien ser col·locats a grans trets en dos grups principals a mitjans de 1990:

  • electr√≤lits basats en etilenglicol i √†cid b√≤ric . En aquests anomenats glicol o b√≤rax electr√≤lits, una reacci√≥ qu√≠mica no desitjada d'aigua cristal¬∑lina es produeix: "√†cid + alcohol d√≥na √®ster + aigua". Aquests electr√≤lits b√≤rax han estat est√†ndard en els condensadors electrol√≠tics per un llarg temps, i tenen un contingut d'aigua entre 5 i 20%. Treballen fins a una temperatura m√†xima de 85 ¬į C o 105 ¬į C en l'Rang de voltatge de fins a 600 V. [27]
  • gaireb√© anhidre electr√≤lits basats en dissolvents org√†nics, com ara dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMA), o ő≥-butirolactona (GBL). Aquests condensadors amb electr√≤lits org√†nics de dissolvents s√≥n adequats per a temperatures que van fins a 105 ¬į C, 125 ¬į C o 150 ¬į C; tenen valors de baixa corrent de fuga; i tenen molt bon comportament a llarg termini.

Se sabia que l'aigua √©s un dissolvent molt bo per als electr√≤lits baixa √≤hmics. No obstant aix√≤, els problemes de corrosi√≥ relacionades amb l'aigua impedit, fins a aquest moment, l'√ļs de la mateixa en quantitats majors que 20% de l'electr√≤lit, la corrosi√≥ impulsat per aigua usant els electr√≤lits esmentats anteriorment es mant√© sota control amb inhibidors qu√≠mics que estabilitzen la capa d'√≤xid. [28] [29] [30] [31]

Condensadors electrolítics a base d'aigua

En la dècada de 1990 tercera classe d'electròlits va ser desenvolupat per investigadors japonesos.

  • electr√≤lits basats en aigua, amb fins a un 70% d'aigua, s√≥n relativament barats i compten amb caracter√≠stiques desitjables, com ara baixa ESR i de maneig de m√©s tensi√≥. Aquests condensadors electrol√≠tics solen estar etiquetats "baixa imped√†ncia", "sota ESR", o "alta ondulaci√≥ de corrent" amb capacitats de tensi√≥ de fins a 100 V, [18] per a aplicacions de consum de baix cost.
  • Tot i aquests avantatges, els investigadors s'enfronten a diversos reptes durant el desenvolupament de condensadors electrol√≠tics a base d'aigua.
  • Molts dels condensadors mal dissenyats arribat al mercat de masses. La plaga condensador √©s a causa dels electr√≤lits defectuosos d'aquest tipus.

Desenvolupament d'un electròlit a base d'aigua

A principis de la d√®cada de 1990, alguns fabricants japonesos van comen√ßar el desenvolupament d'una nova classe de baixa resist√®ncia, a base d'aigua d'electr√≤lits. Aigua, amb la seva alta permitivitat de őĶ = 81, √©s un poder√≥s dissolvent d'electr√≤lits, i posseeix una alta solubilitat per a les concentracions de conductivitat de millora de sal ions , el que resulta en una millora significativa en comparaci√≥ amb la conductivitat electr√≤lits org√†nics amb dissolvents com GBL . Per√≤ l'aigua reaccionar√† molt agressiva i fins i tot violentament amb alumini sense protecci√≥, la conversi√≥ d'alumini met√†l¬∑lic (A) en hidr√≤xid d'alumini (Al (OH) 3), a trav√©s d'una molt exot√®rmica reacci√≥ que emet calor, provocant l'expansi√≥ del gas que pot conduir a una explosi√≥ de el condensador. Per tant, el principal problema en el desenvolupament dels electr√≤lits a base d'aigua √©s aconseguir estabilitat a llarg termini al obstaculitzar l'acci√≥ corrosiva de l'aigua en alumini.

Normalment la làmina d'ànode està cobert pel dielèctric d'òxid d'alumini (Al 2 O 3) capa, que protegeix el metall d'alumini base contra l'agressivitat de solucions alcalines aquoses. No obstant això, algunes impureses o punts febles en la capa d'òxid ofereixen la possibilitat de corrosió anòdica accionat per aigua que es forma hidròxid d'alumini (Al (OH) 3). A e-tapes que utilitzen un electròlit alcalí aquest hidròxid d'alumini no es transforma en la forma estable desitjada d'òxid d'alumini. El punt feble segueix sent la corrosió anòdica i està en curs. Aquest procés corrosiu pot ser interrompuda per substàncies protectores en l'electròlit conegut com a inhibidors o pasivadores. [31] [32] Els inhibidors, com ara cromats, fosfats, silicats, nitrats, fluorurs, benzoats, olis solubles, i certs altres productes químics pot reduir la reaccions anòdica i catòdica de la corrosió. No obstant això, si s'utilitzen inhibidors en una quantitat insuficient, tendeixen a augmentar picades. [33]

El problema de l'aigua en els condensadors electrolítics d'alumini no sòlids

La capa d'√≤xid d'alumini en el condensador electrol√≠tic √©s resistent als atacs qu√≠mics, sempre que el valor pH de l'electr√≤lit est√† en l'interval de pH 4,5 a 8,5. [34] No obstant aix√≤, el valor del pH de l'electr√≤lit √©s idealment prop de 7 (neutre); i els mesuraments dutes a terme ja en la d√®cada de 1970 han demostrat que s'incrementa el corrent de fuga, a causa de defectes indu√Įts qu√≠micament, quan el valor del pH es desvia d'aquest valor ideal. [35] Se sap que l'aigua √©s molt corrosiva per a l'alumini pur i presenta defectes qu√≠mics. Se sap, a m√©s, que els diel√®ctrics d'√≤xid d'alumini sense protecci√≥ pot ser lleugerament dissoltes per electr√≤lits alcalins, el que debilita la capa d'√≤xid. [36]

La q√ľesti√≥ fonamental dels sistemes que contenen aigua i electr√≤lits rau en el control de l'agressivitat de l'aigua cap l'alumini met√†l¬∑lic. Aquest tema ha dominat el desenvolupament dels condensadors electrol√≠tics durant moltes d√®cades. [37] Els primers electr√≤lits usats comercialment a la meitat del segle XX van ser les barreges de etilenglicol i √†cid b√≤ric . Per√≤ fins i tot aquests electr√≤lits glicol van tenir una reacci√≥ qu√≠mica de vidre d'aigua no desitjada, d'acord amb l'esquema: "√†cid + alcohol " ‚Üí " √®ster + aigua". Per tant, fins i tot en els electr√≤lits primera aparentment lliures d'aigua, d'esterificaci√≥ reaccions podrien generar un contingut d'aigua de fins al 20 per cent. Aquests electr√≤lits tenien una vida √ļtil depenent de la tensi√≥, perqu√® a major tensions del corrent de fuga basat en l'agressivitat de l'aigua augmentaria de manera exponencial; i l'augment del consum associat d'electr√≤lit conduiria a un assecat m√©s r√†pid a terme. [19] [20] D'altra banda, l'electr√≤lit ha de lliurar l'oxigen per als processos d'autocuraci√≥, i l'aigua √©s la millor subst√†ncia qu√≠mica per fer aix√≤. [18]

L'aigua impulsada per la corrosió: hidròxid d'alumini

Intent d'una representació gràfica de la formació d'hidròxid d'alumini
en un porus d'una làmina de condensador electrolític de l'ànode rugosa
Intent d'una representació gràfica de la formació d'hidròxid d'alumini en un porus d'una làmina de condensador electrolític de l'ànode rugosa.

Se sap que el curs "normal" de la construcci√≥ d'una capa d'√≤xid d'alumini estable per la transformaci√≥ d'alumini, a trav√©s de l'etapa interm√®dia d'hidr√≤xid d'alumini, pot ser interromput per un electr√≤lit excessivament alcalina o b√†sica. Per exemple, la interrupci√≥ alcalina de la qu√≠mica d'aquesta reacci√≥ d√≥na com a resultat en lloc de la seg√ľent reacci√≥:

2 Al (s) + 2 NaOH (aq) + 6 H 2 O ‚Üí 2 Na + (ac) + 2 [Al (OH) 4] - (s) + 3 H 2 (g)

En aquest cas, pot succeir que l'hidròxid format en la primera etapa es separa mecànicament de la superfície d'alumini metàl·lic i no es transforma en la forma estable desitjada d'òxid d'alumini. [38] [ Pàgina necessària ] El procés inicial d'auto-sanació per a la construcció d'una nova capa d'òxid és impedit per un defecte o un punt feble dielèctrica, i el gas d'hidrogen generat s'escapa en el condensador. Llavors, en el punt feble, s'inicia la formació addicional d'hidròxid d'alumini, i s'evita que convertir en òxid d'alumini estable. L'acte-curació de la capa d'òxid a l'interior del condensador electrolític no pot tenir lloc. No obstant això, les reaccions no arriben a un punt mort, com més i més hidròxid creix en els porus de la làmina d'ànode, i la primera etapa de reacció produeix més i més gas d'hidrogen a la llauna, l'augment de la pressió.

Microscopi electrònic de rastreig (SEM) imatges
de diferents formes d'hidròxid d'alumini
de condensadors electrolítics fallits
superfície de l'ànode amb plaques majors d'hidròxid d'alumini
superfície de l'ànode amb perles cultivades d'hidròxid d'alumini

Fabricació per al mercat

El fabricant japon√®s Rubycon va esdevenir un l√≠der en el desenvolupament de nous sistemes d'electr√≤lits basats en aigua amb una conductivitat millorada a finals de 1990. [ Cita requerida ] Despr√©s de diversos anys de desenvolupament, els investigadors dirigits per Shigeru Uzawa havien trobat una barreja d'inhibidors que van suprimir la hidrataci√≥ d'alumini. El 1998, va anunciar Rubycon dues s√®ries, ZL i ZA, dels primers condensadors de producci√≥ que utilitzen un electr√≤lit amb un contingut d'aigua d'aproximadament 40%, que eren adequats per a temperatures que oscil¬∑len entre -40 ¬į C (-40 ¬į F; 233 K) a 105 ¬į C (221 ¬į F; 378 K). M√©s tard, els electr√≤lits es van desenvolupar per treballar amb aigua de fins a 70% en pes. [ Cita requerida ] Altres fabricants, com NCC, [39] Nichicon, [40] i Elna [41] van seguir amb els seus propis productes una mica m√©s tard.

La conductivitat millorada del nou electròlit es pot veure mitjançant la comparació de dos condensadors, els quals tenen una capacitància nominal de 1.000 mF en 16 V de tensió nominal, en un paquet amb un diàmetre de 10 mm i una alçada de 20 mm. Els condensadors de la sèrie Rubycon YXG s'inclouen amb un electròlit basat en un dissolvent orgànic i poden arribar a una impedància de 46 Mo quan es carrega amb un corrent d'ondulació de 1400 mA. condensadors en sèrie ZL amb el nou electròlit a base d'aigua poden arribar a una impedància de 23 Mo amb un corrent d'arrissat de 1820 mA, una millora global del 30%.

El nou tipus de condensador va ser anomenat "Low-ESR" o "baixa impedància", "ultra-baixa impedància" o "alta Corrent d'arrissat" sèrie en els fulls de dades. El mercat altament competitiu en tecnologia digital de dades i fonts d'alimentació d'alta eficiència ràpidament adoptat aquests nous components a causa del seu millor rendiment. A més, mitjançant la millora de la conductivitat de l'electròlit, els condensadors no només poden suportar un corrent nominal major ondulació, que són molt més barats de produir ja que l'aigua és molt més barat que altres dissolvents. Millor rendiment i baix cost van impulsar l'adopció generalitzada dels nous condensadors per a productes d'alt volum, com PC, pantalles LCD, i fonts d'alimentació.

investigació

Implicacions d'espionatge industrial

L'espionatge industrial estava implicat en la plaga condensador, en relació amb el robatori d'una fórmula d'electròlit. Un científic de materials de treball per Rubycon a Japó va deixar la companyia, tenint la fórmula electròlit a base d'aigua secreta per condensadors en sèrie ZA i ZL de Rubycon, i va començar a treballar per a una empresa xinesa. El científic va desenvolupar llavors una còpia d'aquest electròlit. A continuació, alguns membres del personal que van desertar de l'empresa xinesa copien una versió incompleta de la fórmula i van començar a comercialitzar-lo a molts dels d'alumini fabricants electrolítiques a Taiwan, subvaloració dels preus dels fabricants japonesos. [1] [42] Aquest electròlit incompleta no tenia importants ingredients propietaris que eren essencials per a l'estabilitat a llarg termini dels condensadors [4] [23] i era inestable quan s'envasa en un condensador d'alumini acabat. Aquest electròlit defectuós va permetre la formació sense obstacles d'hidròxid i produeix gas d'hidrogen. [36]

No hi ha processos judicials p√ļblics coneguts relacionats amb el presumpte robatori de f√≥rmules d'electr√≤lits. No obstant aix√≤, una an√†lisi de laboratori independent de condensadors defectuosos ha demostrat que molts de les fallades prematurs semblen estar associats amb alt contingut d'aigua i els inhibidors que falten en l'electr√≤lit, tal com es descriu a continuaci√≥.

Fórmula de electròlits incompleta

Formació sense obstacles d'hidròxid (hidratació) i la producció de gas d'hidrogen associat, que es produeixen durant la "plaga condensador" o "dolents condensadors" incidents que impliquen el fracàs d'un gran nombre de condensadors electrolítics d'alumini, ha estat demostrat per dos investigadors de la Universitat de Maryland , que va analitzar la condensadors fallits. [36]

Els dos científics van determinar inicialment, per cromatografia iònica i espectrometria de masses , que no hi havia gas d'hidrogen present en els condensadors fallits, el que porta a la voluminosa del cas o l'esclat de la reixeta de ventilació del condensador. Per tant es va demostrar que l'oxidació es porta a terme d'acord amb el primer pas de la formació d'òxid d'alumini.

A causa de que ha estat habitual en els condensadors electrolítics d'obligar a la excés d'hidrogen amb l'ajuda de la reducció o de despolarització compostos, com ara aromàtics compostos de nitrogen o amines , per alleujar la pressió resultant, els investigadors van buscar compostos d'aquest tipus. Encara que els mètodes d'anàlisi eren molt sensibles a la detecció de tals compostos que alleugen la pressió, no hi ha rastres de tals agents es van trobar dins dels condensadors fallits.

En els condensadors en què la pressió interna acumulació era tan gran que la caixa del condensador ja estava voluminosa però el respirador encara no havien obert, el pH valor de l'electròlit es podia mesurar. L'electròlit dels condensadors taiwanesos defectuoses era alcalí, amb un pH d'entre 7 i 8. Els bons condensadors japonesos comparables tingut un electròlit que era àcid, amb un pH al voltant de 4. Com se sap que l'alumini pot ser dissolt per líquids alcalins, però no el que és lleugerament àcid, un espectroscòpia de raigs X de dispersió d'energia es va fer (EDX o EDS) anàlisi d'empremtes digitals de l'electròlit dels condensadors defectuosos, que va detectar dissol alumini en l'electròlit.

Per protegir l'alumini met√†l¬∑lic contra l'agressivitat de l'aigua, alguns compostos de fosfat, coneguts com a inhibidors o pasivadores, es poden utilitzar per produir condensadors estables a llarg termini amb electr√≤lits d'alt aquosa. Els compostos de fosfat s'esmenten en les patents pel que fa als condensadors electrol√≠tics amb sistemes electrol√≠tics aquoses. [43] Ja que els ions de fosfat faltaven i l'electr√≤lit tamb√© es alcalins en els electr√≤lits taiwanesos investigats, el condensador no tenien evidentment cap protecci√≥ contra danys per aigua, i es va inhibir la formaci√≥ d'√≤xids de al√ļmina m√©s estables. Per tant, es va generar nom√©s hidr√≤xid d'alumini.

Els resultats de l'anàlisi química es van confirmar mitjançant el mesurament de la capacitat elèctrica i el corrent de fuga en una prova a llarg termini que dura 56 dies. A causa de la corrosió química, la capa d'òxid d'aquests condensadors s'havia afeblit, per la qual cosa després d'un curt temps de la capacitància i el corrent de fuga augment breument, abans de caure abruptament quan la pressió del gas obre la reixa de ventilació. L'informe de Hillman i Helmold va demostrar que la causa dels condensadors fallits era una barreja d'electròlits defectuós utilitzat pels fabricants taiwanesos, que no tenien els ingredients químics necessaris per garantir el correcte pH de l'electròlit a través del temps, per a l'estabilitat a llarg termini de la electrolítica condensadors. El seu més conclusió, que l'electròlit amb el seu valor de pH alcalí tenia el defecte fatal d'una acumulació contínua d'hidròxid sense que sigui convertit en l'òxid estable, va ser verificat en la superfície de la làmina d'ànode tant fotogràficament i amb una anàlisi EDX-empremta digital de els components químics.

referències

  • DM Zogbi (setembre de 2002). "Les falles de baixa ESR d'alumini electrol√≠tic Vinculats al taiwan√®s Raw problemes materials" (PDF). Passiva ind√ļstria de components. Publicacions Paumanok. 4 (5): 10, 12, 31. Arxivat des de l'original (PDF) en 2015.03.11. Consultat el 2015.11.03.
  • El capacitor plaga, Publicat el 26 de novembre de 2010 per PC Tools
  • Sperling, Ed; Soderstrom, Thomas; Holzman, Carey (octubre de 2002). "¬ŅSuc aconseguit?" . Els temps d'EE .
  • Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K (febrer de 2003). "Fallades i fracassos: Les fugues en condensadors arru√Įnar definitivament les plaques base" . IEEE Spectrum . 40 (2): 16-17. doi : 10.1109 / MSPEC.2003.1176509 . ISSN des 0018-9235 . Consultat el 08/22/2014.
  • Carey Holzman, Overclockers, Condensadors: No nom√©s per Abito Propietaris, plaques base amb condensadors amb fuites, 10/9, 2002, [1]
  • Halis, Paul (5 de novembre de 2002). "Els problemes de components taiwanesos poden causar recessos massius" . The Inquirer . Consultat el 27 de d'abril de de 2015.
  • Fracassos de condensadors plaga fabricants de plaques base, FRIKI 7 febrer 2003
  • W. Bonomo, G. Hooper, D. Richardson, D. Roberts, i TH. VAN De Steeg, Vishay Intertechnology, modes de fallada en els condensadors, [2]
  • "Steht f√ľr Mainboardhersteller Elko-Ausfall gerade" , Heise (en alemany) (ed l√≠nia.), D' .
  • Michael Singer, CNET News, condensadors voluminosos persegueixen Dell, 31 octubre 2005 [3]
  • Michael Singer, CNET News, PC plens de mals condensadors
  • El bloc de tecnologia tutor, Com una f√≥rmula condensador robada va acabar costant $ 300 Dell [4]
  • Vance, Ashlee (28 de juny de 2010). "Vaig portar llarg de decad√®ncia defectuosos Ordinadors Aspectes destacats de Dell" . The New York Times. Consultat el 2012-03-08.
  • Substituci√≥ de condensadors Video Tutorial (HD) (v√≠deo), mods tecnologia afro.
  • La reparaci√≥ i del condensador mal , el condensador de laboratori.
  • Liotta, Bettyann (novembre de 2002). "Els fabricants taiwanesos Cap negar la responsabilitat" (PDF). Passiva ind√ļstria de components. Publicacions Paumanok. 4 (6): 6, 8-10. Arxivat des de l'original (pdf) el 20 de novembre del 2015. Consultat el 2015.11.03.
  • "Plaga de condensadors, identifizierte Hersteller (~ venedors identificats)" . Opencircuits.com. 2012-01-10. Consultat el 2014.09.03.
  • Uzawa, Shigeru; Komatsu, Akihiko; Ogawara, Tetsushi; Rubycon Corporation (2002). "Ultra baixa imped√†ncia del condensador electrol√≠tic d'alumini amb electr√≤lit a for√ßa d'aigua". Revista d'Enginyeria de Fiabilitat Associaci√≥ Jap√≥. 24 (4): 276-283. ISSN des 0919-2697 . Nombre d'acc√©s 02A0509168.
  • "A. Albertsen, condensador electrol√≠tic de per vida Estimaci√≥" (PDF). Consultat el 2014.09.04.
  • Sam G. Parler, Cornell Dubilier, Derivaci√≥ de vida Multiplicadors de condensadors electrol√≠tics [5]
  • El condensador electrol√≠tic d'alumini, H. 0. Siegmund, Bell System Technical Journal, v8, 1. Gener 1229, pp. 41-63
  • A. G√ľntherschulze, H. Betz, Elektrolytkondensatoren, Verlag Herbert Cram, Berl√≠n, 2. Auflage 1952
  • "Problema amb condensadors fa saltar" . Xip de silici. AU . 05/11/2003. Consultat el 2012-03-07.
  • Bufat, l'explosi√≥ de la placa base i fuites de condensadors - un problema seri√≥s, PCSTATS 15 Gen 2005 [6]
  • Sundoc Bibliothek, Universit√§t Halle, Dissertaci√≥, anoditzat d'alumini, [7]
  • Elna, Principis, 3. electr√≤lits, Taula 2: Un exemple de la composici√≥ del Electrolito [8]
  • No aquosos electr√≤lits i les seves caracter√≠stiques, FaradNet condensadors electrol√≠tics, Part III: Cap√≠tol 10 [9]
  • KH Thiesb√ľrger: Der Elektrolyt-Kondensator. 4. Auflage. Roederstein, Landshut 1991 [OCLC31349250]
  • WJ Bernard, JJ Randall Jr., la reacci√≥ entre l'√≤xid d'alumini an√≤dic i Aigua, [10]
  • Ch. Vargel, M. Jacques, MP Schmidt, La corrosi√≥ d'alumini 2004 Elsevier, ISBN 978-0-08-044495-6
  • Alfonso Berduque, Zongli Dou, Rong Xu, BHC Components Ltd (KEMET), Estudis electroqu√≠mics per a aplicacions d'alumini del condensador electrol√≠tic electr√≤lits: An√†lisi de la corrosi√≥ d'alumini a la base de etilenglicol- [11]
  • JL Stevens, TR Marshall, CA Geiculescu m, CR Feger, TF estrany, carros dels EUA del 2006, Els Efectes de la composici√≥ d'electr√≤lits en les caracter√≠stiques de deformaci√≥ d'alumini mullat CIE condensadors, "c√≤pia arxivada" (PDF). Arxivat des de l'original (PDF) el 14 desembre 2014. Consultat el 2014.12.14.
  • Bernard, Walter J; Randall Jr, John J (7 abril 1961). "La reacci√≥ entre l'√≤xid d'alumini an√≤dic i aigua" (PDF). Revista de la Societat Electroqu√≠mica. 154 (7): 355-361. doi : 10.1149 / 1.2428230 . Arxivat des de l'original (PDF) el 23 desembre 2014. Consultat el 2015.11.03.
  • "Alu Enciclop√®dia, capa d'√≤xid" . Aluinfo.de. Consultat el 2014.09.04.
  • JM Sanz, JM Albella, JM Mart√≠nez-Duart, en la inhibici√≥ de la reacci√≥ entre √≤xid d'alumini an√≤dic i aigua [12]
  • Hillman; Helmold (2004), Determinaci√≥ de components d'electr√≤lits perduts o insuficient en fallides Condensadors electrol√≠tics d'alumini ( PDF ), solucions DFR
  • KH Thiesb√ľrger: Der Elektrolyt-Kondensator 4a edici√≥, p√°gina 88 a 91, Roederstein, Landshut 1991 (OCLC 313.492.506)
  • H. Kaesche, Die Korrosion der Metalle - Physikalisch- Chemische Prinzipien und Probleme Aktuelle, Springer-Verlag, Berl√≠n, 1966, ISBN 978-3-540-51569-2 (edici√≥ de 1990)
  • "NCC, Ecl" . Chemi-con.co.jp. Consultat el 2014.09.04.
  • "Nichicon" . Nichicon-us.com. Consultat el 2014.09.04.
  • "Elna" . Elna. Consultat el 2014.09.04.
  • Low-ESR Falles Alumini electrol√≠tic Vinculats al taiwan√®s Raw problemes materials (PDF), MOLALLA, Arxivat des l'original (PDF) el 26 abril 2012
    1. Chang, Jeng-Kuei, Liao, Chi-Min, Chen, Chih-Hsiung, Tsai, Wen-Ta, Efecte de la composició d'electròlit sobre la resistència a la hidratació de l'òxid d'alumini anoditzat [13]

    Per llegir més

    • H. Kaesche, Die Korrosion der Metalle - Physikalisch- Chemische Prinzipien und Probleme Aktuelle, Springer-Verlag, Berl√≠n, 2011, ISBN 978-3-642-18427-7
    • C. Vargel, la corrosi√≥ d'alumini, 1¬™ Edici√≥, 2 octubre 2004, Elsevier Science, Imprimir llibre ISBN 978-0-08-044495-6 , llibre electr√≤nic ISBN 978-0-08-047236-2
    • WJ Bernard, JJ Randall Jr., la reacci√≥ entre l'√≤xid d'alumini an√≤dic i Aigua de 1961 ECS - La Societat Electroqu√≠mica [14]
    • Ch. Vargel, M. Jacques, MP Schmidt, La corrosi√≥ d'alumini 2004 Elsevier, ISBN 978-0-08-044495-6
    • Patnaik, P. (2002). Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8 .
    • Wiberg, I. i Holleman, AF (2001). Qu√≠mica Inorg√†nica. Elsevier. ISBN 0-12-352651-5




    versió per imprimir