Конденсаторная чума
Конденсаторная чума — термин для известной проблемы повышенной частоты отказов алюминиевых электролитических конденсаторов в период с 1999 года по 2007 год, произведенных в основном тайваньскими компаниями[1][2]. Проблема была спровоцирована неправильным составом электролита, выделявшего водород и вызывавшего коррозию. Это сопровождалось повышением давления внутри конденсатора и нарушением его целостности. Высокая частота отказов конденсаторов имела место в разных устройствах многих известных брендов электроники, чаще всего конденсаторная чума проявляла себя в материнских платах, видеокартах и блоках питания компьютеров.
История
[править | править код]Первые сообщения
[править | править код]Неисправные конденсаторы были проблемой с момента их появления, но о первых дефектных конденсаторах, связанных с некачественным тайваньским сырьем, было сообщено специализированным журналом Passive Component Industry в сентябре 2002 года[1]. Вскоре после этого ещё два журнала об электронике сообщили о широком распространении конденсаторов от тайваньских производителей и о преждевременном выходе из строя материнских плат[3][4].
Об этих публикациях сообщили инженеры и другие технически заинтересованные специалисты, но проблема не получила широкого распространения в обществе, пока американский специалист по информационным технологиям Кэри Хольцман не опубликовал статью в сообществе об оверклокинге[5].
Внимание общественности
[править | править код]Новости о публикации Хольцмана быстро распространились в Интернете и в газетах. Отчасти на это повлияли фотографии вышедших из строя конденсаторов — они были вздутыми, а в некоторых случаях и разорванными. Эта проблема затронула многих пользователей ПК и вызвала лавину откликов в блогах и веб-сообществах[4][6][7].
Быстрое распространение новостей также привело к тому, что многие дезинформированные пользователи опубликовывали изображения конденсаторов, которые вышли из строя по причинам, не связанным с электролитом[8].
Распространение
[править | править код]Большинство конденсаторов, затронутых этой проблемой, производилось с 1999 по 2003 год и выходило из строя в период с 2002 по 2005 год. Проблемы с конденсаторами, изготовленными с неправильно сформированным электролитом, затронули оборудование, выпущенное вплоть до 2007 года[2].
От конденсаторов с дефектным электролитом пострадали крупные производители материнских плат, такие как Abit (англ.)[9], IBM[1], Dell[10], Apple, HP и Intel[11]. В 2005 году компания Dell потратила около 420 миллионов долларов США на диагностику и замену материнских плат[12][13]. Другие производители по незнанию собирали и продавали платы с неисправными конденсаторами, так что последствия конденсаторной чумы можно было наблюдать по всему миру.
Не все производители занимались отзывом или ремонтом продукции, так что в Интернете появились инструкции по самостоятельному ремонту[14].
Ответственность
[править | править код]В номере журнала Passive Component Industry за ноябрь/декабрь 2002 года сообщалось, что некоторые крупные тайваньские производители электролитических конденсаторов отказались нести ответственность за дефектные продукты[15].
Несмотря на подтверждение проблемы крупными компаниями, определить источник неисправных компонентов не представлялось возможным. Дефектные конденсаторы были отмечены ранее неизвестными марками, такими как Tayeh, Choyo или Chhsi[16]. Эти бренды не были связаны с крупными компаниями. Конденсаторы известных торговых марок если и выходили из строя, то по причинам, не связанным с электролитом.
Производитель материнских плат ABIT Computer Corp. стал единственным производителем, который публично признал, что в его продуктах использовались дефектные конденсаторы, полученные от тайваньских производителей[15]. Тем не менее, компания не раскрыла имя производителя неисправных конденсаторов.
Промышленный шпионаж
[править | править код]В статье 2003 года в The Independent утверждалось, что причина неисправности конденсаторов была на самом деле из-за неверно скопированной формулы. В 2001 году учёный, работающий в японской корпорации Rubycon, украл ошибочную формулу электролита, после чего начал работать в компании Luminous Town Electric в Китае. В том же году коллеги учёного покинули Китай, снова похитив неверную формулу и переехав на Тайвань, где они создали собственную компанию, производящую заведомо неисправные конденсаторы[17].
Признаки
[править | править код]Общие характеристики
[править | править код]Электролитические конденсаторы из нетвердого алюминия с неправильно сформированным электролитом в основном принадлежали к серии конденсаторов с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС), низким импедансом и током с высокой пульсацией. Преимущество конденсаторов, использующих электролит, состоящий из 70 % воды или более, заключается, в частности, в низких производственных затратах, поскольку вода является наименее дорогостоящим материалом[18].
Преждевременный выход из строя
[править | править код]Все конденсаторы с жидким электролитом со временем стареют из-за его испарения. Ёмкость обычно уменьшается, а ЭПС увеличивается. Обычный срок службы конденсатора с жидким электролитом, рассчитанного на 2000 часов при 85 °С и работающего при 40 °С, составляет примерно 6 лет. Для конденсатора, рассчитанного на 1000 часов при 105 °C, работающего при 40 °C, срок годности может быть более 10 лет. Конденсаторы, работающие при более низких температурах, могут иметь ещё более длительный срок службы.
Конденсаторы считается неисправным после снижения ёмкости до 70 % от номинального значения и возрастания ЭПС по сравнению с номиналом[19][20]. Срок службы конденсатора с неверной формулой электролита может составлять всего два года, такой конденсатор может преждевременно выйти из строя после примерно 30—50 % его ожидаемого срока службы.
Электрические характеристики
[править | править код]Электрические характеристики вышедшего из строя вскрытого конденсатора следующие:
- значение ёмкости уменьшается до значения ниже номинального;
- ЭПС увеличивается до очень высоких значений.
Вскрытые конденсаторы находятся в процессе высыхания, независимо от того, имеют ли они хороший или плохой электролит. Они всегда показывают низкие значения ёмкости и очень высокие значения ЭПС.
Алюминиевые конденсаторы с неправильной формулой электролита, переставшие работать без видимых симптомов, обычно имеют два признака:
- относительно высокий и колеблющийся ток утечки;
- увеличенное значение ёмкости, вдвое превышающее номинальное значение, которое колеблется после нагревания и охлаждения корпуса конденсатора.
Внешние симптомы
[править | править код]При проверке сломанного электронного устройства вышедшие из строя конденсаторы могут быть легко распознаны по следующим видимым признакам[21]:
- выпуклость защитного отверстия сверху конденсатора;
- сломанный или потрескавшийся разрез, часто сопровождаемый видимыми коричневыми или красными отложениями электролита, похожими на ржавчину.
- резкий запах, напоминающий подгоревшее мясо, исходящий из системного блока.
Вытекший электролит можно спутать с клеем, который используется для защиты конденсаторов от механических воздействий. Тёмно-коричневая или чёрная корка на конденсаторе обычно является клеем, а не электролитом. Сам клей безвреден.
Расследование
[править | править код]Последствия промышленного шпионажа
[править | править код]Конденсаторная чума была вызвана кражей формулы электролита. Ученый-материаловед, работающий в Японии на компанию Rubycon, уволился, украв секретную формулу электролита на водной основе для конденсаторов Rubycon серии ZA и ZL, после чего начал работать в китайской компании, где разработал копию этого электролита. Затем некоторые сотрудники, уволившиеся из китайской компании, снова скопировали неполную формулу и начали продавать её производителям алюминиевого электролита на Тайване, что привело к снижению цен у японских производителей[1][22]. В нём отсутствовали важные запатентованные ингредиенты, необходимые для долгосрочной и стабильной работы конденсаторов[4][21]. В результате внутри конденсатора выделялся водород[23].
Судебные иски, связанные с предполагаемой кражей электролитных формул, не подавались. Независимый лабораторный анализ дефектных конденсаторов показал, что преждевременный отказ в основном был связан с повышенным содержанием воды и отсутствием ингибиторов.
Неполная формула электролита
[править | править код]Образование водорода, бывшее причиной конденсаторной чумы, продемонстрировали два исследователя из Мэрилендского университета[23].
С помощью ионообменной хроматографии и масс-спектрометрии они определили, что в дефектных конденсаторах присутствовал газообразный водород, из-за чего происходило вздутие или разрыв корпуса конденсатора. Таким образом, было доказано, что окисление происходит в соответствии с первой стадией образования оксида алюминия.
Поскольку в электролитических конденсаторах положено уменьшать избыток водорода с помощью восстанавливающих или деполяризующих соединений для сброса давления, исследователи искали такие вещества. Никаких следов этих соединений в неисправных конденсаторах обнаружено не было.
В конденсаторах, где повышение внутреннего давления было достаточно велико, чтобы корпус уже вздулся, но еще не вскрылся, требовалось измерить значение pH электролита. С помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии был обнаружен алюминий, растворяющийся только в щелочных соединениях. Электролит неисправных тайваньских конденсаторов был щелочным с pH от 7 до 8. Качественные японские конденсаторы имели кислый электролит с pH около 4.
Для защиты алюминия от растворения в электролите на основе воды используются ингибиторы. Они упоминаются в патентах на конденсаторы с водным электролитом[24]. Поскольку в составе отсутствовали фосфат-ионы, а электролит в тайваньских конденсаторах был также щелочным, изделиям явно не хватало защиты от взаимодействия с водой.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 D. M. Zogbi. Low-ESR Aluminum Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems (англ.) (сентябрь 2003). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 3 марта 2016 года.
- ↑ 1 2 The Capacitor Plague. pctools.com (26 ноября 2010). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 19 декабря 2010 года.
- ↑ Sperling, Ed; Soderstrom, Thomas; Holzman, Carey. Got Juice? (англ.). EE Times (октябрь 2002). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2014 года.
- ↑ 1 2 3 Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K. Faults & Failures: Leaking capacitors muck up motherboards (англ.). IEEE Spectrum (февраль 2003). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 5 января 2018 года.
- ↑ Carey Holzman. Capacitors: Not Just For Abit Owners (англ.). overclockers.com. Overclockers (9 октября 2002). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
- ↑ Taiwanese component problems may cause mass recalls. The Inquirer (5 ноября 2002). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано из оригинала 20 января 2020 года.
- ↑ Capacitor failures plague motherboard vendors (англ.). Geek.com (7 февраля 2003). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано из оригинала 21 февраля 2020 года.
- ↑ Failure modes in capacitors. Electronic Products (5 декабря 2007). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 14 декабря 2014 года.
- ↑ heise online. Mainboardhersteller steht für Elko-Ausfall gerade (Update) (нем.). heise online. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
- ↑ Michael Singer. Bulging capacitors haunt Dell (англ.). CNET. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
- ↑ Michael Singer. PCs plagued by bad capacitors (англ.). CNET. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
- ↑ Arthur, Charles (2010-06-29). "How a stolen capacitor formula ended up costing Dell $300m". The Guardian. Архивировано 3 марта 2016. Дата обращения: 21 февраля 2020.
- ↑ Vance, Ashlee (2010-06-28). "Suit Over Faulty Computers Highlights Dell's Decline". The New York Times. Архивировано 28 января 2021. Дата обращения: 21 февраля 2020.
- ↑ Capacitor Lab - Capacitor Resource and Replacement / Recapping Tips. www.capacitorlab.com. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 22 января 2020 года.
- ↑ 1 2 Liotta, Bettyann. Taiwanese Cap Makers Deny Responsibility. Passive Component Industry (ноябрь 2002). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 20 ноября 2015 года.
- ↑ Capacitor plague — OpenCircuits. OpenCircuits. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 20 декабря 2021 года.
- ↑ Stolen formula for capacitors causing computers to burn out (англ.). The Independent (31 мая 2003). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 20 января 2020 года.
- ↑ Uzawa, Shigeru; Komatsu, Akihiko; Ogawara, Tetsushi; Rubycon Corporation. Ultra Low Impedance Aluminum Electrolytic Capacitor with Water based Electrolyte // Journal of Reliability Engineering Association of Japan. — 2002. — № 24 (4). — С. 276–283. — ISSN 0919-2697.
- ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 17 января 2015 года.
- ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ 1 2 Motherboard Capacitor Problem Blows Up. archive.siliconchip.com.au. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
- ↑ Low-ESR Aluminium Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems (26 апреля 2012). Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 26 апреля 2012 года.
- ↑ 1 2 Ansys | Engineering Simulation Software. Дата обращения: 21 февраля 2020. Архивировано 26 июня 2011 года.
- ↑ Jeng-Kuei Chang, Chi-Min Liao, Chih-Hsiung Chen, Wen-Ta Tsai. Effect of electrolyte composition on hydration resistance of anodized aluminum oxide (англ.) // Journal of Power Sources. — 2004-11-15. — Vol. 138, iss. 1. — P. 301–308. — ISSN 0378-7753. — doi:10.1016/j.jpowsour.2004.06.021. Архивировано 24 сентября 2015 года.