Что случилось с электролитическими конденсаторами в 21 веке?

Иногда мы видим, что конденсаторы , созданные десятилетиями (например, сделанные в СССР), все еще работают. Они крупнее и тяжелее , но долговечны и не высыхают. Современные алюминиевые конденсаторы служат около 11 лет, если вам повезет, то высохнут и тихо выйдут из строя. Я помню устройства начала 2000-х годов, когда конденсаторы выходили из строя после 3–4 лет эксплуатации, и это не обязательно устройства низкого уровня (один из примеров - кабельный модем E-TECH ICE-200 стоимостью 240 долларов США в 2000 году). Ремонт из-за вышедших из строя электролитических конденсаторов стал обычным явлением, чем-то нехарактерным для 1980-х годов.

Была ли деградация 1990-х годов вызвана дешевым массовым производством? Или плохо проверенными технологиями, связанными с миниатюризацией? Или многим производителям просто все равно?

Похоже, что тенденция к настоящему времени полностью изменилась, и последние конденсаторы немного лучше, чем в 1994–2002 годах. Могут ли эксперты это подтвердить?

Был период времени, когда было сделано много конденсаторов с изворотливым электролитом, особенно некоторыми крупными тайваньскими производителями. Конденсаторы выглядели хорошо в самых разных тестах, когда они были новыми, но они плохо выдерживали. Поскольку потребовалось несколько лет, чтобы конденсаторы вышли из строя, и высокая частота отказов стала известна, очень много их было создано и встроено в вещи, прежде чем люди поняли, что существует проблема. Затем потребовалось еще несколько лет, чтобы вещи вышли из обращения.

Почему у этих производителей были проблемы с электролитом, не совсем понятно. Они использовали новые электролиты на водной основе, которые были разработаны в Японии и работали очень хорошо. Предположительно, более дешевые производители что-то упустили или порезали некоторые углы, воспроизводя (или отрывая) японские исследования.

Тип затронутых конденсаторов был дешевым, конденсаторы с большой емкостью и низким ESR. Такого рода вещи появляются в огромном количестве потребительских устройств, поэтому проблема стала известна в более широком сообществе. Кроме того, режим отказа этих конденсаторов был разрыв и вентиляция, поэтому даже людям, не знакомым с электроникой, было легко увидеть, какой компонент был неисправен, когда их материнская плата перестала работать.

У Wikipedia есть статья об этом: Чума Конденсатора

Промышленный шпионаж пошел не так. Проверено много лет спустя.

Хотя это подозревалось с самого начала. (Статья любезно предоставлена The Wayback Machine , поскольку оригинал пропал из Интернета.)

Основная история: Гай покидает японский производитель конденсаторов Rubycon и переходит на работу в китайскую компанию, взяв с собой копию формулы электролита для высокоэффективных алюминиевых электролитических конденсаторов.

Позже часть его китайского персонала уходит и работает на производителя конденсаторов на Тайване. Они также взяли копию формулы Рубикона, но искали ее где-то по пути.

Таким образом, производитель в Тайване создает ценные высококачественные колпачки, изготовленные по формуле Rubycon. Он продает их по хорошей цене, но дешевле, чем Rubycon, и обещает такое же качество.

Многие компании покупают и устанавливают эти заглушки, а затем все начинает рушиться.

В 70-х годах расчеты Mil-Std-HDBK217 для MTBF включали коэффициент ускорения, обратный к ESR схемы. Это подразумевало скачки тока и повышение температуры, которые, в свою очередь, следуют эффектам локализованной деградации, характерным для Арнениуса. Выделение газов - это первичное раннее предупреждение с выпуклой крышкой.

Также напомним, что развитие SMPS росло, поскольку давление на стоимость материалов требовало более низкой стоимости и меньшего количества ESR. Это подразумевает игнорирование режимов естественного отказа схемы ESR для получения высокоэффективных преобразователей.

Таким образом, тенденция к большему количеству отказов крышки SMPS частично объясняется тем, что разработчики игнорируют эффекты старения на ESR и тепловые потери, возникающие при саморазогреве.

Правда, новая технология электролитики улучшила, а также чистоту поверхности проводника, чтобы снизить ESR в фольге. Рост затрат на тантал из таких мест, как Россия, вынудил компании перейти на алюминиевую электролитику.

необходимо оценивать MTBF в каждом конкретном случае, если основной причиной было:

• плохой дизайн,
• плохие части,
• плохой процесс (нет чистого или аква-чистого флюса с кислотными остатками или избыточного теплового скачка в профиле оплавления и т. д.).

Высококачественный модем не проверяет, использовали ли они высококачественные квалифицированные детали с проверкой MTBF, выполненной на месте, и, возможно, просто доверяли поставщику.

Как правило, лучшие конденсаторы MTBF поступают от компаний в Японии, на Тайване и в Китае, которые находятся на третьем месте из-за тщательности контроля качества и контроля процесса, необходимого для деталей с большим сроком службы. Загрязнение материала является основной причиной изготовления крышки.

**** Самым большим улучшением в компании «Алюминиевый электролитик» является постоянная времени заряда / разряда T = ESR x C, которая в некоторых случаях, но не во всех, уменьшилась до того же или лучше, чем у тантала с низким содержанием ESR. Вы должны вычислить это в следующий раз, когда выберете крышку, которая должна иметь низкое значение ESR, и сравните 10 частей с 1 @ 10x значением для большого моста Cap. Если оно меньше, скорее всего, вы получите более низкое значение ESR и более высокое значение SRF или если у вас напряжение и семейство одинакового размера и одинаковая постоянная T.
Сверхнизкие значения ESR Caps. в настоящее время <1 ~ 20 мкс, в то время как общее назначение составляет от 100 мкс до> 1 мс. ****

Основными причинами были:

• Конденсаторная чума 1999–2002 гг. - попытка воспроизвести украденную формулу Rubycon Inc. для электролита, которая пошла на спад.
• В противном случае меняется состав электролита; больше H ₂ O (полезно для получения более низкого ESR) делает его более агрессивным.
• Оптимизация затрат за счет все более массового производства электроники.
• Ошибки в конструкции, процессе или некачественных материалах; плохой контроль качества.

Одна из причин может быть связана со схемой вокруг конденсаторов, а не с самими конденсаторами. До (около) 1980 года большинство источников питания работали на частоте сети (50 или 60 Гц), используя большой фильтрующий конденсатор после диодного моста, и линейный пострегулятор, используя еще несколько конденсаторов, главным образом, постоянного тока, и только в торговом центре. Компонент переменного тока. Немного проблем, вызванных среднеквадратичным током в конденсаторах и (очень) низким ESR, не было большой проблемой, потому что даже при высоком внутреннем сопротивлении конденсаторы не сильно нагревались бы сами по себе.

Позже, импульсные источники питания (и пострегуляторы, включая понижающие преобразователи точки нагрузки) становились все более и более популярными, и они давали намного больший среднеквадратичный ток на используемых ими конденсаторах. Поэтому правильный выбор конденсаторов становился все более и более важным, а неразумные дизайнерские решения имели большее значение. Кроме того, благодаря миниатюризации большее количество компонентов попадает в меньшие корпуса, что делает рассеяние тепла более критичным. Чем меньше вы соберете устройство, тем сложнее отделить горячие компоненты от чувствительных к нагреву конденсаторов. Небольшой (диаметром 5 мм) конденсатор 10 мкФ / 16 В, рассчитанный на 2000 ч / 105 ° C, рядом с большим радиатором? Плохая идея. Большой (диаметром 25 мм) конденсатор 47 мкФ / 400 В, рассчитанный на 5000 ч / 105 ° C, установлен в прохладном месте вашего импульсного источника питания? Может даже никогда не стать заметной проблемой.

Кроме того, на какое-то время схемы могли требовать больше, чем то, что могли бы удовлетворить прогресс в технологии конденсаторов. Проектировщики, возможно, не знали о важности I _RMS оценок и внутреннего отопления. Добавьте постоянное давление, чтобы сэкономить копейки на любом компоненте, учтите тот факт, что конденсаторы, как правило, являются вашими более дорогими компонентами, заключите, что это делает колпачки фокусной областью, когда дело доходит до подсчета пенни, и у вас есть хорошее объяснение.

Так что, если честно, это не только заглушки, но также общий дизайн и применение заглушек во все более и более сложных схемах.

Тем не менее, я с радостью использовал некоторые устройства с коммерческими импульсными источниками питания в течение многих лет без проблем, и я также заменил достаточное количество конденсаторов (например, начиная с конца 70-х годов, на такие вещи, как высококачественные катушки на катушечные магнитофоны или испытательное и измерительное оборудование).

Затем керамические конденсаторы догоняют. До 2005 года 22 мкФ при 25 В в корпусе для поверхностного монтажа 1206 были редкостью. Сегодня вы можете использовать их вместо электролитических колпачков или танталовых типов, и даже не тратить больше денег. Это позволяет принимать очень хорошие общие решения по проектированию: избегайте танталовых колпачков (поскольку они очень чувствительны к скачкам тока или напряжения, даже очень маленьким. Используйте электролитические колпачки только тогда, когда вам нужна большая емкость, и когда вы можете выбрать большой банки, которые, как правило, имеют гораздо более длительный срок службы.

Конденсаторы сильно отличаются в режимах отказа из-за старения, и на самом деле неверно, что старые конструкции всегда были лучше.

Люди, которые ремонтируют старое оборудование, почти всегда заменяют определенные конденсаторы, даже не проверяя их, и проверяют другие, просто чтобы быть уверенными.

Например, старые восковые прямоугольники довольно токсичны, когда вы открываете старый усилитель. Они будут в возрасте от специфики. Не говоря уже о том же оборудовании, для которого предполагалось определенное качество сетевого напряжения, которое изменилось за десятилетия, что приведет к тому, что ваше питание или сигнал высокого напряжения или развязка колпачков будут выходить за рамки их номинальных характеристик, даже когда они новые.

Но, как уже отмечали другие, это сложная вещь. Материалы, производство, рынки сильно изменились, что повлияло на всю отрасль. В целом, однако, современные конденсаторы по определенной цене за тысячи лотов намного лучше, чем те же устройства из прошлого.

Мои единственные ссылки на это - каналы YouTube, такие как лаборатория мистера Карлсона, как видно на боковой панели SE.EE!