Che cosa è successo ai condensatori elettrolitici nel 21 ° secolo?

A volte possiamo vedere ancora funzionanti condensatori vecchi di decenni (come quelli realizzati in URSS). Sono più grandi e più pesanti , ma resistenti e non disseccanti. I moderni condensatori in alluminio servono per circa 11 anni, se sei fortunato, allora diventano asciutti e silenziosamente falliscono. Ricordo i primi dispositivi degli anni 2000 in cui i condensatori si guastavano dopo 3-4 anni di servizio e non necessariamente dispositivi di fascia bassa (un esempio è il modem via cavo E-TECH ICE-200 del valore di ∼ 240 USD nel 2000). Una riparazione a causa di condensatori elettrolitici guasti è diventata un luogo comune, qualcosa di insolito per gli anni '80.

Il degrado di questo 1990 è stato causato dalla produzione di massa a basso costo? O da tecnologie scarsamente testate legate alla miniaturizzazione? O a molti produttori non importava?

Sembra che la tendenza sia ormai invertita e che i recenti condensatori siano un po 'migliori di quelli del 1994-2002. Gli esperti possono confermarlo?

C'è stato un periodo di tempo in cui molti condensatori sono stati fabbricati con un elettrolita instabile, soprattutto da alcuni grandi produttori di Taiwan. I condensatori sembravano OK in un'ampia varietà di test quando erano nuovi, ma non invecchiarono bene. Dato che ci sono voluti alcuni anni perché i condensatori si guastassero e si conoscesse l'elevato tasso di guasto, molti di loro erano stati prodotti e integrati nelle cose prima che le persone si rendessero conto che c'era un problema. Poi ci vollero alcuni anni perché le cose lasciassero la circolazione.

Non è del tutto chiaro perché questi produttori abbiano avuto problemi elettrolitici. Stavano usando nuovi elettroliti a base d'acqua che erano stati sviluppati in Giappone e funzionavano molto bene. Presumibilmente i produttori più economici avevano perso qualcosa o tagliato alcuni angoli durante la riproduzione (o strappando) la ricerca giapponese.

Il tipo di condensatore interessato era economico, grande capacità, condensatori a basso ESR. Questo è il genere di cose che appare in un gran numero di dispositivi di consumo, quindi il problema è diventato noto nella più ampia comunità. Inoltre, la modalità di guasto di questi condensatori era la rottura e lo sfiato, quindi è stato facile anche per le persone che non hanno familiarità con l'elettronica vedere quale componente era in errore quando la loro scheda madre ha smesso di funzionare.

Wikipedia ha un articolo a riguardo: Condensation Plague

Lo spionaggio industriale è andato storto. Verificato molti anni dopo il fatto.

Sebbene fosse sospettato da quasi dall'inizio. (Articolo per gentile concessione di The Wayback Machine , poiché l'originale è passato dal web.)

Storia di base: Guy lascia il produttore giapponese di condensatori Rubycon e va a lavorare per un'azienda in Cina, portando con sé una copia della formula elettrolitica per condensatori elettrolitici in alluminio ad alte prestazioni.

Più tardi, parte del suo staff cinese parte e va a lavorare per un produttore di condensatori a Taiwan. Presero anche una copia della formula di Rubycon, ma la rovesciò da qualche parte lungo la strada.

Quindi, il produttore di Taiwan costruisce quelli che ritiene siano preziosi tappi di alta qualità fabbricati usando la formula di Rubycon. Li vende a buon prezzo, ma più economico di Rubycon e promette la stessa qualità.

Un sacco di aziende acquistano e installano questi tappi, quindi le cose iniziano a fallire a frotte.

Durante gli anni '70 i calcoli Mil-Std-HDBK217 per MTBF includevano un fattore di accelerazione inverso al circuito ESR. Ciò implicava un aumento delle correnti e un aumento termico che a loro volta seguono gli effetti di Arhennius del degrado localizzato. La gassificazione è un avvertimento primario con un coperchio gonfio.

Ricordiamo inoltre che lo sviluppo di SMPS era in aumento poiché le pressioni sui costi dei materiali richiedevano costi più bassi e parti ESR più basse. Ciò implica ignorare le modalità di guasto naturale del circuito ESR al fine di ottenere convertitori ad alta efficienza.

Quindi la tendenza a vedere più guasti ai cappucci SMPS è in parte dovuta al fatto che i progettisti ignorano gli effetti dell'invecchiamento sull'ESR e l'intrinseca fuga termica in seguito all'autoriscaldamento.

È vero, i nuovi elettrolitici di nuova tecnologia sono migliorati così come la finitura della superficie del conduttore per ridurre l'ESR nella pellicola. L'aumento dei costi in tantalio proveniente da luoghi come la Russia ha costretto le aziende a passare all'elettrolitico dell'alluminio.

bisogna valutare MTBF caso per caso se la causa principale era:

• cattivo design,
• parti difettose,
• cattivo processo (nessun flusso pulito o Aqua clean con residuo acido, o picco termico in eccesso sul profilo di riflusso, ecc.).

Un modem di fascia alta non convalida se utilizzava parti qualificate di alta qualità con verifica MTBF eseguita internamente e forse si fidava solo del fornitore.

Generalmente il miglior condensatore MTBF proviene da aziende in Giappone, Taiwan e Cina un terzo distante a causa dell'affidabilità del controllo qualità e della diligenza di verifica del controllo di processo richiesta per le parti di lunga durata. La contaminazione del materiale è una delle principali cause nella fabbricazione del cappuccio.

**** Il più grande miglioramento nell'alluminio elettrolitico è che la costante del tempo di carica / scarica T = ESR x C si è ridotta allo stesso o meglio del tantalio in bassa ESR, in alcuni casi ma non in tutti. Devi calcolare questa volta la prossima volta che scegli un limite che deve essere basso ESR e confrontare 10 parti con 1 a 10 volte il valore di un cappuccio a ponte grande. Se è più piccolo, è probabile che si ottenga un ESR più basso e un SRF più alto o se nella stessa dimensione di tensione e famiglia solo la stessa costante T.
Caps ESR ultra bassi. ora sono <1 ~ 20us mentre lo scopo generale è da 100us a> 1ms. ****

Le ragioni principali erano:

• La piaga dei condensatori del 1999-2002 - un tentativo di riprodurre la formula rubata di Rubycon Inc. per l'elettrolito, che è andata male.
• Altrimenti cambiando composizione dell'elettrolita; più H ₂ O (utile per ottenere un ESR più basso) lo rende più corrosivo.
• Ottimizzazione dei costi grazie alla crescente produzione in serie di elettronica.
• Errori nella progettazione, processo o materiali di bassa qualità; cattivo controllo di qualità.

Una ragione potrebbe avere a che fare con il circuito attorno ai condensatori, non con i condensatori stessi. Fino al (circa) 1980, la maggior parte degli alimentatori funzionava alla frequenza di rete (50 o 60 Hz), usando un grande condensatore di filtro dopo il ponte a diodi e un post-regolatore lineare, usando alcuni più condensatori principalmente a CC, con solo un centro commerciale Componente AC. Non ci sono molti problemi causati dalla corrente RMS all'interno dei condensatori e l'ESR (molto) basso non è stato un grosso problema perché anche con un'elevata resistenza interna, i condensatori non si riscalderebbero molto da soli.

Successivamente, gli alimentatori a commutazione (e i post-regolatori, inclusi i convertitori step-down del punto di carico) sono diventati sempre più popolari e hanno messo una corrente RMS molto più grande sui condensatori che usano. Pertanto, la scelta giusta dei condensatori è diventata sempre più importante e le decisioni di progettazione poco sagge hanno avuto più importanza. Inoltre, con la miniaturizzazione, più componenti finiscono in involucri più piccoli, rendendo più critica la dissipazione del calore. Più piccolo costruisci il tuo dispositivo, più diventa difficile separare i componenti caldi dai condensatori sensibili al calore. Un condensatore piccolo (5 mm di diametro) da 10 µF / 16 V valutato a 2000 h / 105 ° C accanto a un grande dissipatore di calore? Cattiva idea. Un condensatore grande (diametro 25 mm) 47 µF / 400 V classificato a 5000 h / 105 ° C posizionato in un punto fresco dell'alimentatore a commutazione? Potrebbe anche non diventare mai un problema evidente.

Inoltre, per un po ', i circuiti potrebbero aver richiesto più di ciò che i progressi della tecnologia dei condensatori potrebbero tenere il passo. I progettisti potrebbero non essere a conoscenza dell'importanza delle classificazioni I _RMS e del riscaldamento interno. Aggiungi la costante pressione per risparmiare centesimi su qualsiasi componente, considera il fatto che i condensatori tendono ad essere i tuoi componenti più costosi, concludi che questo rende i tappi un'area di messa a fuoco quando si tratta di conteggio dei penny e hai una buona spiegazione.

Quindi, per essere onesti, non sono solo i tappi, ma anche il design generale e l'applicazione dei tappi in circuiti sempre più esigenti.

Detto questo, ho usato felicemente alcuni dispositivi con alimentatori a commutazione commerciale per anni senza problemi e ho anche sostituito una discreta quantità di condensatori (datati alla fine degli anni '70, ad esempio, in roba da bobina a bobina di alta qualità registratori a bobina o apparecchiature di prova e misurazione).

Quindi, i condensatori ceramici stanno recuperando terreno. Prima del 2005 circa, 22 µF a 25 V in un pacchetto SMD 1206 non erano comuni. Oggi, puoi usarli al posto di tappi elettrolitici o tipi di tantalio e nemmeno spendere più soldi. Ciò consente di prendere ottime decisioni generali di progettazione: evitare i tappi di tantalio (perché sono molto sensibili ai picchi di corrente o di tensione, anche molto piccoli. Utilizzare i cappucci elettorali solo quando è necessaria molta capacità e quando si è in grado di scegliere grandi lattine che in genere hanno una vita utile molto più lunga. Prendi buoni tappi in ceramica per tutto il resto.

I condensatori variano notevolmente nelle modalità di guasto a causa dell'invecchiamento ed è in realtà falso che i progetti più vecchi fossero sempre migliori.

Le persone che riparano apparecchiature vintage sostituiranno quasi sempre determinati condensatori senza nemmeno testarli e si assicureranno di testarne altri solo per essere sicuri.

Ad esempio, i vecchi rettangoli di cera sono praticamente discariche tossiche quando si apre un vecchio amplificatore. Avranno invecchiato bene fuori dalle specifiche. Per non parlare della stessa apparecchiatura che ha assunto una certa qualità della tensione di rete che è cambiata nel corso dei decenni, che guiderà la potenza o il segnale ad alta tensione o il disaccoppiamento dei tappi ben oltre le specifiche nominali anche quando nuovi.

Ma, come altri hanno sottolineato, è una cosa complicata. Materiali, produzione, mercati sono cambiati molto, il che ha avuto un effetto in tutto il settore. In generale, tuttavia, i condensatori moderni a un certo prezzo per molte migliaia sono molto meglio degli stessi dispositivi del passato.

I miei unici riferimenti a questo sono i canali YouTube come Mr. Carlson's Lab, come si vede nella barra laterale di SE.EE!