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.

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].

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].

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].

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.

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].

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].

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 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.

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.

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.

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.