¿Qué pasó con los condensadores electrolíticos en el siglo XXI?

Las principales razones fueron:

• La plaga de los condensadores de 1999–2002: un intento de reproducir la fórmula de electrólito robada de Rubycon Inc., que salió mal.
• De lo contrario, cambiar la composición del electrolito; más H ₂ O (útil para obtener una ESR más baja) lo hace más corrosivo.
• Optimización de costos debido a la producción cada vez más masiva de productos electrónicos.
• Errores en el diseño, proceso o materiales de baja calidad; mal control de calidad.

Hubo un período de tiempo en el que se fabricaron muchos condensadores con un electrolito poco fiable, especialmente por parte de algunos grandes fabricantes taiwaneses. Los condensadores se veían bien en una amplia variedad de pruebas cuando eran nuevos, pero no envejecían bien. Debido a que los capacitores tardaron algunos años en fallar y el alto índice de fallas en darse a conocer, muchos de ellos se produjeron y construyeron antes de que la gente se diera cuenta de que había un problema. Luego tomaron algunos años más para que las cosas salieran en circulación.

Exactamente por qué estos fabricantes tuvieron problemas con los electrolitos no está completamente claro. Utilizaban nuevos electrolitos a base de agua que se habían desarrollado en Japón y funcionaban muy bien. Es de suponer que los fabricantes más baratos se habían perdido algo o habían recortado algunos rincones al reproducir (o timar) la investigación japonesa.

El tipo de capacitor afectado fue barato, capacitancia grande, condensadores de bajo ESR. Este es el tipo de cosa que aparece en una gran cantidad de dispositivos de consumo, por lo que el problema se hizo conocido en la comunidad en general. Además, el modo de falla de estos condensadores era la ruptura y la ventilación, por lo que incluso para las personas que no estaban familiarizadas con la electrónica podían ver qué componente tenía la falla cuando su placa base dejó de funcionar.

Wikipedia tiene un artículo al respecto: Plaga del capacitor

El espionaje industrial salió mal. Verificado muchos años después del hecho.

Aunque se sospechó desde casi el principio. (Artículo de The Wayback Machine , ya que el original se ha ido de la web.)

Historia básica: Guy deja el fabricante japonés de capacitores Rubycon y va a trabajar para una compañía en China, llevándose consigo una copia de la fórmula electrolítica para capacitores electrolíticos de aluminio de alto rendimiento.

Más tarde, parte de su personal chino se va y trabaja para un fabricante de condensadores en Taiwán. También tomaron una copia de la fórmula de Rubycon, pero la destrozaron en algún lugar del camino.

Por lo tanto, el fabricante en Taiwán construye lo que cree que son tapas valiosas y de alta calidad fabricadas con la fórmula de Rubycon. Los vende a un buen precio, pero más barato que Rubycon y promete la misma calidad.

Un montón de compañías compran e instalan estos límites, entonces las cosas empiezan a fallar en masa.

Durante los años 70, los cálculos de Mil-Std-HDBK217 para MTBF incluyeron un factor de aceleración inverso al circuito ESR. Esto implicó subidas de tensión y aumento térmico que, a su vez, siguen los efectos de Arhennius de la degradación localizada. La eliminación de gases es una advertencia temprana primaria con una tapa abultada.

También recuerde, el desarrollo de SMPS estaba en aumento a medida que las presiones de costo del material exigían un menor costo y una menor cantidad de piezas de ESR. Esto implica ignorar los modos de falla natural del circuito ESR para obtener convertidores de alta eficiencia.

Por lo tanto, la tendencia a ver más fallas de SMPS se debe en parte a que los diseñadores ignoran los efectos del envejecimiento en la ESR y el escape térmico inherente cuando se sigue el autocalentamiento.

Es cierto que la nueva tecnología de electrolíticos ha mejorado, así como el acabado de la superficie del conductor para bajar la ESR en la lámina. El aumento de los costos en el tantalio de lugares como Rusia obligó a las empresas a cambiar a electrolíticos de aluminio.

uno debe evaluar MTBF en un caso por caso si la causa raíz fue:

• mal diseño,
• partes malas,
• proceso incorrecto (no hay flujo limpio o Aqua clean con residuo ácido, o exceso de pico térmico en el perfil de reflujo, etc.).

Un módem de gama alta no valida si utilizaron piezas calificadas de alta calidad con la verificación de MTBF hecha en planta y tal vez solo confió en el proveedor.

Por lo general, el mejor condensador MTBF proviene de compañías en Japón, Taiwán y China un tercer lugar lejano debido a la confiabilidad de control de calidad y la diligencia de verificación de control de proceso requerida para las piezas de larga duración. La contaminación del material es una causa importante en la fabricación de la tapa.

**** La mayor mejora en los electrolíticos de aluminio es la constante de tiempo de carga / descarga T = ESR x C se ha reducido a igual o mejor que el tantalio en el grado de ESR bajo, en algunos casos pero no en todos. Debe calcular esto la próxima vez que elija un límite que deba tener un ESR bajo y comparar 10 partes con 1 @ 10 veces el valor de un límite de puente grande. Si es más pequeño, es probable que obtenga una ESR más baja y una SRF más alta o si está en el mismo tamaño de voltaje y familia, la misma constante T.
Tapas ultra bajas de ESR. ahora son < 1 ~ 20us, mientras que el propósito general es 100us a > 1ms. ****

Una razón puede tener que ver con el circuito alrededor de los capacitores, no con los capacitores mismos. Hasta (alrededor de 1980), la mayoría de las fuentes de alimentación funcionaban a una frecuencia de red (50 o 60 Hz), usando un condensador de filtro grande después del puente de diodo, y un posregulador lineal, usando algunos condensadores más en su mayoría DC, con solo un centro comercial Componente AC No hay muchos problemas causados por la corriente RMS dentro de los condensadores, y (muy) baja ESR no era una gran preocupación porque incluso con una resistencia interna alta, los condensadores no se calientan mucho solo.

Más tarde, las fuentes de alimentación en modo de conmutación (y los postreguladores, incluidos los convertidores reductores de punto de carga) se hicieron cada vez más populares, y pusieron una corriente RMS mucho más grande en los condensadores que utilizan. Por lo tanto, la elección correcta de los condensadores se hizo cada vez más importante, y las decisiones de diseño imprudentes importaron más. Además, con la miniaturización, más componentes terminan en recintos más pequeños, lo que hace que la disipación del calor sea más crítica. Cuanto más pequeño construyas tu dispositivo, más difícil se vuelve separar los componentes calientes de los condensadores sensibles al calor. ¿Un capacitor pequeño (5 mm de diámetro) de 10 µF / 16 V con una capacidad nominal de 2000 h / 105 ° C al lado de un gran disipador de calor? Mala idea. ¿Un condensador grande (25 mm de diámetro) de 47 µF / 400 V con una capacidad nominal de 5000 h / 105 ° C colocado en un lugar fresco de su fuente de alimentación de conmutación? Puede que ni siquiera se convierta en un problema notable.

Además, durante un tiempo, los circuitos pueden haber demandado más de lo que podrían seguir los avances en tecnología de capacitores. Es posible que los diseñadores no hayan sido conscientes de la importancia de las clasificaciones I _RMS y del calentamiento interno. Agregue la presión constante para ahorrar centavos en cualquier componente, considere el hecho de que los condensadores tienden a ser sus componentes más caros, concluya que esto hace que las tapas sean un área de enfoque cuando se trata de contar con un centavo, y tiene una buena explicación. p>

Entonces, para ser justos, no son solo las tapas, sino también el diseño general y la aplicación de las tapas en circuitos cada vez más exigentes.

Dicho esto, felizmente he usado algunos dispositivos con fuentes de alimentación de conmutación comerciales durante años sin problemas, y también he reemplazado una buena cantidad de condensadores (datados de finales de los años 70, por ejemplo, en cosas como carretes de alta calidad). grabadoras de cinta o equipo de prueba y medición).

Entonces, los condensadores de cerámica se están poniendo al día. Antes del año 2005, 22 µF a 25 V en un paquete 1206 SMD eran poco frecuentes. Hoy, puede usarlos en lugar de gorras electrolíticas o tipos de tantalio, y ni siquiera gastar más dinero. Esto permite tomar decisiones generales de diseño muy buenas: evite las tapas de tantalio (porque son muy sensibles a los picos de tensión o corriente, incluso las muy pequeñas) Use tapas electorales solo cuando necesite mucha capacitancia y cuando pueda elegir grandes Latas que normalmente tienen una vida útil mucho más larga. Tome buenas tapas de cerámica para todo lo demás.

Los condensadores varían enormemente en los modos de falla debido al envejecimiento, y en realidad no es cierto que los diseños más antiguos siempre fueron mejores.

Las personas que reparan equipos antiguos casi siempre reemplazarán ciertos capacitores sin siquiera probarlos, y se asegurarán de probar otros para estar seguros.

Por ejemplo, los viejos rectángulos de cera son un vertedero bastante tóxico cuando se abre un amplificador viejo. Habrán envejecido bien fuera de especificaciones. Sin mencionar que el mismo equipo asumió cierta calidad de voltaje de red que ha cambiado a lo largo de las décadas, lo que impulsará su señal de alimentación o de alto voltaje o las tapas de desacoplamiento mucho más allá de sus especificaciones nominales, incluso cuando sean nuevas.

Pero, como otros han señalado, es una cosa complicada. Los materiales, la fabricación y los mercados han cambiado mucho, lo que ha tenido un efecto en toda la industria. En general, sin embargo, los condensadores modernos a un cierto punto de precio por lotes de miles son mucho mejores que los mismos dispositivos del pasado.

Mis únicos refs para esto son los canales de YouTube como el laboratorio de Carlson, como se ve en la barra lateral de SE.EE.