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

A veces podemos ver condensadores de décadas (como los fabricados en la URSS) que todavía funcionan. Son más grandes y pesados , pero duraderos y no desecan. Los condensadores de aluminio modernos sirven durante aproximadamente 11 años, si tiene suerte, se secan y fallan silenciosamente. Recuerdo los dispositivos de principios de la década de 2000 donde los condensadores fallaron después de 3 a 4 años de servicio, y no necesariamente los dispositivos de gama baja (un ejemplo es el cable módem E-TECH ICE-200 por valor de 240 USD en 2000). Una reparación debido a la falla de los condensadores electrolíticos se convirtió en un lugar común, algo inusual para la década de 1980.

¿Fue esta degradación de la década de 1990 causada por la producción en masa barata? ¿O con tecnologías mal probadas relacionadas con la miniaturización? ¿O a muchos fabricantes simplemente no les importó?

Parece que la tendencia ya está invertida, y los condensadores recientes son un poco mejores que los de 1994–2002. ¿Pueden los expertos confirmarlo?

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

No está completamente claro por qué estos fabricantes tuvieron problemas con los electrolitos. Estaban utilizando electrolitos nuevos a base de agua que se habían desarrollado en Japón y funcionaban muy bien. Presumiblemente, los fabricantes más baratos se habían perdido algo o habían cortado algunas esquinas al reproducir (o estafar) la investigación japonesa.

El tipo de condensador afectado fue barato, gran capacitancia, condensadores de baja ESR. Este es el tipo de cosas 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 era fácil incluso para las personas que no estaban familiarizadas con la electrónica ver qué componente tenía la falla cuando su placa base dejó de funcionar.

Wikipedia tiene un artículo al respecto: Plaga de condensadores

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

Aunque se sospechaba desde casi el principio. (Artículo cursivo de The Wayback Machine , ya que el original desapareció de la web).

Historia básica: Guy deja el fabricante japonés de condensadores Rubycon y se va a trabajar para una empresa en China, llevando consigo una copia de la fórmula de electrolitos para condensadores 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.

Entonces, el fabricante en Taiwán construye lo que él considera valiosas tapas 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 estas tapas, luego las cosas comienzan a fallar en masa.

Durante los años 70, los cálculos de Mil-Std-HDBK217 para MTBF incluyeron un factor de aceleración inverso al ESR del circuito. Esto implicaba sobretensiones y aumentos térmicos 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 los costos de los materiales exigían un menor costo y menos 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 en la tapa de SMPS se debe en parte a que los diseñadores ignoran los efectos del envejecimiento sobre la ESR y el descontrol térmico inherente cuando se produjo el autocalentamiento.

Es cierto que la nueva tecnología electrolítica ha mejorado, así como el acabado de la superficie del conductor para reducir 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 caso por caso si la causa raíz fue:

• mal diseño,
• partes malas
• mal proceso (sin limpieza o flujo Aqua limpio con residuos ácidos, o exceso de pico térmico en el perfil de reflujo, etc.).

Un módem de alta gama no valida si utilizaron piezas calificadas de alta calidad con verificación MTBF realizada internamente y tal vez solo confiaron en el proveedor.

En general, el mejor condensador MTBF proviene de compañías en Japón, Taiwán y China, un tercero distante debido a la confiabilidad del control de calidad y la diligencia de verificación de control de proceso requerida para piezas de larga duración. La contaminación del material es una causa importante en la fabricación de tapas.

**** 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 grado bajo de ESR, en algunos casos, pero no en todos. Debe calcular esto la próxima vez que elija un límite que deba tener un ESR bajo y compare 10 partes con 1 @ 10x el valor para un límite de puente grande. Si es más pequeño, es probable que obtenga un ESR más bajo y un SRF más alto o si está en el mismo tamaño de voltaje y familia con la misma
T.Tormas de ESR ultra bajas constantes . ahora son <1 ~ 20us mientras que el propósito general es de 100us a> 1ms. ****

Las razones principales fueron:

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

Una razón puede tener que ver con el circuito alrededor de los condensadores, no con los condensadores en sí. Hasta (alrededor de 1980), la mayoría de las fuentes de alimentación funcionaban a la frecuencia de la red (50 o 60 Hz), utilizando un condensador de filtro grande después del puente de diodos y un post-regulador lineal, utilizando algunos condensadores más en su mayoría CC, con solo un centro comercial Componente de corriente alterna. No hubo muchos problemas causados ​​por la corriente RMS dentro de los condensadores, y la (muy) baja ESR no fue una gran preocupación porque incluso con una resistencia interna de alta ish, los condensadores no se calentarían mucho por sí solos.

Más tarde, las fuentes de alimentación conmutadas (y los reguladores posteriores, incluidos los convertidores reductores de punto de carga) se hicieron cada vez más populares y pusieron una corriente RMS mucho mayor en los condensadores que usan. 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 de calor sea más crítica. Cuanto más pequeño sea su dispositivo, más difícil será separar los componentes calientes de los condensadores sensibles al calor. ¿Un condensador pequeño (5 mm de diámetro) de 10 µF / 16 V clasificado a 2000 h / 105 ° C junto a un gran disipador de calor? Mala idea. ¿Un condensador grande (25 mm de diámetro) de 47 µF / 400 V clasificado a 5000 h / 105 ° C colocado en el lugar fresco de su fuente de alimentación conmutada? Nunca podría convertirse en un problema notable.

Además, por un tiempo, los circuitos pueden haber exigido más de lo que los avances en tecnología de condensadores podrían seguir el ritmo. Los diseñadores pueden no haber sido conscientes de la importancia de las clasificaciones I _RMS y la calefacción interna. 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 centavos, y tiene una buena explicación.

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, he usado felizmente algunos dispositivos con fuentes de alimentación conmutadas comerciales durante años sin problemas, y también he reemplazado una buena cantidad de condensadores (que datan de finales de los 70, por ejemplo, en cosas como carretes de alta calidad) grabadoras de carrete o equipos de prueba y medición).

Entonces, los condensadores de cerámica se están poniendo al día. Antes de alrededor de 2005, 22 µF a 25 V en un paquete 1206 SMD eran poco comunes. Hoy en día, puede usarlos en lugar de tapas electrolíticas o tipos de tantalio, y ni siquiera gastar más dinero. Esto hace posible tomar decisiones de diseño generales muy buenas: evite las tapas de tantalio (porque son muy sensibles a los picos de corriente o voltaje, incluso muy pequeños. Use tapas electorales solo cuando necesite mucha capacitancia y cuando pueda elegir grandes latas que suelen tener 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 fueran mejores.

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

Por ejemplo, los viejos rectángulos de cera son un vertedero bastante tóxico cuando se abre un amplificador viejo. Habrán envejecido bien fuera de especificación. 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 potencia o señal de alto voltaje o desacoplará los límites más allá de sus especificaciones nominales, incluso cuando sea nuevo.

Pero, como otros han señalado, es algo complicado. Los materiales, la fabricación y los mercados han cambiado mucho, lo que ha tenido un efecto en toda la industria. Sin embargo, en general, los condensadores modernos a un cierto precio por lote de miles son mucho mejores que los mismos dispositivos del pasado.

¡Mis únicas referencias para esto son canales de YouTube como el laboratorio del Sr. Carlson, como se ve en la barra lateral de SE.EE!