Qu'est-il arrivé aux condensateurs électrolytiques au 21e siècle?

Nous pouvons parfois voir des condensateurs vieux de plusieurs décennies (tels que ceux fabriqués en URSS) qui fonctionnent encore. Ils sont plus gros et plus lourds , mais durables et non desséchants. Les condensateurs modernes en aluminium ont une durée de vie d'environ 11 ans. Si vous avez de la chance, vous vous assècherez et vous échouerez. Je me souviens de périphériques du début des années 2000 où les condensateurs ont échoué après 3 à 4 ans de service, et pas nécessairement de périphériques bas de gamme (un exemple est le modem câble E-TECH ICE-200 d'une valeur de 240 USD en 2000). Une réparation due à une défaillance des condensateurs électrolytiques est devenue un phénomène banal, inhabituel dans les années 80.

Cette dégradation des années 90 a-t-elle été causée par une production de masse bon marché? Ou par des technologies mal testées liées à la miniaturisation? Ou bien de nombreux fabricants s'en moquaient?

Il semble que la tendance soit maintenant inversée et que les condensateurs récents soient un peu meilleurs que ceux de 1994-2002. Les experts peuvent-ils le confirmer?

À une certaine époque, de nombreux condensateurs étaient fabriqués avec un électrolyte usé, en particulier par certains grands fabricants taïwanais. Les condensateurs avaient l'air OK dans une grande variété de tests lorsqu'ils étaient nouveaux, mais ils ne vieillissaient pas bien. Parce qu'il a fallu quelques années pour que les condensateurs tombent en panne et que le taux de défaillance élevé soit connu, un très grand nombre d'entre eux ont été produits et intégrés à la réalité avant que les gens ne se rendent compte qu'il y avait un problème. Il a ensuite fallu quelques années supplémentaires pour que les choses quittent la circulation.

La raison pour laquelle ces fabricants avaient des problèmes d'électrolyte n'est pas tout à fait claire. Ils utilisaient de nouveaux électrolytes à base d’eau mis au point au Japon et qui fonctionnaient très bien. Vraisemblablement, les fabricants les moins chers ont oublié quelque chose ou ont pris des risques en reproduisant (ou en arrachant) la recherche japonaise.

Le type de condensateur concerné était un condensateur bon marché, à forte capacité et à faible ESR. C’est le genre de chose qui apparaît dans un très grand nombre d’appareils grand public, de sorte que le problème est devenu connu de la communauté. De plus, le mode de défaillance de ces condensateurs étant la rupture et la ventilation, il était donc facile, même pour les personnes non familiarisées avec l'électronique, de voir quel composant était en faute lorsque leur carte mère a cessé de fonctionner.

Wikipedia a un article à ce sujet: Capacitor Plague

L'espionnage industriel a mal tourné. Vérifié plusieurs années après les faits.

Bien que cela ait été suspecté depuis presque le début. (Courtoisie de l'article de The Wayback Machine , puisque l'original a disparu du Web.)

Histoire de base: Guy quitte le fabricant japonais de condensateurs Rubycon et travaille pour une entreprise en Chine, emportant avec lui une copie de la formule d'électrolyte pour condensateurs électrolytiques à haute performance en aluminium.

Plus tard, une partie de son personnel chinois part et travaille pour un fabricant de condensateurs à Taiwan. Ils ont également pris une copie de la formule Rubycon, mais l'ont mutilée quelque part en cours de route.

Ainsi, le fabricant taïwanais fabrique ce qu’il croit être des capsules de grande qualité et de grande qualité, fabriquées selon la formule de Rubycon. Il les vend à un bon prix, mais moins cher que Rubycon et promet la même qualité.

De nombreuses entreprises achètent et installent ces bouchons, puis les choses commencent à échouer en masse.

Au cours des années 70, les calculs Mil-Std-HDBK217 pour MTBF incluaient un facteur d'accélération inverse de l'ESR du circuit. Cela impliquait des surtensions et une élévation thermique qui, à leur tour, suivent les effets d'Arhennius de la dégradation localisée. Le dégagement de gaz est une alerte précoce avec un couvercle bombé.

Rappelons également que le développement de SMPS était à la hausse, les pressions sur les coûts des matières exigeant des pièces de moindre coût et de moindre ESR. Cela implique d’ignorer les modes de défaillance naturels du circuit ESR afin d’obtenir des convertisseurs à haute efficacité.

Ainsi, la tendance à voir plus de défaillances des bouchons SMPS est en partie due au fait que les concepteurs ont ignoré les effets du vieillissement sur l’ESR et l’emballement thermique inhérent lorsque l’auto-échauffement a suivi.

Il est vrai que les nouvelles technologies électrolytiques ont été améliorées, de même que l’état de surface du conducteur afin de réduire la RSE dans la feuille. L'augmentation des coûts dans le tantale en provenance de pays tels que la Russie a obligé les entreprises à opter pour l'électrolytique en aluminium.

on doit évaluer MTBF au cas par cas si la cause première était:

• mauvaise conception,
• mauvaises parties,
• mauvais procédé (pas de flux clean ou Aqua clean avec résidu acide, ou pic thermique en excès sur le profil de refusion, etc.).

Un modem haut de gamme ne peut pas valider s’il utilise des pièces qualifiées de haute qualité avec une vérification MTBF effectuée en interne et peut-être simplement faire confiance au fournisseur.

En règle générale, le meilleur condensateur MTBF provient de sociétés situées au Japon, à Taïwan et en Chine, qui se situent loin au 3ème rang en raison de la fiabilité du contrôle qualité et de la vérification du contrôle des processus requises pour les pièces de longue durée. La contamination des matériaux est une cause majeure dans la fabrication des bouchons.

**** La plus grande amélioration en ce qui concerne l'aluminium électrolytique est la constante de temps de charge / décharge T = ESR x C réduite à un niveau égal ou supérieur à celui du tantale dans les niveaux ESR bas, dans certains cas mais pas tous. Vous devez calculer ceci la prochaine fois que vous choisissez un plafond dont l’ESR doit être faible et comparer 10 pièces avec 1 @ 10x la valeur d’un chapeau de grand pont. Si elle est plus petite, il est probable que vous obteniez une ESR plus basse et une SRF plus élevée, ou si vous avez la même taille et la même tension et la même famille. T. T.
Caps ultra faible. sont maintenant <1 ~ 20us alors que les objectifs généraux vont de 100us à> 1ms. ****

Les principales raisons étaient:

• Le fléau des condensateurs de 1999-2002 - une tentative de reproduire la formule volée de Rubycon Inc. pour son électrolyte, qui a mal tourné.
• Sinon changer de composition d'électrolyte; plus d'H ₂ O (utile pour obtenir une ESR inférieure) le rend plus corrosif.
• Optimisation des coûts grâce à la production de masse croissante de l'électronique.
• Erreurs de conception, de processus ou de matériaux de mauvaise qualité; mauvais contrôle de la qualité.

Une raison peut avoir à voir avec le circuit autour des condensateurs, pas les condensateurs eux-mêmes. Jusqu'en 1980 environ, la plupart des alimentations fonctionnaient à la fréquence du réseau (50 ou 60 Hz), utilisant un condensateur de filtrage de grande taille après le pont de diodes et un post-régulateur linéaire, utilisant encore davantage de condensateurs à courant continu principalement avec un centre commercial. Composant AC. Peu de problèmes causés par le courant RMS dans les condensateurs et une ESR (très) faible ne posaient pas de problème, car même avec une résistance interne élevée, les condensateurs ne chaufferaient pas beaucoup tout seuls.

Plus tard, les alimentations à découpage (et les régulateurs postérieurs, y compris les convertisseurs abaisseur de point de charge) sont de plus en plus populaires et ils génèrent un courant efficace beaucoup plus important sur les condensateurs utilisés. Par conséquent, le choix judicieux des condensateurs est devenu de plus en plus important et les décisions de conception peu judicieuses importaient davantage. De plus, avec la miniaturisation, davantage de composants se retrouvent dans des enceintes plus petites, ce qui rend la dissipation de chaleur plus critique. Plus vous construisez votre appareil, plus il devient difficile de séparer les composants chauds des condensateurs sensibles à la chaleur. Un condensateur de petite taille (5 mm de diamètre) 10 µF / 16 V évalué à 2 000 h / 105 ° C à côté d’un grand dissipateur thermique? Mauvaise idée. Un grand condensateur de 47 µF / 400 V (diamètre 25 mm) évalué à 5000 h / 105 ° C placé dans un endroit froid de votre alimentation à découpage? Pourrait même jamais devenir un problème notable.

De plus, pendant un certain temps, les circuits ont peut-être exigé plus que les progrès de la technologie des condensateurs. Les concepteurs n’étaient peut-être pas conscients de l’importance de la classification I _RMS et du chauffage interne. Ajoutez à cela la pression constante pour économiser des sous sur tous les composants, considérez le fait que les condensateurs tendent à être vos composants les plus chers, concluez que cela fait de la casquette un domaine prioritaire en matière de décompte des sous, et vous avez une bonne explication.

Donc, pour être juste, ce ne sont pas seulement les capuchons, c'est aussi la conception générale et leur application dans des circuits de plus en plus exigeants.

Cela dit, j’ai utilisé des appareils avec des alimentations à découpage commerciales sans problème pendant des années, et j’ai également remplacé une bonne quantité de condensateurs (datant de la fin des années 70, par exemple, dans des domaines tels que les bobines haute qualité). magnétophones à bobine ou équipement d’essai et de mesure).

Ensuite, les condensateurs en céramique rattrapent leur retard. Avant 2005, 22 µF à 25 V dans un boîtier 1206 SMD étaient rares. Aujourd'hui, vous pouvez les utiliser à la place des capsules électrolytiques ou des types au tantale, sans même dépenser plus d'argent. Cela permet de prendre de très bonnes décisions de conception: évitez les capuchons en tantale (car ils sont très sensibles aux pointes de courant ou de tension, même les plus infimes). N'utilisez des capuchons électectoriques que lorsque vous avez besoin de beaucoup de capacité et que vous pouvez boîtes de conserve qui ont généralement une durée de vie utile beaucoup plus longue.

Les condensateurs varient énormément dans les modes de défaillance en raison de leur vieillissement, et il est en réalité faux que les conceptions plus anciennes soient toujours meilleures.

Les personnes qui réparent du matériel ancien vont presque toujours remplacer certains condensateurs sans même les tester, et assurez-vous de tester les autres simplement pour en être sûr.

Par exemple, les vieux rectangles de cire sont pratiquement des sites d'enfouissement toxiques lorsque vous ouvrez un vieil amplificateur. Ils auront bien vieilli hors spécifications. Sans parler du même équipement qui suppose une certaine qualité de la tension secteur qui a changé au fil des décennies, ce qui conduira votre signal d’alimentation haute tension ou découplage bien au-delà de leurs spécifications, même neuf.

Mais, comme d'autres l'ont souligné, c'est une chose compliquée. Les marchés des matériaux, de la fabrication et de la fabrication ont tous beaucoup changé, ce qui a eu un effet sur l’ensemble de l’industrie. En général, cependant, les condensateurs modernes à un certain prix par milliers sont bien meilleurs que les mêmes appareils du passé.

Mes seules références pour cela sont les chaînes YouTube comme le laboratoire de M. Carlson, comme indiqué dans l'encadré SE.EE!