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

Question

A veces podemos ver condensadores de décadas de antigüedad (como los fabricados en la URSS) todavía funcionan. Ellos son más grandes y pesados pero duradero y no desecante. Condensadores modernos de aluminio sirven durante unos 11 años, si tienes suerte, y luego se secan y fallan silenciosamente. Recuerdo dispositivos de principios de la década de 2000 en los que los condensadores fallaban después de 3-4 años de servicio, y no necesariamente dispositivos de gama baja (un ejemplo es el módem por cable E-TECH ICE-200 que valía ∼ 240 USD en 2000). La reparación por fallo de los condensadores electrolíticos se convirtió en algo habitual, algo inusual en la década de 1980.

¿Esta degradación de los años 90 fue causada por la producción en masa barata? ¿O por tecnologías mal probadas relacionadas con la miniaturización? ¿O muchos fabricantes simplemente no se preocuparon?

Parece que la tendencia se ha invertido y los condensadores recientes son un poco mejores que los de 1994-2002. ¿Pueden los expertos confirmarlo?

Answer 1

Hubo un periodo en el que muchos condensadores se fabricaron con un electrolito dudoso, especialmente por parte de algunos grandes fabricantes taiwaneses. Los condensadores parecían estar bien en una gran variedad de pruebas cuando eran nuevos, pero no envejecían bien. Como los condensadores tardaron unos años en fallar, y la alta tasa de fallos se dio a conocer, se produjeron e incorporaron muchísimos condensadores antes de que la gente se diera cuenta de que había un problema. Después, se necesitaron unos cuantos años más para que salieran de circulación.

No está del todo claro por qué estos fabricantes tenían problemas de electrolitos. Utilizaban nuevos electrolitos a base de agua que se habían desarrollado en Japón y funcionaban muy bien. Es de suponer que a los fabricantes más baratos se les escapó algo o tomaron algunas medidas al reproducir (o copiar) la investigación japonesa.

El tipo de condensador afectado era barato, de gran capacitancia y baja ESR. Son el tipo de cosas que aparecen en un gran número de dispositivos de consumo, por lo que el problema se dio a conocer en la comunidad en general. Además, el modo de fallo de estos condensadores era la rotura y la ventilación, por lo que incluso las personas no familiarizadas con la electrónica podían ver fácilmente cuál era el componente defectuoso cuando su placa base dejaba de funcionar.

La Wikipedia tiene un artículo al respecto: Plaga de condensadores

Answer 2

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

Aunque se sospechaba desde casi el principio. (Artículo cortesía de La máquina de retroceso ya que el original ha desaparecido de la web).

Historia básica: Un tipo deja el fabricante japonés de condensadores Rubycon y se va a trabajar a una empresa en China, llevándose una copia de la fórmula del electrolito para los condensadores electrolíticos de aluminio de alto rendimiento.

Más tarde, parte de su personal chino se va a trabajar a un fabricante de condensadores en Taiwán. También se llevaron una copia de la fórmula de Rubycon, pero la estropearon en algún momento.

Así, el fabricante de Taiwán construye lo que cree que son tapones valiosos y de alta calidad fabricados con la fórmula de Rubycon. Los vende a buen precio, pero más baratos que Rubycon y promete la misma calidad.

Montones de empresas compran e instalan estos tapones, y luego las cosas empiezan a fallar a montones.

Answer 3

Durante los años 70, los cálculos Mil-Std-HDBK217 para el MTBF incluían un factor de aceleración inverso a la ESR del circuito. Esto implicaba corrientes de sobretensión y aumento térmico que, a su vez, siguen los efectos Arhennius de degradación localizada. El desprendimiento de gases es una de las principales advertencias de una tapa abombada.

También hay que recordar que el desarrollo de los SMPS fue en aumento a medida que las presiones del coste de los materiales exigían piezas de menor coste y menor ESR. Esto implica ignorar los modos de fallo naturales de la ESR del circuito para conseguir convertidores de alta eficiencia.

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

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

hay que evaluar el MTBF caso por caso si la causa raíz fue:

• mal diseño,
• partes malas,
• mal proceso (fundente no limpio o Aqua clean con residuos ácidos, 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 verificación de MTBF realizada en la empresa y tal vez sólo confiaron en el proveedor.

Por lo general, el mejor MTBF de los condensadores procede de empresas de Japón, Taiwán y China, que ocupa un tercer lugar debido a la fiabilidad del control de calidad y la diligencia en la verificación del proceso que se requiere para las piezas de larga duración. La contaminación del material es una de las principales causas de la fabricación de tapones.

**** La mayor mejora en los electrolíticos de aluminio es que la constante de tiempo de carga/descarga T=ESR x C se ha reducido a lo mismo o mejor que el tantalio en el grado de ESR bajo, en algunos casos pero no en todos. Tienes que calcular esto la próxima vez que elijas un cap que necesite ser de baja ESR y comparar 10 partes con 1 @ 10x el valor de un Cap de puente grande. Si es más pequeño, lo más probable es que obtenga una ESR más baja y una SRF más alta o si en el mismo tamaño de tensión y familia sólo la misma constante T.
Los Caps. de ultra baja ESR son ahora <1~20us mientras que los de uso general son de 100us a >1ms.****

Answer 4

Las principales razones fueron:

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

Answer 5

Los condensadores varían mucho en cuanto a modos de fallo debido al envejecimiento, y en realidad es falso que los diseños más antiguos sean siempre mejores.

La gente que repara equipos antiguos casi siempre reemplaza ciertos condensadores sin siquiera probarlos, y se asegura de probar otros sólo para estar seguros.

Por ejemplo, los viejos rectángulos de cera son bastante tóxicos para el vertedero cuando se abre un viejo amplificador. Habrán envejecido bien fuera de las especificaciones. Por no hablar de que el mismo equipo asumió cierta calidad de la tensión de red que ha cambiado a lo largo de las décadas, lo que llevará a su potencia o señal de alta tensión o tapas de desacoplamiento muy por encima de sus especificaciones nominales, incluso cuando son nuevos.

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 determinado precio por lotes de miles son mucho mejores que los mismos dispositivos del pasado.

Mis únicas referencias para esto son los canales de YouTube como Mr. Carlson's Lab, ¡como se ve en la barra lateral de SE.EE!