Kapasitör vebası - Capacitor plague

Kutunun tepesinde açık havalandırma delikleri olan ve görünür kurumuş elektrolit kalıntısı (kırmızımsı-kahverengi renk) olan arızalı alüminyum elektrolitik kapasitörler

Kapasitör veba olmayan bir katı daha yüksek bir beklenenden başarısızlık oranı ile ilişkili bir sorun alüminyum elektrolitik kondansatörler nedeniyle hatalı özellikle 1999 ve 2007, bazı Tayvan üreticilerin olanlar arasında, elektrolitin neden olduğu bileşimin aşınma genellikle, gaz üretimi eşlik kapasitörün kasasının basınç birikmesinden kırılması .

Yüksek başarısızlık oranları elektronik birçok tanınmış markaların oluştu ve özellikle belirgindi anakartlardan , video kartları ve güç kaynakları arasında kişisel bilgisayarlar .

Tarih

İlk duyurular

Tayvanlı hammadde sorunlarıyla bağlantılı ilk kusurlu kapasitörler, uzman dergisi Passive Component Industry tarafından Eylül 2002'de rapor edildi . Kısa bir süre sonra, iki ana akım elektronik dergisi, anakartlarda Tayvanlı üreticilerin yaygın olarak erken arızalanan kapasitörlerinin keşfedildiğini bildirdi.

Bu yayınlar mühendisleri ve teknik olarak ilgilenen diğer uzmanları bilgilendirdi, ancak Carey Holzman hız aşırtma performansı topluluğunda "kapasitör sızıntısı" hakkındaki deneyimlerini yayınlayana kadar bu konu kamuoyunda yaygın olarak görülmedi .

Halkın ilgisi

Güç taşıyan iletkenlerin kısa devre yapmasına neden olan sızan elektrolitin neden olduğu baskılı devre kartındaki yangının sonuçları

Holzman yayınından gelen haberler, kısmen arızaların - şişkin veya patlayan kapasitörler, dışarı atılan sızdırmazlık lastiği ve sayısız devre kartındaki elektrolit sızıntılarının - muhteşem görüntüleri nedeniyle internette ve gazetelerde hızla yayıldı. Birçok PC kullanıcısı etkilendi ve binlerce blog ve diğer web topluluklarında çığ gibi rapor ve yoruma neden oldu.

Haberin hızla yayılması, birçok yanlış bilgilendirilmiş kullanıcının ve blogların hatalı elektrolit dışındaki nedenlerden dolayı arızalanan kapasitörlerin resimlerini yayınlamasına da neden oldu.

yaygınlık

Etkilenen kapasitörlerin çoğu 1999'dan 2003'e kadar üretildi ve 2002 ile 2005 arasında arızalandı. Yanlış formüle edilmiş elektrolitle üretilen kapasitörlerle ilgili sorunlar, en az 2007'ye kadar üretilen ekipmanları etkiledi.

Abit , IBM , Dell , Apple , HP ve Intel gibi ana anakart üreticileri hatalı elektrolitli kapasitörlerden etkilendi.

2005 yılında Dell, anakartları doğrudan değiştirmek ve bir sistemin değiştirilmesi gerekip gerekmediğini belirleme lojistiği için yaklaşık 420 milyon ABD Doları harcadı.

Diğer birçok ekipman üreticisi bilmeden arızalı kapasitörlü panoları monte edip sattı ve bunun sonucunda kapasitör vebasının etkisi dünya çapında her türlü cihazda görülebilir.

Tüm üreticiler geri çağırma veya onarım teklifinde bulunmadığından, kendin yap onarım talimatları internette yazılmış ve yayınlanmıştır.

sorumluluk

Passive Component Industry'nin Kasım/Aralık 2002 sayısında, hatalı elektrolit hakkındaki ilk öyküsünün ardından, bazı büyük Tayvanlı elektrolitik kapasitör üreticilerinin hatalı ürünlerin sorumluluğunu reddettiklerini bildirdi.

Endüstriyel müşteriler arızaları teyit ederken, arızalı bileşenlerin kaynağını izleyemediler. Arızalı kapasitörler, "Tayeh", "Choyo" veya "Chhsi" gibi daha önce bilinmeyen markalarla işaretlendi. İşaretler, tanıdık şirketler veya ürün markaları ile kolayca bağlantılı değildi.

Anakart üreticisi ABIT Computer Corp., Tayvan kapasitör üreticilerinden alınan kusurlu kapasitörlerin ürünlerinde kullanıldığını kamuoyu önünde kabul eden tek etkilenen üretici oldu. Ancak şirket, hatalı ürünleri tedarik eden kapasitör üreticisinin adını açıklamadı.

endüstriyel casusluk

The Independent'taki 2003 tarihli bir makale , hatalı kapasitörlerin nedeninin aslında yanlış kopyalanmış bir formülden kaynaklandığını iddia etti. 2001 yılında, Japonya'daki Rubycon Corporation'da çalışan bir bilim adamı, kapasitör elektrolitleri için yanlış kopyalanmış bir formül çaldı. Daha sonra hatalı formülü, daha önce çalıştığı Çin'deki Luminous Town Electric şirketine götürdü. Aynı yıl, bilim adamının personeli Çin'den ayrıldı, yine yanlış kopyalanan formülü çaldı ve kendi şirketlerini kuracakları, kapasitörler üretecekleri ve bu hatalı kapasitör elektrolit formülünün daha da fazlasını yayacakları Tayvan'a taşındılar.

Belirtiler

Ortak özellikleri

Yanlış formüle edilmiş elektrolitli katı olmayan alüminyum elektrolitik kapasitörler çoğunlukla "düşük eşdeğer seri direnç (ESR)", "düşük empedans " veya "yüksek dalgalı akım" e-cap serisine aitti . %70 veya daha fazla sudan oluşan bir elektrolit kullanan e-kapakların avantajı, özellikle, daha yüksek bir dalgalanma akımına izin veren düşük bir ESR ve düşük üretim maliyetleridir; su, bir kapasitördeki en düşük maliyetli malzemedir.

Erken başarısızlık

Katı olmayan elektrolite sahip tüm elektrolitik kapasitörler, elektrolitin buharlaşması nedeniyle zamanla yaşlanır. Kapasitans genellikle azalır ve ESH genellikle artar. Tipik olarak 2000 saat/85 °C'de derecelendirilen ve 40 °C'de çalışan , tüketici kalitesinde katı olmayan bir elektrolitik kapasitörün normal ömrü yaklaşık 6 yıldır. 40 °C'de çalışan 1000 h/105°C kapasitör için 10 yıldan fazla olabilir. Daha düşük bir sıcaklıkta çalışan elektrolitik kapasitörler, önemli ölçüde daha uzun bir ömre sahip olabilir.

Kapasitans, bir "bozunma hatası" olarak kabul edilmeden önce, bileşenin normal ömrü boyunca, normal olarak nominal değerin %70'ine kadar düşmeli ve ESR, nominal değerin iki katına yükselmelidir. Arızalı elektrolitli bir elektrolitik kapasitörün ömrü iki yıl kadar kısa olabilir. Kondansatör, beklenen ömrünün yaklaşık %30 ila %50'sine ulaştıktan sonra erken arızalanabilir.

Elektriksel semptomlar

Açık havalandırmalı arızalı bir elektrolitik kapasitörün elektriksel özellikleri aşağıdaki gibidir:

• kapasitans değeri, nominal değerin altına düşer
• ESR çok yüksek değerlere yükselir.

Açık havalandırmalı elektrolitik kapasitörler, iyi veya kötü elektrolitleri olup olmadığına bakılmaksızın kuruma sürecindedir. Her zaman düşük kapasitans değerleri ve çok yüksek omik ESR değerleri gösterirler. Kuru e-kapaklar bu nedenle elektriksel olarak işe yaramaz.

Elektronik kapaklar, herhangi bir görünür semptom olmadan başarısız olabilir. Elektrolitik kapasitörlerin elektriksel özellikleri kullanımlarının nedeni olduğundan, cihazların arızalı olup olmadığına kesin olarak karar vermek için bu parametrelerin aletlerle test edilmesi gerekir. Ancak elektriksel parametreler spesifikasyonlarının dışında olsa bile, arızanın elektrolit sorununa atanması kesin değildir.

Yanlış formüle edilmiş elektrolite sahip, görünür semptomları olmayan katı olmayan alüminyum elektrolitik kapasitörler tipik olarak iki elektrik semptomu gösterir:

• nispeten yüksek ve dalgalı kaçak akım
• kondansatör gövdesinin ısıtılması ve soğutulmasından sonra dalgalanan, nominal değerin iki katına kadar artan kapasitans değeri

Görünür semptomlar

Kırık bir elektrolitik kondansatör havalandırmasının ve kurumuş elektrolit kalıntısının yakın çekimi

Arızalı bir elektronik cihazı incelerken, arızalı kapasitörler, aşağıdakileri içeren açıkça görülebilir belirtilerle kolayca tanınabilir:

• Kondansatörün üstündeki havalandırma deliğinin şişmesi. ("Havalandırma", kutu şeklindeki bir kapasitörün kasasının üst kısmına damgalanmıştır ve içeride basınç birikmesini azaltmak ve bir patlamayı önlemek için ayrılması amaçlanan bir dikiş oluşturur.)
• Kırık veya çatlak havalandırma, genellikle gözle görülür kabuklu pas benzeri kahverengi veya kırmızı kuru elektrolit birikintileri ile birlikte.
• Kondansatör kasası devre kartında eğri oturuyor, alt lastik tapanın dışarı itilmesinden kaynaklanıyor, bazen elektrolitin kapasitörün tabanından anakarta sızması, PCB üzerinde koyu kahverengi veya siyah yüzey birikintileri olarak görülüyor. Sızan elektrolit, bazen kapasitörleri şoka karşı sabitlemek için kullanılan kalın elastik yapıştırıcı ile karıştırılabilir. Kondansatörün kenarındaki koyu kahverengi veya siyah kabuk, elektrolit değil, her zaman yapışkandır. Tutkalın kendisi zararsızdır.

Katı olmayan alüminyum elektrolitik kapasitörler

Geliştirilen ilk elektrolitik kapasitör , 1896'da Charles Pollak tarafından icat edilen, sıvı elektrolitli bir alüminyum elektrolitik kapasitördü . Modern elektrolitik kapasitörler aynı temel tasarıma dayanmaktadır. Yaklaşık 120 yıllık geliştirme sürecinin ardından bu ucuz ve güvenilir kapasitörlerden milyarlarca elektronik cihazlarda kullanılmaktadır.

Temel yapı

Katı elektrolitli alüminyum elektrolitik kapasitörlere genellikle "elektrolitik kapasitörler" veya "e-kapaklar" denir. Bileşenler, sıvı veya jel benzeri bir elektrolit ile doyurulmuş bir kağıt ayırıcı ile ayrılmış iki alüminyum folyo şeridinden oluşur. Anot adı verilen alüminyum folyo şeritlerden biri, kimyasal olarak pürüzlendirilmiş ve şekillendirme adı verilen bir işlemde oksitlenmiş , kapasitörün dielektrik görevi gören bir elektrik yalıtkanı olarak yüzeyinde çok ince bir oksit tabakası tutar . Kondansatörün katodu olan sıvı elektrolit, anodun oksit tabakasının düzensiz yüzeyini mükemmel bir şekilde kaplayarak artan anot yüzeyini etkin hale getirerek etkin kapasitansı artırır.

"Katot folyo" adı verilen ikinci bir alüminyum folyo şerit, elektrolit ile elektriksel temas kurmaya yarar. Ara parça, kısa devre oluşturabilecek doğrudan metalik teması önlemek için folyo şeritleri ayırır. Kurşun teller her iki folyoya da bağlanır ve daha sonra ara parçası ile bir alüminyum kasa veya "kutu" içine sığacak şekilde sarılmış bir silindire yuvarlanır. Sargı sıvı elektrolit ile emprenye edilir. Bu, kapasitörün ömrünü uzatmak için bir elektrolit rezervuarı sağlar. Düzenek bir alüminyum kutuya yerleştirilir ve bir tapa ile kapatılır. Katı olmayan elektrolitli alüminyum elektrolitik kapasitörler, kasanın üst kısmında, ısı, kısa devre veya elektrolit arızasından kaynaklanan aşırı gaz basıncı durumunda ayrılmak üzere tasarlanmış bir havalandırma oluşturan oluklar içerir.

Alüminyum oksit dielektrik oluşturma

Katı olmayan alüminyum elektrolitik kapasitörlerde kullanılan alüminyum folyonun saflığı %99,99 olmalıdır. Folyo, etkin kapasitif yüzeyi genişletmek için elektrokimyasal aşındırma ile pürüzlendirilir. Bu kazınmış anot alüminyum folyo oksitlenir ( oluşturma olarak adlandırılır ). Şekillendirme, anot yüzeyinde çok ince bir oksit bariyer tabakası oluşturur. Bu oksit tabakası elektriksel olarak yalıtkandır ve kapasitörün dielektrik görevi görür . Şekillendirme, anoda pozitif bir voltaj uygulandığında gerçekleşir ve uygulanan voltaja göre kalınlığı değişen bir oksit tabakası oluşturur. Bu elektrokimyasal davranış, katı olmayan elektrolitik kapasitörlerin kendi kendini iyileştirme mekanizmasını açıklar.

Normal oksit oluşumu veya kendi kendini iyileştirme süreci, iki reaksiyon adımında gerçekleştirilir. İlk olarak, güçlü bir ekzotermik reaksiyon, metalik alüminyumu (Al) alüminyum hidroksite , Al(OH) _{3'e dönüştürür} :

2 Al + 6 H ₂ O → 2 Al(OH) ₃ + 3 H ₂ ↑

Bu reaksiyon, yüksek bir elektrik alanı ve yüksek sıcaklıklar tarafından hızlandırılır ve açığa çıkan hidrojen gazının neden olduğu kapasitör muhafazasında bir basınç artışı eşlik eder. Jel benzeri alüminyum hidroksit Al(OH) ₃ (ayrıca alümina trihidrat (ATH), alümin hidroksit, alüminyum(III) hidroksit veya hidratlı alümina olarak da adlandırılır) ikinci bir reaksiyon adımıyla (genellikle oda sıcaklığında birkaç saat içinde yavaşça) dönüştürülür. sıcaklık, daha yüksek sıcaklıklarda birkaç dakika içinde daha hızlı), amorf veya kristal alüminyum oksit formuna , Al ₂ O ₃ :

2 Al(OH) ₃ → 2 AlO(OH) + 2 H ₂ O → Al ₂ O ₃ + 3 H ₂ O

Bu oksit, dielektrik görevi görür ve ayrıca kapasitörü metalik alüminyumun elektrolit parçalarına karşı agresif reaksiyonlarından korur. Katı olmayan alüminyum elektrolitiklerdeki şekillendirme veya kendi kendini iyileştirme proseslerinin bir problemi, elektrolitin, alüminyumun aşındırıcısı olan su ile en verimli yol olan oksit tabakasını oluşturmak için yeterli oksijeni iletmesi gereken korozyondur.

elektrolit bileşimi

"Elektrolitik kondansatör" adı, kondansatörün içindeki iletken sıvı olan elektrolitten gelir. Bir sıvı olarak, anodun ve büyütülmüş oksit tabakasının aşındırılmış ve gözenekli yapısına uyum sağlayabilir ve "kişiye özel" bir katot oluşturabilir.

Elektriksel bir bakış açısından, bir elektrolitik kapasitördeki elektrolit, kapasitörün gerçek katotudur ve iyi elektrik iletkenliğine sahip olmalıdır, bu aslında sıvılarda iyon iletkenliğidir . Ancak aynı zamanda , iç bileşenleri alüminyumdan yapılmış olan kapasitörün beklenen ömrü boyunca sabit kalması için aşındırıcı olmaması ( kimyasal olarak inert ) olması gereken asit veya alkali katkı maddeleri içeren solventlerin kimyasal bir karışımıdır . Çalışma elektrolitlerinin iyi iletkenliğine ek olarak, kimyasal kararlılık, alüminyumla kimyasal uyumluluk ve düşük maliyet gibi başka gereksinimler de vardır. Elektrolit ayrıca şekillendirme süreçleri ve kendi kendini iyileştirme için oksijen sağlamalıdır. Sıvı elektrolit gereksinimlerinin bu çeşitliliği, binlerce patentli elektrolit ile çok çeşitli tescilli çözümlerle sonuçlanır.

1990'ların ortalarına kadar elektrolitler kabaca iki ana gruba ayrılabilirdi:

• etilen glikol ve borik asit bazlı elektrolitler . Bu sözde glikol veya boraks elektrolitlerinde istenmeyen bir kimyasal kristal su reaksiyonu meydana gelir: "asit + alkol ester + su verir". Bu boraks elektrolitleri, elektrolitik kapasitörlerde uzun süredir standarttır ve %5 ile %20 arasında su içeriğine sahiptir. 600 V'a kadar voltaj aralığında maksimum 85 °C veya 105 °C sıcaklığa kadar çalışırlar.
• dimetilformamid (DMF), dimetilasetamid (DMA) veya y-butirolakton (GBL) gibi organik çözücülere dayalı neredeyse susuz elektrolitler . Organik çözücü elektrolitlere sahip bu kapasitörler, 105 °C, 125 °C veya 150 °C'ye kadar değişen sıcaklıklar için uygundur; düşük kaçak akım değerlerine sahip; ve çok iyi uzun vadeli davranışları var.

Suyun düşük omik elektrolitler için çok iyi bir çözücü olduğu biliniyordu. Bununla birlikte, suya bağlı korozyon sorunları, o zamana kadar elektrolitin %20'sinden daha büyük miktarlarda kullanımını engellemiş, yukarıda belirtilen elektrolitlerin kullanıldığı su kaynaklı korozyon, suyu stabilize eden kimyasal inhibitörler ile kontrol altında tutulmuştur. oksit tabakası.

Su bazlı elektrolit kapasitörler

1990'larda, Japon araştırmacılar tarafından üçüncü bir elektrolit sınıfı geliştirildi.

• %70'e kadar su içeren su bazlı elektrolitler nispeten ucuzdur ve düşük ESR ve daha yüksek voltaj işleme gibi istenen özelliklere sahiptir. Bu elektrolitik kapasitörler, düşük maliyetli toplu pazar uygulamaları için tipik olarak "düşük empedans", "düşük-ESR" veya "yüksek dalgalı akım" olarak etiketlenir ve 100 V'a kadar voltaj değerlerine sahiptir.
• Bu avantajlara rağmen, araştırmacılar su bazlı elektrolitik kapasitörlerin geliştirilmesi sırasında çeşitli zorluklarla karşılaştı.
• Kötü tasarlanmış kapasitörlerin çoğu onu kitlesel pazara çıkardı. Kondansatör vebası, bu tip hatalı elektrolitlerden kaynaklanır.

Su bazlı elektrolit geliştirilmesi

1990'ların başında, bazı Japon üreticiler yeni, düşük ohmlu su bazlı bir elektrolit sınıfı geliştirmeye başladılar. Yüksek geçirgenliği ε = 81 olan su, elektrolitler için güçlü bir çözücüdür ve iletkenliği artıran tuz iyonları konsantrasyonları için yüksek çözünürlüğe sahiptir , bu da GBL gibi organik çözücülere sahip elektrolitlere kıyasla önemli ölçüde iyileştirilmiş iletkenlik sağlar . Ancak su, korumasız alüminyumla oldukça agresif ve hatta şiddetli bir şekilde reaksiyona girerek, ısı yayan yüksek derecede ekzotermik bir reaksiyon yoluyla metalik alüminyumu (Al) alüminyum hidroksite (Al(OH) ₃ ) dönüştürerek, bir patlamaya yol açabilecek gaz genleşmesine neden olur. kapasitör. Bu nedenle, su bazlı elektrolitlerin geliştirilmesindeki temel sorun, suyun alüminyum üzerindeki aşındırıcı etkisini engelleyerek uzun vadeli stabilite elde etmektir.

Normalde anot folyosu, baz alüminyum metalini sulu alkali çözeltilerin agresifliğine karşı koruyan dielektrik alüminyum oksit (Al ₂ O ₃ ) tabakası ile kaplanır . Bununla birlikte, oksit tabakasındaki bazı safsızlıklar veya zayıf noktalar, alüminyum hidroksit (Al(OH) ₃ ) oluşturan su kaynaklı anodik korozyon olasılığını sunar . Alkalin elektrolit kullanan elektronik kapaklarda bu alüminyum hidroksit, istenen kararlı alüminyum oksit formuna dönüştürülmeyecektir. Zayıf nokta kalır ve anodik korozyon devam eder. Bu aşındırıcı süreç, inhibitörler veya pasifleştiriciler olarak bilinen elektrolit içindeki koruyucu maddeler tarafından kesintiye uğratılabilir. Kromatlar, fosfatlar, silikatlar, nitratlar, florürler, benzoatlar, çözünür yağlar ve diğer bazı kimyasallar gibi inhibitörler anodik ve katodik korozyon reaksiyonlarını azaltabilir. Ancak inhibitörler yetersiz miktarda kullanılırsa çukurlaşmayı artırma eğilimindedir.

Katı olmayan alüminyum elektrolitik kapasitörlerde su sorunu

Elektrolitik kondansatördeki alüminyum oksit tabakası, elektrolitin pH değeri 4,5 ile 8,5 arasında olduğu sürece kimyasal saldırılara karşı dayanıklıdır. Ancak elektrolitin pH değeri ideal olarak yaklaşık 7'dir (nötr); ve 1970'lerde yapılan ölçümler, pH değeri bu ideal değerden saptığında, kimyasal kaynaklı kusurlar nedeniyle kaçak akımın arttığını göstermiştir. Suyun saf alüminyum için aşırı derecede aşındırıcı olduğu ve kimyasal kusurlara neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca, korumasız alüminyum oksit dielektriklerinin, oksit tabakasını zayıflatarak alkali elektrolitler tarafından hafifçe çözünebildiği bilinmektedir.

Su içeren elektrolit sistemlerinin temel sorunu, suyun metalik alüminyuma karşı agresifliğinin kontrolünde yatmaktadır. Bu sorun, uzun yıllar boyunca elektrolitik kapasitörlerin gelişimine hakim olmuştur. Yirminci yüzyılın ortalarında ticari olarak kullanılan ilk elektrolitler, etilen glikol ve borik asit karışımlarıydı . Ancak bu glikol elektrolitler bile şemaya göre istenmeyen bir kimyasal su kristali reaksiyonuna sahipti: "asit + alkol " → " ester + su". Bu nedenle, görünüşte su içermeyen ilk elektrolitlerde bile, esterleşme reaksiyonları yüzde 20'ye kadar bir su içeriği üretebilir. Bu elektrolitlerin voltaja bağlı bir ömrü vardı, çünkü daha yüksek voltajlarda suyun agresifliğine dayalı kaçak akım katlanarak artacaktı; ve buna bağlı artan elektrolit tüketimi, daha hızlı kurumaya yol açacaktır. Aksi takdirde, elektrolit kendi kendini iyileştirme süreçleri için oksijeni vermek zorundadır ve su bunu yapmak için en iyi kimyasal maddedir.

Su kaynaklı korozyon: alüminyum hidroksit

Alüminyumun dönüştürülmesiyle, alüminyum hidroksitin ara aşaması yoluyla kararlı bir alüminyum oksit tabakası oluşturmanın "normal" yolunun, aşırı alkali veya bazik bir elektrolit tarafından kesintiye uğratılabileceği bilinmektedir. Örneğin, bu reaksiyonun kimyasının alkali bozulması, bunun yerine aşağıdaki reaksiyonla sonuçlanır:

2 Al (s) + 2 NaOH (sulu) + 6 H ₂ O → 2 Na ⁺ (sulu) + 2[Al(OH) ₄ ] ⁻ (s) + 3 H ₂ (g)

Bu durumda, ilk aşamada oluşan hidroksitin metalik alüminyum yüzeyinden mekanik olarak ayrılması ve istenen kararlı alüminyum oksit formuna dönüştürülmemesi olabilir. Yeni bir oksit tabakası oluşturmak için ilk kendi kendini iyileştirme süreci, bir kusur veya zayıf bir dielektrik nokta tarafından engellenir ve üretilen hidrojen gazı kapasitörün içine kaçar. Daha sonra, zayıf noktada daha fazla alüminyum hidroksit oluşumu başlatılır ve kararlı alüminyum okside dönüşmesi engellenir. Elektrolitik kondansatör içindeki oksit tabakasının kendi kendini iyileştirmesi gerçekleşemez. Bununla birlikte, anot folyosunun gözeneklerinde giderek daha fazla hidroksit büyüdüğü ve ilk reaksiyon adımı kutuda giderek daha fazla hidrojen gazı üreterek basıncı artırdığı için reaksiyonlar durmaz.

Pazar için üretim

Japon üretici Rubycon , 1990'ların sonlarında geliştirilmiş iletkenliğe sahip yeni su bazlı elektrolit sistemlerinin geliştirilmesinde lider oldu. Birkaç yıllık geliştirmeden sonra, Shigeru Uzawa liderliğindeki araştırmacılar, alüminyum hidrasyonunu baskılayan bir inhibitör karışımı buldular. 1998'de Rubycon, -40 °C (-40 °F; 233 K) ila -40 °C (-40 °F; 233 K) arasındaki sıcaklıklar için uygun olan, yaklaşık %40 su içeriğine sahip bir elektrolit kullanan ilk üretim kapasitörlerinden ZL ve ZA adlı iki seriyi duyurdu. 105 °C (221 °F; 378 K). Daha sonra elektrolitler ağırlıkça %70'e kadar su ile çalışacak şekilde geliştirildi. NCC, Nichicon ve Elna gibi diğer üreticiler de kısa bir süre sonra kendi ürünleriyle devam etti.

Yeni elektrolitin geliştirilmiş iletkenliği, her ikisi de 16 V nominal gerilimde 1000 μF nominal kapasitansa sahip iki kapasitörün 10 mm çapında ve 20 mm yüksekliğinde bir pakette karşılaştırılmasıyla görülebilir. Rubycon YXG serisinin kapasitörleri, organik bir çözücüye dayalı bir elektrolit ile sağlanır ve 1400 mA'lık bir dalgalanma akımı ile yüklendiğinde 46 mΩ'luk bir empedans elde edebilir. Yeni su bazlı elektrolite sahip ZL serisi kapasitörler, 1820 mA dalgalanma akımı ile 23 mΩ empedans elde edebilir, bu da genel olarak %30'luk bir iyileştirmedir.

Yeni tip kapasitör, veri sayfalarında "Düşük ESR" veya "Düşük Empedans", "Ultra Düşük Empedans" veya "Yüksek Dalgalı Akım" serisi olarak adlandırıldı. Dijital veri teknolojisindeki son derece rekabetçi pazar ve yüksek verimli güç kaynakları, geliştirilmiş performansları nedeniyle bu yeni bileşenleri hızla benimsedi. Ayrıca, elektrolitin iletkenliğini geliştirerek, kapasitörler yalnızca daha yüksek bir dalgalanma akımı derecesine dayanmakla kalmaz, aynı zamanda su diğer çözücülerden çok daha ucuz olduğu için üretimleri çok daha ucuzdur. Daha iyi performans ve düşük maliyet, PC'ler, LCD ekranlar ve güç kaynakları gibi yüksek hacimli ürünler için yeni kapasitörlerin yaygın olarak benimsenmesini sağladı.

Soruşturma

Endüstriyel casusluğun etkileri

Bir elektrolit formülünün çalınmasıyla bağlantılı olarak, kapasitör vebasında endüstriyel casusluk suçlandı. İçin çalışan bir malzeme bilimci Rubycon içinde Japonya'da Rubycon en ZA ve ZL serisi kapasitörler için gizli su bazlı elektrolit formülü alarak şirketten ayrıldı ve bir Çinli şirket için çalışmaya başladı. Bilim adamı daha sonra bu elektrolitin bir kopyasını geliştirdi. Ardından, Çinli şirketten ayrılan bazı personel, formülün eksik bir versiyonunu kopyaladı ve Tayvan'daki birçok alüminyum elektrolitik üreticisine pazarlamaya başladı ve Japon üreticilerin fiyatlarını düşürdü. Bu eksik elektrolit, kapasitörlerin uzun vadeli stabilitesi için gerekli olan ve bitmiş bir alüminyum kapasitör içinde paketlendiğinde kararsız olan önemli tescilli bileşenlerden yoksundu. Bu hatalı elektrolit, engelsiz hidroksit oluşumuna izin verdi ve hidrojen gazı üretti.

Elektrolit formüllerinin çalındığı iddiasıyla ilgili bilinen bir kamu mahkemesi davası yoktur. Bununla birlikte, kusurlu kapasitörlerin bağımsız bir laboratuvar analizi, erken arızaların çoğunun aşağıda açıklandığı gibi yüksek su içeriği ve elektrolitte eksik inhibitörlerle ilişkili göründüğünü göstermiştir.

Eksik elektrolit formülü

Çok sayıda alüminyum elektrolitik kapasitörün arızasını içeren "kapasitör vebası" veya "kötü kapasitörler" olayları sırasında meydana gelen engelsiz hidroksit oluşumu (hidrasyon) ve buna bağlı hidrojen gazı üretimi, İleri Yaşam Döngüsü Mühendisliği Merkezi'ndeki iki araştırmacı tarafından gösterilmiştir. arasında Maryland Üniversitesi kimin başarısız kapasitörler analiz ettik.

İki bilim adamı, başlangıçta, iyon kromatografisi ve kütle spektrometrisi ile , arızalı kapasitörlerde hidrojen gazı bulunduğunu ve bunun kapasitörün kasasının şişmesine veya havalandırma deliğinin patlamasına yol açtığını belirledi. Böylece oksidasyonun alüminyum oksit oluşumunun ilk aşamasına uygun olarak gerçekleştiği kanıtlanmıştır.

Elektrolitik kapasitörlerde , sonuçta ortaya çıkan basıncı azaltmak için aromatik nitrojen bileşikleri veya aminler gibi indirgeyici veya depolarizan bileşikler kullanarak fazla hidrojeni bağlamak geleneksel olduğundan , araştırmacılar daha sonra bu tip bileşikleri aradılar. Analiz yöntemleri, bu tür basınç azaltıcı bileşiklerin saptanmasında çok hassas olmasına rağmen, arızalı kapasitörler içinde bu tür maddelerin hiçbir izine rastlanmamıştır.

İç basınç oluşumunun çok fazla olduğu ve kondansatör kasasının şiştiği ancak havalandırmanın henüz açılmadığı kapasitörlerde elektrolitin pH değeri ölçülebilirdi. Hatalı Tayvanlı kapasitörlerin elektroliti, pH'ı 7 ile 8 arasında olan alkalindi. İyi karşılaştırılabilir Japon kapasitörlerinin pH'ı 4 civarında olan asidik bir elektroliti vardı. ancak hafif asidik olandan değil, elektrolitte çözünmüş alüminyum tespit eden hatalı kapasitörlerin elektrolitinin bir enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX veya EDS) parmak izi analizi yapıldı.

Metalik alüminyumu suyun agresifliğine karşı korumak için, inhibitörler veya pasifleştiriciler olarak bilinen bazı fosfat bileşikleri, yüksek sulu elektrolitlere sahip uzun vadeli kararlı kapasitörler üretmek için kullanılabilir. Sulu elektrolitik sistemlere sahip elektrolitik kapasitörlere ilişkin patentlerde fosfat bileşiklerinden bahsedilmektedir. Araştırılan Tayvan elektrolitlerinde fosfat iyonları eksik olduğundan ve elektrolit de alkalin olduğundan, kapasitör açıkça su hasarına karşı herhangi bir korumadan yoksundu ve daha kararlı alümina oksitlerin oluşumu engellendi. Bu nedenle, sadece alüminyum hidroksit üretildi.

Kimyasal analiz sonuçları, 56 gün süren uzun süreli bir testte elektrik kapasitansı ve kaçak akım ölçülerek doğrulandı. Kimyasal korozyon nedeniyle, bu kapasitörlerin oksit tabakası zayıflamıştı, bu nedenle kısa bir süre sonra kapasitans ve kaçak akım, gaz basıncı havalandırmayı açtığında aniden düşmeden önce kısaca arttı. Hillman ve Helmold'un raporu, arızalı kapasitörlerin nedeninin, elektrolitin uzun vadeli stabilitesi için elektrolitin zaman içinde doğru pH'ını sağlamak için gerekli kimyasal bileşenlerden yoksun olan Tayvanlı üreticiler tarafından kullanılan hatalı bir elektrolit karışımı olduğunu kanıtladı. kapasitörler. Alkalin pH değerine sahip elektrolitin, kararlı okside dönüştürülmeden sürekli bir hidroksit birikmesi gibi ölümcül kusura sahip olduğu yönündeki diğer sonuçları, hem fotoğrafik olarak hem de EDX-parmak izi analizi ile anot folyo yüzeyinde doğrulandı. kimyasal bileşenler.

Ayrıca bakınız

• RKM kodu

Referanslar

daha fazla okuma

• H. Kaesche, Die Korrosion der Metalle - Physikalisch-chemische Prinzipien und aktuelle Probleme, Springer-Verlag, Berlin, 2011, ISBN  978-3-642-18427-7
• C. Vargel, Corrosion of Aluminium, 1. Baskı, 2 Ekim 2004, Elsevier Science, Basılı Kitap ISBN  978-0-08-044495-6 , eBook ISBN  978-0-08-047236-2
• WJ Bernard, JJ Randall Jr., Anodik Alüminyum Oksit ve Su Arasındaki Reaksiyon, 1961 ECS - Elektrokimyasal Toplum [13]
• Bölüm Vargel, M. Jacques, MP Schmidt, Alüminyumun Korozyonu, 2004 Elsevier BV, ISBN  978-0-08-044495-6
• Patnaik, P. (2002). İnorganik Kimyasallar El Kitabı. McGraw-Hill. ISBN  0-07-049439-8 .
• Wiberg, E. ve Holleman, AF (2001). İnorganik kimya. Elsevier. ISBN  0-12-352651-5