电容灾难

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在主板上爆浆的Chhsi电解电容

电容爆浆指电子产品因电容器使用寿命提早结束而造成的损毁现象，多发生在主板、显卡、日光灯稳定器及个人电脑的电源供应器上。电容灾难（Capacitor plague）也指1999年至2007年间的非固态铝电解电容器故障率超出预期[1][2]。

20世纪90年代，以红宝石（Rubycon）为首的日本厂商开始研发一种新型、低内阻的水基电解电容。这种电容以70%的水填充，其具有价格低廉、性能优良等特点，尤其具备低ESR与高耐压的特色。然而，水基电解液具有腐蚀性，导致电容无法长期稳定工作，这是水基电容研发早期的重大技术障碍。经过多年的技术攻关，日本学者鹈沢滋（Shigeru Uzawa）领导的研究团队终于在90年代末成功研发出一种混合型抑制剂，解决了铝电容氢化的难题。随后于1998年，红宝石公司推出了ZL和ZA两个系列的新产品，其含水量为40%，工作温度范围可达 −40-105°C，这是水基电解电容首次得到生产运用。随后的电解液中，水的比重提升到70%。其他制造商，如NCC、Nichicon与Elna也很快推出了自家的同类产品。

在此期间，一名研究员离开红宝石，转为另一中国公司工作，并复制了ZA和ZL系列电解液。而后，中国公司有几名员工携带配方离开，并将其出售给许多位于台湾的电解电容厂商，[3][4]且售价比日本公司更为低廉。然而，这几名管理人员手中的配方并不完整，缺失了对电容长期稳定工作至关重要的化学成分，导致电解液灌入铝电容后不再稳定，会与铝发生化学反应，产生氢气。[5][6][7][8]这些电解电容随后以“低阻抗”、“低ESR”、“高纹波电流”[需要解释]、“耐压100V”大规模进入消费电子市场。

此问题发现于1999年，但在2000年中此种电容器仍常用于制造，但直到2007年，当世界各地的多数代工制造商已得知此消息（通常在使用产品一年多后会出现问题）进而修正缺失时，仍有瑕疵电容投入使用。[9]由于瑕疵电容内错误的电解液成分会产生氢气，进而导致电容器膨胀变形，最终会使电解液泄漏，还有少数案例中瑕疵电容导致爆炸。

影响方式

最早发现的主板上的瑕疵电容可追溯至Socket 7主板，且影响时间所及最近[何时？]制造出来的主板。主板厂商制造含瑕疵电容板的电容是来自于其他制造厂，这也不单单只出现在PC零组件上，第一代的iMac G5[10]与部分eMac[11]也受影响。

电容器损坏的电源供应器

当电容灾难大范围地影响台式机硬件时，此状况并没只限于该领域。在部分相机、网络交换器、音响配件、DVD播放机等也都发现瑕疵电容。甚至有些汽车的ECU也发现使用这些电容。不过，电脑零件是最常发现这些电容的踪迹。

这些使用了瑕疵电容的组件还是使很多人发怒，特别像是主板主要配置的高质量电容中有一两颗瑕疵电容，导致指控部分主板厂商此举为“有项目的损毁”。有个例子是这些瑕疵电容（通常会在半年内损毁）还是制造出来，且还是被制造厂选用进去。

在2005年5月，有些迹象显示出在iMac、英特尔、戴尔主板内有瑕疵的尼吉康（英语：Nichicon）电容是由于其他问题（填充过量电解液的电容）而导致，而并不是因为错误的电解液成分所造成。然而，正常的电容在系统的作用效果与自身的物理性质与瑕疵电容是一样的，不过还是要识别出来，而且要修复它。（只有Nichicon HM与HN系列电容受影响）

症状

无论多细微的顶端膨胀，都意味着该电容失效。

检验电容最常用的方法就是用眼观察。瑕疵电容会表现以下几种征兆：

  • 电容顶端凸起。（只会在顶端有T字、Y字、十字压力线表现。而压力线的设计是为了使爆炸的压力转为凸起裂开）
  • 戴尔Optiplex GX270s系列个人电脑在重启时经常出现"Thermal Event"消息。
  • 底端橡胶塞突出，因而导致电容底座弯曲。
  • 电容内的电解液（棕色黏性物质）漏出到主板上。
  • 电容顶端变形，看得到棕色物质，或是变形端有看得到的洞。
有瑕疵的 Choyo 电容内的电解液漏出主板上。

当电容使用时间变久，电容量会逐渐降低而ESR（等效串联电阻）会逐渐增加。这种情形发生后，电容就无法充分的提供内部的直流电至主板，造成系统不稳。而系统部分共同的征兆如下：

  • 有时候无法开机，必须按“重启”按钮或者重新启动
  • 不稳的系统（经常死机、BSOD、内核错误（kernel panics）等），特别是该征兆发生频率随时间增长。
  • CPU核心电压或其他系统电压严重波动或超出范围，可能连带提升CPU温度。
  • 存储器错误，而发生频率随时间增长。
  • 非人为自动重启。
  • 在主板内置显示，部分显示模式出现不稳画面。
  • 无法完成加电自检，或刚完成即重启。
  • 无法开始加电自检，风扇转动但是系统死机。
瑕疵的 Tayeh 电容在顶端的铝壳有变形现象。

不像物理特征是显而易见的，很多系统状态可能会由于其他因素造成，像是使用坏的电源供应器、灰尘妨碍风扇运作、损坏的存储器等其他硬件问题。通常不稳定的状况是当操作系统运作中，可能遇到的软件问题(像是部分的恶意软件、糟糕的驱动程序或软件)，而且不是起因于硬件问题。如果这些症状发生，将主机壳开启，检查电容，特别注意CPU周围的电容，可立即检查电容状态。如果没有物理现象，示波器能够检验电容的电压，如果出现极端的电压波折表示著这颗电容并没有正常运作。

产生瑕疵电容的原因

在部分案例，制造瑕疵电容根本的原因是产业间谍的情报错误。部分台湾电解液厂窃取未完成的电解液成分，而且缺乏制造稳定电容所需成分。[12]（非腐蚀性成分由于工业竞争并未公开）

当瑕疵电容充电的时候，水基的电解液将会变得不稳定，进而产生氢气。由于这些电容是用铝壳将它封存，这些压力使得电容顶端开始变形，或封闭接头的橡胶被挤下来。直到当压力超过金属壳的伸展性以后，将会从橡胶底爆出来，或是从电容顶端爆出来。当一个电解电容器爆裂的时候，会出现爆炸声与一个嘶嘶声杂音，甚至是小爆炸。这个现象通常会使内部变得杂乱，而为了避免酸性的电解液进一步的侵蚀主板，一定要清除干净。

电容检验

失效的电容器一般都会造成像上述系统不稳定的状况，有时候，失效的电容器将在主板上导致电压调节器失效。主要有二个理论可以解释为何发生此状况。

第一种较易懂的情况是这类失效的电容会有非常高的漏电流，过高负载的电压调节器会造成过热而失效。 第二种情况是当电容值减少且ESR值增加，电压调整器内的降压调节器为了补偿负载而增加交换频率。因为 MOSFET 在交换过渡期间会产生热量，频率增加而导致过热而失效。

从电脑电源供应器取出的电容，发现测试数值是异常的低。

一颗失效的电容标示著 2200 µF，但是可能只能存储 75 µF 的电量。长时间的使用，50%的衰退是可以被预期的，但是不可能衰退到只剩 5%。降压交换调节器却会被如此低的电量使得稳定性大打折扣，而且调节器的电压波动可能会大于链接至IC的建议最大波动值。

最普遍的情况是，当电压调节器坏掉时将会从电源供应直接传导至设备，导致从电源供应器输出的12V或5V电源直接输入至CPU、北桥、存储器及其他组件，而这些组件将烧毁。当主板发现使用有瑕疵的电容器就应该被拿出处理，直到修理完毕，避免进一步的损害。

参考资料

  1. ^ D. M. Zogbi. Low-ESR Aluminum Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems (PDF). Passive Component Industry (Paumanok Publications). September 2002, 4 (5): 10, 12, 31 [2015-11-03]. （原始内容 (PDF)存档于2016-03-03）. 
  2. ^ The Capacitor Plague, Posted on 26 November 2010 by PC Tools. [2017-10-18]. （原始内容存档于2017-10-09）. 
  3. ^ D. M. Zogbi. Low-ESR Aluminium Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems (PDF). Passive Component Industry (Paumanok Publications). September 2002, 4 (5): 10, 12, 31 [2018-06-15]. （原始内容 (PDF)存档于2016-03-03）. 
  4. ^ Low-ESR Aluminium Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems (PDF), Molalla, （原始内容 (PDF)存档于26 April 2012） 
  5. ^ Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K. Faults & Failures: Leaking capacitors muck up motherboards. IEEE Spectrum. February 2003, 40 (2): 16–17 [2014-08-22]. ISSN 0018-9235. doi:10.1109/MSPEC.2003.1176509. （原始内容存档于5 January 2018）. 
  6. ^ Motherboard Capacitor Problem Blows Up. Silicon Chip. AU. 2003-05-11 [2012-03-07]. （原始内容存档于14 June 2012）. 
  7. ^ Hillman, Craig; Helmold, Norman, Identification of Missing or Insufficient Electrolyte Constituents in Failed Aluminium Electrolytic Capacitors (PDF), DFR solutions, 2004 [2 January 2009], （原始内容存档 (PDF)于26 June 2011） 
  8. ^ Low-ESR Aluminum Electrolytic Failures Linked to Taiwanese Raw Material Problems. [16 March 2022]. （原始内容存档于22 June 2017）. 
  9. ^ Badcaps.net - Badcaps Home. [2007-08-19]. （原始内容存档于2021-05-08）.  070405 badcaps.net
  10. ^ Apple iMac Repair Extension Program. [2007-08-19]. （原始内容存档于2007-03-15）. 
  11. ^ Apple eMac Repair Extension Program. [2007-08-19]. （原始内容存档于2013-09-26）. 
  12. ^ Yu-Tzu Chiu; Moore, S.K. Leaking capacitors muck up motherboards. Spectrum, IEEE. February 2003, 40 (2): 16–17. 

外部链接

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