Guide: Hvordan bytte kondensatorer på eldre hovedkort

[Thorsen]

Jeg synes vi trenger noen guider og slikt her i elektronikkforumet så tenkte jeg skulle skrive ned en liten guide. Det er nok også andre enn meg som ønsker å kunne bruke sine gamle hovedkort i lang tid fremover.

 

Problemet

 

Eldre hovedkort spesielt fra socket A og socket 478 tiden er plaget av dårlige elektrolyttkondensatorer som ryker. Dette fører i første rekke til at maskinen blir ustabil og etter hvert som flere og flere kondensatorer ryker vil hovedkortet bli ubrukelig. En ødelagt elektrolyttkondensator kjennetegnes ved at den buler, og man vil gjerne se at gugge har lekket ut. Se figur 1 nedenfor.

 

 

Figur 1. Kondensator 3 og 5 fra venstre viser tydelige tegn på å være ødelagt

 

 

 

Så lenge feilen oppdages i tide er det normalt mulig å bytte kondensatorene før andre deler på hovedkortet ødelegges som følge av kondensatorene, men det kan selvfølgelig skje at andre komponenter ryker som følge av økt belastning. Dette er det vanskeligere å oppdage visuelt. Det kan nevnes at jeg personlig har jeg byttet kondensatorer på 2 hovedkort, 1 skjermkort og en Mist PSU (Fuhjyyu anyone ) alle med suksess.

 

Grunnene til at kondensatorene ryker er mange. Den første og kanskje mest kjente er den såkalte kondensator pesten (Capacitor Plague). Det er spekulert i om dette skyldes alt fra dårlig utført industrispionasje til at produsentene med vilje har brukt dårligere råvarer for å spare penger. Uansett er det ikke til å stikke under en stol at mange av dagens produsenter av elektronikk fokuserer på pris og ikke minst størrelse, langt mer enn de kanskje burde.

 

Kondensatorene på et hovedkort er typisk utsatt for høye rippelstrømmer, rippelstrømmer er raske strømtrekk som kan komme som følge av digitale kretser, eller like ofte som følge av switsjede spenningsregulatorer. For å takle raske rippelstrømmer er det viktig at kondensatorene er laget for dette, kondensatorene på bilde ovenfor er for eksempel spesifisert for rippelstrømmer opp mot 2,8A ved en frekvens på 100kHz. Men dersom kondensatoren utsettes form denne strømmen og den spesifiserte makstemperaturen på 105 grader C har akkurat denne typen ikke en lenger forventet levetid enn 2000 timer. Noe som ikke tilsvarer mer enn rett under 3 måneder! Heldigvis kan levetiden økes betraktelig dersom temperaturen og strømmen senkes, det er ikke uvanlig at levetiden dobles for hver 10 grader C temperaturen senkes. Uansett illustrer dette at hovedkortprodusenten bør tenke på mye mer enn bare om kondensatoren faktisk er spesifisert til å tåle den strøm og spenning den blir utsatt for.

 

Personlig tror jeg mye av problemene med disse kondensatorene også skyldes elektronikkprodusentenes ønske om små fysiske størrelser. Dette ser vi gjerne igjen da vi skal bytte ut kondensatorene, det er vanskelig å finne tilsvarende kondensatorer uten å gå opp i størrelse. Elektronikkprodusentene bruker derfor gjerne produkter som balanserer på grensen av hva som pålitelighets sett er minimal fysisk størrelse. Samtidig er det ikke til å stikke under en stol at flere har valgt kondensatorer fra upålitelige produsenter (deriblant MIST, les mer om dette i den nå nesten klassiske tråden til ArcticOC, det er også ganske morsomt å merke seg hvordan Microplex som er leverandør av MIST her, først avfeier hele problemstillingen før de etterpå kryper til korset og også den dag i dag bruker japanske kondensatorer som en salgsgrunn). Det finnes faktisk også en stor del uekte kondensatorer på markedet, typisk kopieres utseende til kjente japanske merker som Panasonic og Sanyo.

 

Løsning

 

Problemet har heldigvis en enkel løsning. Til og med de med bare enkel trening i bruk av loddebolt vil ha få problemer med å bytte kondensatorer, i alle fall på hovedkort. Dette forutsetter selvfølgelig at det bare er kondensatorene som er dårlige og at ikke andre komponenter også er ødelagt.

 

Finne passende kondensatorer

 

Det første steget på veien blir å finne ut hvilke kondensatorer som står på hovedkortet. Heldigvis er de fleste elektrolyttkondensatorer godt merket. Figur 2 viser et nærbilde.

 

 

Figur 2. Kondensatormerking

 

 

 

Som vi ser på bildet er dette kondensatorer i KZG serien (fra Nippon Chemi-Con, et enkelt googlesøk vil kunne fortelle deg dette). Videre er kondensatorene spesifisert for en maksimal spenning på 6,3V og har en størrelse på 3300uF (mikroFarad). Ved å finne databladet (se bunnen av posten) til kondensatorene kan vi videre finne annen nyttig informasjon, som at dette er lav ESR kondensatorer (Lav ekvivalent serie-motstand), med en spesifisert rippelstrøm på 2800mA og en forventet levetid på 2000 timer ved 105 grader C. Nesten alle kondensatorer på hovedkort vil være lav ESR kondensatorer.

 

Så det vi trenger er kondensatorer med:

 

-Lav ESR

-Høy spesifisert rippelstrøm

-En spesifisert spenning på minst 6,3V

-En størrelse på ca 3300 uF.

 

Ikke minst er størrelsen viktig, enten ved å bruke databladet som vi finner via et googlesøk, eller ved å måle kondensatorene finner vi ut at:

 

Avstanden mellom beina (pitch) er 5mm

Tykkelsen på beina er 0,6mm

Diameteren på kondensatoren er 10mm

Høyden på kondensatoren er 25mm

 

Ofte er det trangt på et hovedkort både i bredden og høyden, så den fysiske størrelsen blir ofte den mest avgjørende faktorene.

 

Det neste steget er nå å ta turen innom din favoritt leverandør av elektronikk, her nevner jeg noen:

 

Elfa: www.elfa.se

Digikey: www.digikey.com (sender fra usa)

RS Components: no.rs-online.com

Farnell: no.farnell.com

 

De to siste selger dessverre normalt ikke til privatkunder.

 

Når det gjelder merker anbefaler jeg personlig at du kjøper kvalitet, det kan nevnes følgende:

 

Panasonic

Rubycon

Sanyo

og også Nippon Chemi-Con (Selv om KZG serien har vist seg å ikke være verdens beste kondensatorer)

 

Etter å ha søkt litt rundt endte jeg selv opp med to passende alternativer, henholdsvis fra FM serien og FK serien til Panasonic. Både FM og FK serien er lav ESR kondensatorer, men FM serien er hakket bedre enn FK serien.

 

Dessverre passet ingen perfekt til de fysiske størrelsene. FM alternativet var 12,5mm i diameter, altså litt bredere, men like høy som KZG kondensatorene. FK alternativet var på sin side like bredt men 5mm høyere. Dette er typisk, det er som nevnt tidligere vanskelig å finne kondensatorer som er like små som de hovedkortprodusentene bruker.

 

Da det på mitt hovedkort er relativt god plass mellom kondensatorene falt valget på FM, disse kondensatorene har i tillegg en spesifisert rippelstrøm på 3190mA og en levetid på hele 7000 timer ved spesifisert strømtrekk og en temperatur på 105 grader C. (Jeg fikk tak i 10V versjonen). For kjøp i små menger ligger prisen på under 10 kr stykk, så kostnaden er ikke avskrekkende.

 

Link til alternativene jeg fant:

 

Panasonic FM

Panasonic FK

 

Selve utskiftningsprosessen

 

Lodde av de gamle kondensatorene

 

For denne delen av prosessen trenger du en loddebolt. Lodd først av de gamle kondensatorene, det kan være fordelaktig å ha en bred loddespiss slik at begge beina kan varmes opp samtidig, se figur 3.

 

 

Figur 3. Bred loddespiss

 

 

 

Start med å lodde av de gamle kondensatorene, da hovedkortet sannsynligvis er loddet med blyfritt tinn, og inneholder store jord og spenningsplan som må varmes opp, er det nødvendig med mye varme. Pass også på at du finner de riktige komponentbeina når du lodder kondensatorene av fra baksiden. En justerbar skrustikke som vist i figur 4, vil være til stor hjelp. Da kan du varme den komponentbeina fra baksiden samtidig som du drar ut kondensatorene.

 

 

Figur 4. Justerbar Skrustikke

 

 

 

Etter avlodding ser hovedkortet typisk ut som i figur 5. Som man ser er hullene normalt tettet med overskuddstinn, dette kan fjernes med loddelisse, kobber wick (Solder wick) (For tips se kommentaren til the-wizard nedenfor) . Alternativt er det godt å ha en drill tilgjengelig for å bore opp hullene. Du trenger dog et veldig tynt bor, typisk vil 0,6m være bra, altså like tynt som komponentenes bein. Se figur 6. Pass uansett på, en slik tynn bor har veldig lett for å knekke så man må bruke minimalt med kraft, samtidig må du være stødig på hånden, hvis ikke borrer du fort et hull der det ikke skulle vært hull. Som the-wizard poengterer nedenfor må du ikke borre bort selve gjennompletteringen, det skal være et ledende lag rundt innsiden av hele hullet. Er du spesielt redd for hovedkortet kan du droppe drillen og bruke mer tid med loddelisser. Resultatet etter oppboring av hullene vises i figur 7.

 

 

Figur 5. Avloddet hovedkort med tette hull

Figur 6. Dremel med liten bor

Figur 7. Oppborrede hull

 

 

 

Lodde på de nye kondensatorene

 

Nå er det på tide å lodde på de nye kondensatorene. Det er viktig å merke at elektrolytt kondensatorer er polariserte enheter, det vil si at det er viktig at deres + og - side havner rett. Minus siden er normalt godt merket på kondensatorene som en langsgående linje med rektangulære minustegn inni, se figur 8. Normalt vil det hvite feltet på hovedkortet svare til minussiden, men det er ingen regel uten unntak. Asus bruker det hvite feltet til å markere positiv side (idiotiske Asus). Uansett dersom du lodder kondensatorene med samme polaritet som de du loddet av skal du være trygg.

 

 

Figur 8. Minussiden er vendt opp i dette bildet

 

 

 

Sett de nye kondensatorene inn, dersom du som meg har valgt litt fysisk større kondensatorer kan dette føre til en liten utfordring. Pinnene bak bøer du slik at kondensatorene ligger stødig helt inntil hovedkortet, se figur 9.

 

 

 

Figur 9. Bøyde pinner holder kondensatorene på plass

 

 

 

Så er det bare å finne frem favorittloddetinnet og sette i gang. Husk å bruke god varme og ikke for mye loddetinn. Personlig foretrekker undertegnede blybasert loddetinn selv om det ikke er så populært blant Oddekalv. Pinnene klippes så ned med en avbitertang.

 

 

Resultatet

 

Resultatet er vist i figur 10, som man ser står kondensatorene litt bøyd ut fra hverandre på grunn at det ble litt trangt. Undersiden av hovedkortet er vist i figur 11. Med CPU-kjøleren montert som i figur 12 ser dere hvorfor jeg ikke kunne velge høyere kondensatorer.

 

 

Figur 10. Nye kondensatorer

Figur 11. Undersiden av hovedkortet, kan du se hvilke loddinger som er nye ?

Figur 12. CPU kjøler montert

 

 

 

Kilder/Datablad:

 

KZG Serien.

KZG.pdf

FM Serien.

FM.pdf

FK Serien.

FK.pdf

 

Edit: Fikset noen skrivefeil her og der

Endret 3. oktober 2010 av Thorsen

[Malvado]

Super Guide!

Tror nok at mange kan få godt nytte av denne guiden , så stor Thumbs up for deg ;-)

[Thorsen]

Ja kjekt om noen får bruk for det.

 

Kan legge opp et bilde fra hvilke resultater jeg fikk da jeg målte noen av de avloddede kondensatorene fra KZG serien.

 

 

Nr 1 og 3 fra venstre er ødelagte.

Endret 26. august 2010 av Thorsen

[the-wizard]

Etter avlodding ser hovedkortet typisk ut som i figur 5. Som man ser er hullene normalt tettet med overskuddstinn, dette kan fjernes med kobber wick (Solder wick). Men ofte er det godt å ha en drill tilgjengelig for å bore opp hullene. Du trenger dog et veldig tynt bor, typisk vil 0,6m eller 0,8mm være bra. Se figur 6. Pass uansett på, en slik tynn bor har veldig lett for å knekke så man må bruke minimalt med kraft, samtidig må du være stødig på hånden, hvis ikke borrer du fort et hull der det ikke skulle vært hull. Resultatet etter oppboring av hullene vises i figur 7.

Jeg vil gjerne få fraråde å bruke borr til å fjerne overskuddstinn.

I hovedkortet sitt kretskort kan det gjerne være opptil 8 kobberlag(gjerne fler og) der 6 av de er såkalte innerlag. dvs at det er kobberbaner og jordingsfelt inne i kretskortene(se for dere kretskortet som 8-lags kryssfiner)

Bruker man et for stort bor og bommer så kan man veldig lett borre vekk koblingen mellom gjennompletteringen(kobberet som ligger i veggene på hullet) og et innerlag(eller fler)

 

for å fjerne tinnet kjøper man en rull med loddelisse feks fra elfa: https://www.elfaelektronikk.no/elfa3~no_no/elfa/init.do?item=82-488-97&toc=19731

Denne legges mellom loddepunktet og bolten og suger da til seg tinnet. fjern bolt og lisse samtidig, så lissen ikke fester seg til loddepunktet og du river det vekk. IKKE bruk mye kraft når man holder bolten mot lissen og loddepunktet.

hvis man sliter med varmeoverføring og ikke får ut tinnet, så tilfører man litt nytt loddetinn på lissen når man holder den nedpå med bolten(jobb raskt så du ikke korroderer lissen). det nye tinnet vil hjelpe på varmeoverføring, og hvis det er blyholdig tinn man tilfører, så vil det hjelpe å senke smeltepunktet til det blyfrie tinnet på hovedkortet.

 

 

Jeg vil og anbefale sterkt å øve seg litt på et gammelhovedkort som gjerne det ikke er så nøye med. utlodding og tinnfjerning er en kunst om kan være vanskelig selv for en fagmann.

 

Hvis man skal lodde ut overflate monterte ic'er og andre ic'er med mange bein eller store flater kan jeg sterkt anbefale http://www.chipquikinc.com/ Dette er et tinn som holder seg flytende i noen få sekunder, slik at man får smeltet alt tinnet og kan da bare løfte opp ic'en. Mye raskere og billigere enn varmluft. et minus er at man bør anse den fjernete ic'en som defekt pga mye oppvarming som kan forringe icen.

 

hvis noen lurer: jeg har 4års erfaring med lodding og er sertifisert av DNV/IPC til å lodde på klasse 3 produkter(Olje, undervann, medisinsk, militær utstyr)

[traskas waits for alice]

Gjorde faktisk dette en del når jeg holdt på med overklokking for en del år siden, og da var aktivt bruk av loddelisse veldig kjekt da det ble ganske rent for loddetinn rundt der du skulle fjerne noe. Brukte også da kondensatorer med en større kapasitet farad, pga overklokking, og for at dette ikke skulle bli trangt og knotete, brukte jeg 4-5cm lange ledninger på alle kondensatorene så de slapp å stå sammenstablet på hovedkortet.

[Thorsen]

Jeg vil gjerne få fraråde å bruke borr til å fjerne overskuddstinn.

 

Takker for kommentar, tipset er lagt til i guiden.

 

Når det gjelder bytte av kondensatorer med tanke på bedre specs ved overklokking ville jeg nok også tatt hensyn til hele kondensatorens frekvensrespons og ikke minst ved hvilken frekvens størrelsen i Farad er målt. Rippelstrømmen vil jo typisk også øke. Samtidig tror jeg effekten vil være større av å legge til ekstra avkoblingskondensatorer på hver belastet komponent kontra å bytte de store elektrolyttene. Merket du forresten noe endring i hvor langt du kunne overklokke traskas?

[traskas waits for alice]

Jupp, merket dette når vi doblet farad'en, så kunne vi få mer stabil og høyere volt som igjen ga det ekstra på en P4 rigg så vi pressa ut alt fra 8-15% mer overklokk etter hvilken cpu vi testa med.

[sofTest]

Jeg vil gjerne få fraråde å bruke borr til å fjerne overskuddstinn.

I hovedkortet sitt kretskort kan det gjerne være opptil 8 kobberlag(gjerne fler og) der 6 av de er såkalte innerlag. dvs at det er kobberbaner og jordingsfelt inne i kretskortene(se for dere kretskortet som 8-lags kryssfiner)

Bruker man et for stort bor og bommer så kan man veldig lett borre vekk koblingen mellom gjennompletteringen(kobberet som ligger i veggene på hullet) og et innerlag(eller fler)

 

Enig. Ett bedre alternativ for å åpne opp hullene, er å kjøpe et spisst tannlegeverktøy av rustfritt stål. Loddetinn fester seg ikke til rustfritt stål. Varm opp det tette loddepuntet, og stikk tannlegeverktøyet igjennom fra andre siden, fjern først loddebolten og så tannlegeverktøyet, så er hullet åpent.

Endret 29. mai 2011 av sofTest

[minimax]

Jeg kom over denne 40W avloddings-loddebolten hos Farnell for rundt hundrelappen, og har bare såvidt fått testet den. Men så langt virker den veldig lovende!

 

Jeg har brukt tinnsuger i mange år med varierende hell, men et problem er bla. at loddebolten kommer i veien mens man varmer opp og deretter suger opp tinnet. Med denne varmer man opp og suger bort tinnet samtidig!

[tingo]

Pirk: ikke samtidig, du må fortsatt varme opp først - men, du får gjort alt uten å måtte fjerne loddebolten først.

[Thorsen]

Virker som en god løsning, hører gjerne mer når du har fått prøvd den ut litt mer. Jeg har samme erfaring som deg med vanlige tinnsugere, spesielt på tykkere kort. Det blir fort mye stress og en ender opp med å varme paddene alt for lenge med de resultatet av at både padde og kretsbaner løsner fra kortet.

 

Kan ellers legge til at hovedkortet som ble fikset i denne guiden fortsatt virker i dag

[minimax]

Flott guide Thorsen!

Og bra jobbet ettersom kortet fortsatt fungerer 7 år senere

Et spørsmål: hvilke kondensatorer skifter du ut? Er det snakk om absolutt alle elektrolytter man kommer over, eller bare de nær strømforsyningen? Og bruker du et måleinstrument? Jeg har hørt om såkalte ESR metre der man måler motstanden inni en kondensator som skal være minst mulig, og de finnes bla. som byggesett på eBay (søk etter "ESR meter" eller "ESR tester") for knapt 100-150 kroner! Jeg vet ikke hvilke som er bra, men har vurdert å kjøpe et eller annet slikt. Har også hørt at med noen slike måleinstrumenter kan man måle ESR uten å avlodde komponenten først!

 

Tilbake til avloddingslodebolten jeg nevnte tidligere: jeg har nå fått brukt den litt og jeg kan nevne at den først var problematisk da fjærmekanismen som suger sjelden lot seg "låse". Veldig irriterende. Da skrudde jeg den fra hverandre og snudde "utløserknappen" og etter det har den fungert helt fint. 40W er passe (smelter loddetinnet mye bedre enn min 25W loddebolt) og den suger bort loddetinnet veldig bra. Faktisk har det hele gått som en lek etter at jeg fikk ordnet knappen. Det eneste er at den blir ganske varm å holde i, så man kan ikke ha denne stående på i flere timer men heller plugge den ut nå og da. Verdt hundrelappen (mener jeg det kostet om jeg ikke husker feil) -absolutt! Med denne tenker jeg at det blir mindre risiko for kretskortene og mindre stress. Anbefales!

[Thorsen]

Jeg har selv i hovedsak bare byttet kondensatorer som er dårlige/defekte.

Typisk kan du se visuelt hvilke kondensatorer som er dårlige. Toppen buler gjerne oppover og det vil i mange tilfeller også tyte gugge opp fra toppen eller bunnen av dem. Finner du en dårlig kondensator kan du like gjerne bytte alle kondensatorer av samme type på kortet.

 

Det er vanskelig å måle "in circuit", da du på ingen enkel måte kan vite eksakt hva du måler. Det kan gjerne være flere parallellkoblede eller seriekoblede komponenter. Er det flere parallellkoblede kondensatorer der bare en er dårlig så er det ikke direkte enkelt å måle seg til dette. Er det bare en kondensator i kretsen så kan denne i de fleste tilfeller måles "in circuit".  I post nr. 3 vil du se at jeg målte de gamle kondensatorene enkeltvis etter at jeg hadde loddet dem av. Som du ser er det to av dem som er dårlige, mens to av dem enda ser ut til å være innenfor spec. Husker ikke helt hva jeg brukte, men tror det var et dyrere multimeter med C og ESR måling.

 

Tror nesten også jeg må ta med den avloddingsbolten neste gang det bestilles fra farnell, koster jo heller ikke noe.

[Malvado]

Dårlige kondensatorer og dårlig kjøleløsninger på hovedkort brikkene er som regel gjengangeren hos mange produsenter, selv den dag i dag, personlig vil jeg anta at levetid på en del av disse er omtrent 5 år nettopp pga at de ønsker at vi skal bytte ut...

 

Har stor koset meg med et ganske så solid Asrock build ( ser ut som alle caps er Japanske ) , deilig å se at noen produsenter ser ut til å velge ok komponenter i forhold til andre der de velger ganske så bedritne komponenter om du kjøper billig.