doc drawn up: 2004-10-01 .. 2009-09-30

コンデンサ交換

典型的症状

暑い夏に長時間運用をしていると、コンデンサの消耗が激しくなり、膨張・液漏れに至ることがある。そうやってほとんど寿命の切れかかったコンデンサの性能低下が、秋になって気温が涼しくなると急に表面化することがある。最初は、何の前触れもなくパソコンの電源がシャットダウンしてしまったり、電源を入れても立ち上がりにくく、何度かリセットしたり“暖機運転”する必要が生じたりする。このシャットダウン現象や、暖機運転を要する場面がだんだんと頻繁になってくるとそのうち一週間ぐらいで完全に立ち上がらなくなる。怪しいと思ったら、コンデンサに異常がないかどうか確認した方がいいでしょう。(※ただし、コンデンサ異常は、M/B の場合と電源ユニットの場合の 2 通りが考えられる点には留意してください)

判断方法

電源系の故障は、上流から特定しましょう。上流とはすなわち、電源ユニット。電源ユニットの電圧の安定化性能が低下している場合、下流の M/B のコンデンサを交換したとしても、症状が再発することになります。

実はこう書いている僕自身、そのことは前々からわかってはいたが、電源ユニット自体を丸ごと交換するのはそれなりにコストがかかるので、意図的に避けていた。それで今回(2008-10-23)、大丈夫だと思っていた電源ユニットが原因のトラブルが発生したにもかかわらず、原因の特定に至るまで、一番遠回りしてしまった。コンデンサには目視上の異常は見られなかったので、CPU を別のものと交換したり、拡張カードを付け替えてみたりと、時間的精神的に無駄に消耗した。

電源ユニットの電圧測定は、実は簡単にできます。特定のピンをショートさせてスイッチを ON にし、3.3/5.0/12.0V の各電圧が正常に出力されているかテスターで調べるだけ。電源ユニットの性能が劣化してくると、降圧性能が弱ってくるので、電圧が本来よりも高くなります。詳しい説明は、他の方がまとめている Web ページ(Oh! T-VAIO)を見つけたので、そちらを参照ください。

余談:今回はメイン機の GA-6VTXE だったので、かなり必死になって解決したが、一時は、新しいマシンを組むことも覚悟したほどだった。実は、初夏に、弟が使っていたお古の EP-3VCA の方が調子が悪くなり、コンデンサの半田付けがいい加減だったのかもと、半田吸い取り器を使って一度外して、きれいに付け直したのに、電圧が全くおかしな値だったので、「こりゃだめだ」と完全にあきらめて捨ててしまった。メイン機でテストしたときには問題のなかった電源ユニットでテストしたので、電源ユニットが原因とは思っていなかったからだ。失敗した。まあ、ITMedia の記事(PCメンテナンス&リペア・ガイド)では、プロでも見わけるのが難しいとは言ってますけどね……。

交換方法

基本的に2ちゃんねるのコンデンサスレッドで紹介されていた方法を参考にした。半田ごても同スレッドで紹介されていた電力切り替えトリガー付き半田ごて TQ-95 に TQ-95 用の細めのこて先 TQ-77RT-SB を付けて使った。コンデンサを引き抜いた後のスルーホールの半田の除去方法は、同スレッドで紹介されていた方法のうち、「スルーホール裏側を半田ごてで熱しつつ、文具用ゼムクリップの鋼線をスルーホール表側から突き刺す」というやり方を使った(鋼線はラジオペンチで挟んで使用した)。さらに残った半田は、基板を平置きにして机の端に置き、下からスルーホール裏側を真上向けに立てた状態の半田ごてで熱すると、熔けた半田(少量)がそのままこて先に流れ落ちてくるのを利用して、こて先を半田吸い取り線やこて台の耐熱スポンジなどで拭き取りつつ繰り返す、というやり方を根気強く続けることで、おおかた除去できた。

半田除去後は、普通に半田付け(今回、半田ごてを回すと半田が基板側に流れ込んでくれるという半田付けの一般的なコツの意味に初めて気付いた……)。ニッパーでリード足を切って仕上げ。

Gigabyte GA-6VTXE (Rev 1.0)

図※カッコ()中はサイズ(mm)で、自分で計ったものなので、公称値と多少違っている可能性もある。

VIN

交換前:CHOYO XR 09ZB 105℃ 6.3V 1200μF (10φ×16L)

交換後:日本ケミコン KZE 105℃ 16V 1200μF (10φ×25L)(定格リプル電流@105℃/100kHz: 2150mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 4000 時間 / 最大インピーダンス@20℃/100kHz: 0.022Ω)

電源ソケットの左側には、VRM(Voltage Regulation Module)(定電圧回路)関係の素子が集まっているようだ。Vin は VRM の電力の入口に相当する。VRM は電源装置から電源ソケット経由で供給されてきた 5.0V 電源を使っており、まずはこの 2 個のコンデンサでリプル波を吸収して平滑化するのである。

最初にこの M/B が故障した時は、この 2 個のコンデンサが頭部膨張&異常発熱していた。そのため、VRM が正常に機能しておらず、CPU に定格電流が供給されていなかった。すなわち、VRM の下流に相当する、Vcore と Vtt の位置のコンデンサの電圧が、0.6 ~ 0.7V 程度の低電圧を示しており、かつ電圧が揺れ動いて安定していなかった。

Vin を交換後は、VRM が再び正常に機能するようになり、Vcore も 1.42V 程度で安定し、PC が正常起動するようになった。

VCORE

交換前:OST(I.Q) RLX 0145 105℃ 6.3V 3300μF (10φ×25L)

写真交換後:ニチコン HN 105℃ 6.3V 3300μF (10φ×25L)(定格リプル電流@105℃/100kHz: 3190mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 2000 時間 / 最大インピーダンス@20℃/100kHz: 0.009Ω)

VRM の出力側(Vout)すなわち 1.42V の Vcore(コア電圧)の電圧安定化に関与しているコンデンサは、CPU ソケット周囲に逆コの字を描いて設置されている。6 個のランドのうち、2 個が空きランドとなっている。現状では、総容量は、3300μF × 4 = 13200μF だから、空きランドを埋めて 6 個のコンデンサに交換するとしたら 1 個 2200μF にするという手もある。だが、空きランドの存在は、試作段階では 6 個だったものを商品化の段階で 4 個すなわち 2/3 にケチって減らしたということを暗示していると考えられる。どうせ修理するのなら、試作段階の状態に戻して総容量を 3/2 にしてそのまま 3300μF × 6 という構成にするのも手だと思って、そうしてみた。

AGP VDDQ

交換前:LUXON LD 1091(V) 105℃ 25V 330μF (10φ×15L)

交換後:OS-CON(6SA330M)105℃ 6.3V 330μF (10φ×11.5L)(定格リプル電流@45℃/100kHz: 3500mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 2000 時間 / 最大インピーダンス@?℃/100~300kHz: 25mΩ)

AGP 直上の 3 個のランドは AGP 4X 用の 1.5V 電力(AGP VDDQ)のバラスト電源のようだ(実測値 1.52V。電源の供給源は、後述の RC1585M の可能性がある)。Vcore の場合と同様に、3 個のランドのうち 2 個だけが実際に使用されているので、やはり商品化の段階で 2/3 に減らされた可能性が高い。この M/B が作られた時分より後になって、AGP のビデオカードの電力消費が急激に上昇したので、元からの 330μF × 2 = 660μF という総容量では、非力に思われる。当然、交換するならば、330μF × 3 の構成にしてみるべきだろう。

5.0V 電源バラスト

交換前:LUXON LD

追加:OS-CON(6SA330M)105℃ 6.3V 330μF (10φ×11.5L)(定格リプル電流@45℃/100kHz: 3500mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 2000 時間 / 最大インピーダンス@?℃/100~300kHz: 25mΩ)

電源ソケット経由の 5.0V 電力をバラスト用のランドは 4 個あるが、実際には、USB ソケット脇にある、USB のバスパワー供給用のものしか装着されていない。バラスト電源は、該当する拡張スロットのすぐ上流側に位置するのが理想のようである。つまり、5.0V の PCI カードを使う場合、PCI-4 か PCI-5 に挿して、そのすぐ上流側の空きランドにコンデンサを追加するのがいいことになる。また、ISA 拡張カードを使う場合は、PCI-5 の直上の空きランドを埋めるべきである(ISA は ±5V と ±12V を利用する)。

シリアル/パラレルポートの下のランドは、本来はオーディオ/ゲームポート用の電源バラストのためのものだったのだろう。というのも、姉妹品の GA-6VTXE-A ではサウンド機能がオンボード搭載されており、サウンド関連機能が省略されているこの M/B では、このランドの近くに、オーディオ/ゲームポートのソケット用の空きランドも存在する。したがって、この空きランドは埋める必要がない。

最初の Vin の交換後、しばらくは順調に稼働していたのだが、一年後、夏を経た秋口に再び不調の兆し(時々起動しにくい症状)が見えたので、5.0V 電源バラストの強化を目論んだ。PCI の LAN カードは 5.0V の旧式のものであり、その上、ISA のサウンドカードも挿しているからだ。5.0V 電源ラインの不安定が波及してなのか何なのか、HDD の監視ツールがしばしば不調を告げるので気になってもいた。そこで、拡張スロットにある 2 個の空きランドに、OS-CON を追加した(2005-12-19)ところ、多少は改善したようである。

3.3V 電源バラスト

交換前:LUXON LD

写真交換予定:OS-CON(6SA330M)105℃ 6.3V 330μF (10φ×11.5L)(定格リプル電流@45℃/100kHz: 3500mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 2000 時間 / 最大インピーダンス@?℃/100~300kHz: 25mΩ)

3.3V 電源バラストは、SD-RAM 用のランドが 2 個と PCI 用のランドが 3 個(うち 1 個が空きランド)ある。

SD-RAM 用とおぼしきメモリスロット脇の 2 個は、交換した。

また、AGP と PCI の間に小さな空きランドがある。これはおそらく AGP に関係するものと思われるが、AGP で 3.3V という数値は、SD-RAM の駆動電圧を示唆している。最近の AGP ビデオカードは DDR メモリが普通になっているから関係がない(空きランドのままで ok)。もし古い AGP ビデオカードで SD-RAM を搭載しているものの場合であれば、追加してみるといいかもしれない。

VTT

交換前:LUXON LD

交換後:OS-CON(6SA330M)105℃ 6.3V 330μF (10φ×11.5L)(定格リプル電流@45℃/100kHz: 3500mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 2000 時間 / 最大インピーダンス@?℃/100~300kHz: 25mΩ)

North Bridge (VIA VT82C694T) 左脇にある三端子レギュレータ(Fairchild RC1585M)は 5V 入力から 1.25V(実測値)の出力を得ているようなので、Tualatin コアで採用されている AGTL (Assisted Gunning Transceiver Logic) 方式の VTT (TerminaTion Voltage : システムバス電圧) に違いない。データシートにも VTT を得るための用途に使うようなことが書かれている。だが、一方でデータシートでは 1.5V の出力を得るためのレギュレータと説明されているので、実測値と異なるが、もしかしたら AGP 用の 1.5V の電圧を供給しているのはこのレギュレータで、さらに 1.5V から抵抗を使うなどして VTT 用の 1.25V を別途得ているのかもしれない。この三端子レギュレータの直上に位置するコンデンサ(LD)は、実測電圧 1.29V と三端子レギュレータの出力電圧よりもやや高めの数値を示しているが、多少のバイアスを印可した VTT を供給しているものと見ていいのではないかと思う。PWM コントローラ IC を使ったレギュレータ回路ではないので、このコンデンサの置換には、OS-CON のような超低 ESR コンデンサを使ったとしても大丈夫か。そう思って同容量のものに交換してみた。

2 年後

実は、5.0V 電源バラスト用のコンデンサを 2 個追加した後も、完全に復調したとは言い難かった。どうも、AGP のビデオカードだけ、他に比して世代が極端に新しいものなので、負荷が大き過ぎてバランスに欠いているようだ。リセットする場合は大丈夫なのだが、一度電源を切って間をほとんど置かずにすぐに電源を入れようとすると、ビデオカードが正常に動作せずに起動に失敗するのである。問題点はそれだけではあったので、冬の間中放置して今日(2006-06-05)の時点まで使い続けていた。

ところが近頃、初夏の季節になって、どうも不安定になってきている。時々、使用中にフリーズするようになってきた。コンデンサの状態を見てみると、致命的なほどではないにせよ、Vcore の RLX × 4 個の頭部の若干の膨らみが目立ってきている。また、DIMM スロット脇の LD × 2 個も少々頭部が膨張しているようである。実は、昨年秋の時点で、これらの交換用のコンデンサも買ってあったのだが、一気にあちこち交換するリスクに躊躇し、そのままでも何となく使えていたので、放置してあった。そろそろ、これらの交換にも踏み切る時期が来たのかも知れない。

梅雨明け間近になって暑くなってきてから、なぜか珍しくゲームにはまってしまった。そのために、ときどきフリーズするのが気になる。なので今日(2006-07-27)ようやく重い腰を上げて、Vcore に 6 個(空きランドも使用した)の HN を換装した。その後(2006-08-04)梅雨も明けて暑くなったが、ゲームをしても問題は発生していない。

さらに秋になったが(2006-10-30)通常の使い方をしている分には安定していて、問題は出ていない。ただ、やはり、世代が他に比してアンバランスに新しい AGP のビデオカードの高消費電力が災いして、DVD で二時間ぐらいの長さの映画を観ると、一度はフリーズしてしまうという問題が発覚した。そこで、手元に残っていた OS-CON × 3 個をすべて使った。これは当初、AGP VDDQ 用に考えていたのだが、交換にあたって目視で確認してみる分に、VTT や 3.3V 系の LUXON LD の頭部膨張の方が気になった。それに対して、AGP VDDQ の LUXON LD が最も異常がないように思えた。それで、VTT とメモリスロット脇の 2 個を交換してみた。まだ試していないが、これで DVD 観賞に問題が発生しなければ幸いである。

そして 5 年後、再び

今年(2009年)秋口になって、ついに問題は再び訪れた。2、3 回のフリーズ現象の後、起動すらしなくなった。まずは電源ユニットを手持ちの予備のもの 2 個と順に交換してみたが復活せず。予備も含めてすべてジャンク同然の中古電源なので、いずれも寿命だと判断し、新品電源(Antec TruePower Trio TP3-430)を購入。しかしやはり復活しない。M/B をケースから取り出してテスターを使って調べてみたところ、どうやら最初に交換した Vin のコンセンサのはんだ付けが緩んでいるのが原因のように思われた。そこを修正し、またついでに、VGP VDDQ のコンデンサも 3 個の OS-CON に換装しておいた。これで一応、起動はするようになったが、まだ不安定な症状は残っているので、経過を見守らないと、はっきりしたことは言えない。

Asus V9570/TD/128M

GeForce FX 5700 の AGP VGA だが、全体的に安物コンデンサが載っている。特に、KZG (105℃ 6.3V 820μF 8φ×12L 36mArms@105℃/100kHz: 1.14Ω@20℃/100kHz) 3 個の底側が膨らんできているように見える。交換するとしたら千石電商で売ってるルビコン 6.3MCZ820M だろうか。

EPoX EP-3VCA (Rev 1.1)

図※カッコ()中はサイズ(mm)で、自分で計ったものなので、公称値と多少違っている可能性もある。

DIMM スロット右横に並んだ 3 個の XR のうち上の 2 個と、CPU ソケット左下のチョークコイルの上に隣接している XR × 2 個の、計 4 個の XR(頭部膨張)を、ニチコン HE A0410 105℃ 6.3V 1000μF (8φ×15L)(定格リプル電流@105℃/100kHz: 840mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 6000 時間 / 最大インピーダンス@20℃/100kHz: 0.087Ω)に交換。DIMM スロット横の XR のうち下側のものが液漏れを起こしていたらしく、基板に付着した汚れ(ウェットティッシュで拭き取れる程度のもので腐食はしていなかった)として痕跡を残していた。

新品当初から、Memtest でのエラーや、リセット現象が頻発していた。

勘違いから、電源ソケットと DIMM スロットの間にある Y05B のうち右側の 1 個を、日本ケミコン KMG 105℃ 25V 10μF (5φ×11L)(定格リプル電流@105℃/120Hz: 36mArms / 105℃定格リプル電流重畳保証時間: 1000 時間)に交換してしまったが、今回の故障の回復には直接は関係がなかったと思われる。

ちなみに、XR は XR と表記がされているわけではないので、あくまでも推測である。L.E.S.R. という表記があるが、これは単なる「低 ESR」という意味の表記だろう。このコンデンサは緑地に金色の文字だが、STONE の Web サイトのカタログには緑色で識別されている XR の性能が近いので、XR と推定した。

また、MI, RB, M はそれぞれ品名が四角い枠線で囲まれた表記となっている。

1 年後再び……

上の修理後、とりあえず問題なく使用できていた EP-3VCA だったが、再び暑い夏を通過して、涼しい秋になった途端、残りの不良コンデンサの消耗が表面化し、再び起動不能に陥ってしまった。前回交換したコンデンサと同じ XR で交換せずに残っていたものが計 10 個存在していたが、そのうちの 2 個が再び頭部膨張していた。電源ソケット近くのチョークコイルと MOS-FET に挟まれた XR(これは頭部から液漏れもしていた)と、CPU ソケット直下の XR である。恐らく、この 2 個をピンポイントで交換すれば、とりあえず復活させられるであろうことは予測されるが、残った XR のうち再び寿命切れとなるものが出現することは想像に難くない。今回の修理手順としては、交換用のコンデンサ(前回と同じく HE)を 10 個購入してきて、まず膨張した 2 個を交換して復活するのを確認し、次に残りの 8 個を交換して今後の故障を予防するという段取で修理を行った。

前回は──弟のマシンということもあって──詳しく電圧測定などはしなかったが、今回は調査も兼ねて各場所における電圧測定も行ってみた。問題のコンデンサの換装前には、各所で 1.03V という意味不明の電圧を示していたが、故障が原因で降圧回路が正常作動しなかったためであり、換装後は 3.40V(3.3V 電源ラインのものに違いない)等のマトモな数値を示すようになった。

まず、XR だが、今回頭部膨張&液漏の電源ソケット近くのものは 5.03V(修理前は 5.07V)で恐らく電源からの 5V 入力からのリプル吸収のためものだろう。DIMM スロット右脇に 3 個並んだもの(既に 2 個は前回 HE に交換済)は 3.40V(修理前 1.03V)。CPU ソケット左下、MOS-FET が 2 個横に並んだ右横にある XR は 1.51V(修理前 1.04V)で同じ降圧回路の下流にあたるものと思われる。またその 2 個横に並んだ MOS-FET の下に 2 個並んだもの(既に前回 HE に交換済)は 4.98V(修理前 5.03V)。残りの 7 個、CPU ソケット左横に逆L字型に並んだ 6 個と、CPU ソケット真下の今回頭部膨張の 1 個は 1.70V で、これはまさしく使用中の Pentium III 700MHz の Vcore のものとなっている(これらの数値は修理前後で変化することはなかった。すなわち、今回の故障の原因となった電源ソケット付近のコンデンサとは無関係の別系統の回路によって Vcore が得られていたものと思われる)。

M/B 各所に散らばっている小型(100μF)の MI(GA-6VTXE の場合、同じような用途には中型(330μF)の LD を使っている)だが、これらは Vcore 系統とは直接関係のない周辺パーツへの電源供給のためのもののようである。電源ソケット近くのものは近い方から 3.47V(修理前 3.48V)、5.03V(修理前 5.07V で膨張していた XR と修理前後で同じ数値)となっている。DIMM スロットと CPU ソケットの間のものは 3.40V(修理前 1.04V)、CPU ソケット直下のものは 1.51V(修理前 1.04V)。CPU ソケット上のものは 2.52V(修理前後で変わらず)。USB ソケットの両脇のものは 5.00V(修理前は測定し忘れ)で USB 用のバスパワー用電源のためのもの。PCI-1 の下の 3 個並んだものは、左から、4.99V(修理前 5.00V)、3.33V(修理前後で変わらず)、4.99V(修理前 5.04V)。PCI-3 の下の 2 個は、左から、12.13V(修理前 12.09V)、5.00V(修理前 5.05V)。PCI-5 の左上と、ISA の 左のものは 5.00V(修理前 5.05V)となっている。拡張スロット周りの約 3.3V、5V、12V という数値の電圧は PCI や ISA に関連するものと考えることができる。

中型(470μF)の M と RB だが、M が CPU 左下に向かって近い方から、3.39V(修理前 1.04V)、4.99V(修理前 5.04V)となっている。AGP スロット下の 3 個並んだ RB は全て 3.39V(修理前 1.03V)。

残りの小型の Y05B と GSC-22、GSC-100 だが、電源ソケット近くの Y05B は近い方から 12.15V(修理前 12.10V)、0.03V(前回、死んでると思い込んで KMG に交換済。修理前後で変わらず)。AMR スロット左側の Y05B は上から 2.50V(修理前 2.46V)、4.49V(修理前 2.47V)。1 個ずつしか存在しない GSC-22 は 1.69V(修理前後で変わらず)、GSC-100 は 5.04V(修理前後で変わらず)となっている。

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