Der LC-III-Kondensator, den Apple im Werk mit vertauschter Polarität eingelötet hat

• Beim Macintosh LC III war der C22-Kondensator der Baureihe verkehrt herum an die -5-V-Stromschiene angeschlossen; bestätigt wurde, dass nicht nur die Einbaurichtung des Bauteils, sondern auch der PCB-Silkscreen falsch war
• C22 ist ein Bulk-Kondensator für die -5-V-Schiene. Wird er entsprechend der Markierung auf dem Board eingesetzt, liegt der Pluspol an -5 V und der Minuspol an Masse, sodass beim Einschalten -5 V über dem Kondensator anliegen
• Beim ursprünglichen Mac LC und LC II sowie beim Nachfolger LC 475 liegt -5 V am Minuspol des Kondensators und Masse am Pluspol; nur beim LC III weicht die Ausrichtung von den zeitgenössischen Designs ab
• Die ab Werk verbauten 16-V-Aluminium-Elektrolytkondensatoren scheinen diesen Fehler verkraftet zu haben. Setzt man jedoch bei einer Reparatur häufig verwendete Tantal-Kondensatoren in derselben Richtung ein, kann es zu Überstrom, Problemen mit den seriellen Ports und Brandgefahr kommen
• Beim Recapping eines LC III muss C22 entgegen der PCB-Markierung eingesetzt werden. Bei ausgeschalteter Stromversorgung lässt sich per Durchgangstest mit dem Multimeter prüfen, ob der Pluspol mit Masse und der Minuspol mit -5 V verbunden ist

---

Beim LC III gefundener Polaritätsfehler an C22

• Beim Macintosh LC III befinden sich in der Nähe des Stromanschlusses drei Kondensatoren: C19, C21 und C22
  • C19: Bulk-Kondensator für die +5-V-Stromschiene
  • C21: Bulk-Kondensator für die +12-V-Stromschiene
  • C22: Bulk-Kondensator für die -5-V-Stromschiene
• Der Silkscreen auf dem Board markierte bei allen drei Kondensatoren die untere Seite als Pluspol, und auch die ab Werk eingesetzten Kondensatoren waren so installiert, dass ihr Minuspol nach oben zeigte
• Bei C19 und C21 ist diese Ausrichtung korrekt, da sie mit positiven Stromschienen verbunden sind; C22 ist jedoch mit der -5-V-Schiene verbunden, sodass bei gleicher Einbaurichtung die Polarität verkehrt herum anliegt

Durch Messungen der Schaltung bestätigte Verbindungen

• Nach dem Entfernen der Kondensatoren und der Prüfung des Boards zeigte sich, dass die Minus-Pads der jeweiligen Kondensatoren mit der Massefläche verbunden waren
• Das Plus-Pad von C22 führt direkt zum -5-V-Pin des Stromanschlusses
• Auch der Durchgangstest mit dem Multimeter bestätigte, dass der Pluspol von C22 mit dem -5-V-Pin und der Minuspol von C22 mit Masse verbunden ist
• Beim Einschalten liegt an C22 eine -5-V-Sperrspannung an; bei dieser Art gepolter Kondensatoren muss die Spannung am Pluspol größer oder gleich der Spannung am Minuspol sein
• Die korrekte Verbindung wäre, dass der Pluspol von C22 mit Masse und der Minuspol mit -5 V verbunden ist

Vergleich mit anderen Mac-Modellen

• Der ursprüngliche Mac LC verwendet dasselbe Netzteil wie der LC III, der Kondensator der -5-V-Schiene ist dort jedoch in der richtigen Richtung installiert
  • -5 V ist mit dem Minuspol des Kondensators verbunden
  • Masse ist mit dem Pluspol des Kondensators verbunden
  • Dadurch liegen über dem Kondensator +5 V an
• Auch der LC II verwendet dieselbe Ausrichtung wie der ursprüngliche LC
• Der LC 475, das Nachfolgemodell des LC III, kehrt ebenfalls zur korrekten Ausrichtung des ursprünglichen LC zurück
• Aufgrund dieses Vergleichs gilt das C22-Problem des LC III nicht als bloßer Bestückungsfehler, sondern als Designfehler, der auch den PCB-Silkscreen umfasst

Warum es damals kaum auffiel

• Die ab Werk verbauten Kondensatoren waren für 16 V ausgelegt, tatsächlich lag jedoch eine -5-V-Sperrspannung an
• Eine Sperrspannung dieser Größenordnung kann Elektrolytkondensatoren dauerhaft beschädigen, muss aber nicht zwangsläufig zu einer Explosion führen
• Die -5-V-Schiene wird vor allem für die RS-422-Seriellports benötigt; selbst wenn der Kondensator nicht richtig funktioniert, hat sich das im Gesamtsystem möglicherweise nicht deutlich bemerkbar gemacht
• Die ursprünglichen SMD-Elektrolytkondensatoren auf diesem Board waren ausgelaufen; insbesondere C21 war stark ausgelaufen und hatte Lötstopplack und Kupfer beschädigt

Größeres Risiko durch Tantal-Kondensatoren beim Recapping

• Bei der Reparatur von Vintage-Macs werden heute häufig Tantal-Kondensatoren statt Elektrolytkondensatoren verwendet
• Tantal-Kondensatoren verzeihen einen Einbau in Sperrrichtung weniger als Elektrolytkondensatoren
• In einem Fall, in dem C22 in Werksausrichtung durch einen Tantal-Kondensator ersetzt wurde, wurde eine fehlerhafte Spannung auf der -5-V-Schiene beobachtet
• Der ursprüngliche Hinweisgeber paul.gaastra berichtete, dass bei falsch herum eingebautem Tantal-C22 ein Strom von bis zu 1,3 A floss und die Spannung nur -2,3 V erreichte
• Befindet sich die -5-V-Schiene in diesem Zustand, kann es mindestens zu Problemen mit den seriellen Ports kommen; im schlimmsten Fall kann der Kondensator explodieren oder Feuer fangen
• Auch für das Netzteil ist das ungünstig; die betreffende -5-V-Schiene ist für 75 mA ausgelegt

Prüfmethode bei der Reparatur

• Beim Recapping eines LC III muss C22 entgegen der Richtung eingesetzt werden, die der PCB-Silkscreen vorgibt
• Bei ausgeschalteter Stromversorgung lässt sich mit dem Multimeter per Durchgangstest Folgendes prüfen
  • Der Pluspol von C22 muss mit Masse verbunden sein
  • Der Minuspol von C22 muss mit -5 V verbunden sein
• Misst man nach dem Einschalten im DC-Spannungsmodus, sollten über dem Kondensator 5 V angezeigt werden, wenn die negative Messspitze am Minuspol des Kondensators und die positive Messspitze am Pluspol anliegt
• Auch bei anderen Macs mit -5-V-Schiene ist dies die korrekte Anschlussweise

[GN⁺]

Meinungen auf Hacker News

• Heute gelernt, dass man auf der PCB eines 34 Jahre alten Computers einen Kondensator verkehrt herum einsetzen muss.
  Mein Mittwoch fängt ziemlich produktiv an.

  • Bis heute wusste ich nicht einmal, dass Kondensatoren eine Richtung haben, also ist mein Mittwoch noch produktiver.
    In meinem Einführungskurs in Elektronik vor Jahrzehnten wurden sie nur als Bauteile behandelt, die gleich funktionieren, egal in welche Richtung der Strom fließt.
  • Ich habe einen LC III im Lager, vielleicht kann ich diesen Artikel tatsächlich gebrauchen.
    Ich denke, ich kann den heutigen Tag als produktiv verbuchen.

• Es gibt so viele solcher Fälle, dass es fast unrealistisch wirkt; noch absurdere gibt es aber auch.
  Vor ein paar Jahren fand ich einen, als ich ein lineares Netzteil reparierte. Da es kein Service Manual gab, musste ich es zuerst reverse-engineeren.
  Als ich die gesamte Verdrahtung nachvollzog, stellte sich heraus, dass beide Anschlüsse eines Elektrolytkondensators mit Masse verbunden waren. Vermutlich wurden Tausende Netzteile mit diesem Fehler ausgeliefert, ohne dass es jemand bemerkte.

  • Das scheint unter den möglichen Fehlern zu den am wenigsten schädlichen zu gehören.
    Oft verteilt man reichlich Kondensatoren über die ganze Platine, und mehr Kapazität ist in der Regel besser als zu wenig.
  • Bei meinem 3D-Drucker scheint sich auf der Mainboard-Seite des X-Achsen-Controllers einfach ein Kondensator gelöst zu haben, der wie ein Glättungskondensator aussah; am Betrieb änderte sich nichts.
    Er läuft immer noch hervorragend.
  • Vor langer Zeit nahm ein Kollege ein Brandmelde-Bedienfeld in Betrieb, als ein Kondensator mit einem Knall platzte und ihm ein Auge verletzte.

• Commodore hat auf der A3640, der CPU-Platine des Amiga 4000 mit 68040-Prozessor, drei Kondensatoren verkehrt herum bestückt: https://youtu.be/zhUpcBpJUzg?si=j6UFmIJzoC-UDS6u&t=945
  Hier steht es ebenfalls: https://amiga.resource.cx/exp/a3640

  • Der ZX Spectrum +2 wurde mit verkehrt herum eingebauten Transistoren ausgeliefert: https://www.bitwrangler.uk/2022/07/23/zx-spectrum-2-video-fi...
    Dadurch entstanden sogar sichtbare Artefakte auf dem Bildschirm, was offenbar trotzdem nicht reichte, damit man es im Werk bemerkte.
  • Commodore machte so etwas immer wieder.
    Allein die Liste der schlampigen Fertigungsqualität wäre endlos, und danach kamen noch absichtliche Fehlentscheidungen wie das Netzteil des A1200, das fehlerhaft war und schon die Basiskonfiguration nur knapp schaffte.
    Noch witziger ist, dass das Netzteil des schwächeren Modells A500 mehr Ausgangsleistung hatte.
  • Typische Commodore-Qualität.
    Auch beim CD32 und A4000 gab es verkehrt herum eingebaute Kondensatoren.

• Der Autor scheint den PCB-Designablauf misszuverstehen.
  Das ist weder ein „Problem bei der Bauteilplatzierung im Werk“ noch ein Silkscreen-Fehler, sondern ein Fehler im Schaltplan.
  Das Layout-CAD wird oft von einem anderen Team anhand des von der Entwicklungsabteilung gelieferten Schaltplans erstellt, und automatisierte Abläufe sind ebenfalls üblich.
  Der Silkscreen ist in einer validierten Bibliothek vordefiniert, und die Aufgabe dieses Teams ist es nicht, den Schaltplan der Engineering-Abteilung erneut zu prüfen.
  Die Bauteile wurden gemäß den Layoutdaten platziert, und beide Teams haben ihre Arbeit nach einer falschen Spezifikation korrekt erledigt.
  Die eigentliche Montagefabrik hat aus Gründen sensiblen geistigen Eigentums oft gar keinen Zugriff auf den Schaltplan.
  Wenn man einem 30 Jahre alten Computer die Schuld geben will, sollte man wenigstens dem richtigen Team die Schuld geben. Im Werk wurde nicht falsch gelötet; es wurde exakt wie angewiesen verkehrt herum gelötet.

  • Die Aussage „Das Layout-CAD wird oft von einem anderen Team anhand des von der Entwicklungsabteilung gelieferten Schaltplans erstellt“ ist nach heutigen Maßstäben ziemlich altmodisch.
    In unserer Firma behandelten wir Schaltplanentwurf und Layout gemeinsam, und Bewerber, die Letzteres nicht konnten, wurden aussortiert.
    Der Hauptgrund ist, dass Layout nicht mehr etwas ist, das man später anhängt, sondern ein Kernbestandteil des elektrischen Systemdesigns; es bleibt kaum Raum für ein mühsames Hin und Her zwischen Schaltungsdesigner und Layout-Verantwortlichem darüber, welche Leiterbahnen auf welche Eigenschaften optimiert werden müssen.

• Mitte der 80er war ich Vorsitzender der CS-Studierendenvertretung und betrieb den Computerraum der naturwissenschaftlichen Fakultät.
  Es gab einen Raum mit etwa 20 Mac 128k; ich weiß nicht, wo Apple seine Kondensatoren beschafft hatte, aber erstklassig waren sie nicht.
  Jede Woche starb ein Mac unter weißem Rauch, und wir hatten ein paar Ersatzgeräte, die wir reihum nutzten, während die anderen zur Reparatur an Apple gingen.
  PS: Trotzdem ist mein bis heute liebster Mac der IIcx, und zusammen mit dem „Full Page Display“ war er wirklich ein Traum.

  • Umgekehrt hatten wir in unserer sehr kleinen Firma einen Praktikanten, der seinen eigenen Mac benutzte.
    Eines Tages mussten wir ein netzbetriebenes Gerät debuggen, und er wollte ohne Trenntrafo Netzspannung und Programmier-Dongle gleichzeitig anschließen.
    Der Dongle explodierte buchstäblich, und am meisten erinnere ich mich daran, wie der Plastikdeckel auf einen Schreibtisch im plötzlich stillen Büro prallte.
    Der von der Firma gestellte Monitor und das Gerät gingen ebenfalls kaputt, aber der persönliche Mac mini in der Mitte überlebte irgendwie.
  • Die Zuverlässigkeitsprobleme von Geräten wie dem Mac 128k könnten teilweise auch mit Steve Jobs’ Abneigung gegen Lüfter zusammenhängen.
  • Der IIcx war mein erster Computer, und ich habe ihn immer noch.

• Das weckt alte Erinnerungen.
  Vor etwa 30 Jahren entwarf ich zum ersten Mal eine PCB, die mit Frequenzen im GHz-Bereich arbeitete.
  Sie war voll mit anspruchsvollen Übertragungsleitungen für Frequenzen von mehreren Hundert MHz und darüber, und ich bin bis heute stolz darauf, dass alle Hochgeschwindigkeitssignale wie geplant funktionierten und auch Signal Integrity und Power Integrity hervorragend waren.
  Das große FPGA war besonders knifflig, und auch die Prüfung auf abgestrahlte Störungen bestand die Platine.
  Aber eine Sache habe ich vermasselt: Gleichstrom.
  Irgendwie hatte ich den Gleichstromeingangsstecker verkehrt herum platziert.
  Die Platine war sehr teuer, 2.000 Dollar pro Stück, und konnte nicht sofort neu gefertigt werden. Also mussten wir einen Satz Kontakte entwerfen, mit dem man den Stecker umgedreht einstecken konnte, damit die Elektronen in die richtige Richtung flossen.
  Seitdem gibt es den Witz, dass ich Multi-GHz-Design gut kann, man mir aber keine Gleichstromschaltungen anvertrauen sollte.

• Commodore machte im Audio-Abschnitt an der negativen Spannungsschiene denselben Fehler, und irgendwie trat dasselbe Problem sogar bei teuren High-End-CPU-Boards auf
  https://wiki.console5.com/wiki/Amiga_CD32 C408 C811 „Originalbauteil könnte verkehrt herum eingebaut worden sein! Kondensatorplan und Ausrichtung prüfen“
  A4000 https://wordpress.hertell.nu/?p=1438 C443 C433 „Die zwei ursprünglich im A4000 verbauten Kondensatoren haben die falsche Polarität“
  Noch gravierender ist das Commodore A3640 68040 CPU-Board für die Spitzenmodelle A3000 und A4000: http://amiga.serveftp.net/A3640_capacitor.html https://forum.amiga.org/index.php?topic=73570.0
  Der Silkscreen von C105 C106 C107 war falsch, und frühe Revisionen wurden entsprechend diesem falschen Silkscreen bestückt

  • Klingt nach typischem Apple-Neid von Amiga-Fanboys
    Wenn ein Mac etwas macht, muss bewiesen werden, dass es beim Amiga schlimmer war
    „Nur ein Modell mit Kondensatoren in umgekehrter Polarität? Bei Commodore war das ein systematisches Problem!“

• Die Person, die das Board entworfen hat, scheint einer sehr einfachen und vernünftigen Regel gefolgt zu sein: immer den Minuspol mit Masse verbinden
  Da kann nichts schiefgehen … bis man es mit einer negativen Spannung von -5 V zu tun bekommt. Noch ein Out-of-Range-Bug

• Irgendwann zwischen 2011 und 2015 habe ich gelegentlich mit jemandem gesprochen, der früher Elektriker bei der Navy gewesen sein soll und im SF Bay Area außerdem zu den frühen Rework-Technikern bei Apple gehörte
  Er sagte, es habe endlos Arbeit gegeben: Fertigungsprobleme beheben, Rework-Verbesserungen hinzufügen und maßgeschneiderte Testgeräte bauen
  Dann wurde er entlassen, die Arbeit in irgendein beliebiges Land ausgelagert, und danach war er bis etwa 2016 obdachlos

• Gut, dass diese Maschinen -5 V tatsächlich gar nicht benötigen
  Auch wenn nur positive Spannungen anliegen, funktioniert RS-422 einschließlich LocalTalk weiterhin
  -5 V scheint für den Fall vorhanden zu sein, dass Erweiterungskarten sie brauchen

  • Ich war verwirrt, warum RS-422 -5 V brauchen sollte, und habe ein wenig nachgesehen
    Normalerweise werden RS-422-Treiber mit +5 V und 0 V betrieben
    Wenn man den Hub bis auf -5 V erweitert, ist der Mac-Port mit RS-232 kompatibel, sodass Macs dieser Ära mit nur einem speziell verdrahteten Kabel an ein Modem angeschlossen werden konnten
    Es ist keine Pegelwandlung nötig, und da RS-422-Empfänger bis -6 V funktionieren müssen, gibt der Mac gleichzeitig auch ein vollständig gültiges RS-422-Signal aus
    Die meisten RS-232-Empfänger damals hatten einen recht hohen Gain und einen Schaltpunkt nahe 0 V, sodass in der Praxis vermutlich schon eine geringe negative Spannung genügte, nicht die vollen -5 V
    Wenn der verkehrt herum eingebaute Kondensator die Schiene also nicht komplett kurzgeschlossen hat, hat es wahrscheinlich funktioniert