Limpieza de zona dañada en PCB, pasta térmica y disipador de calor en componentes problemáticos

Tras la experimentación realizada en la entrada anterior, en donde se modificó el componente C418 del inversor de voltaje de la TV LG en cuestión. Se observó que se presentó carbonización seria en la zona de modificación (aunque fue practico haber soldado el condensador en paralelo por detrás de la PCB, parece que esto provocó que la zona, al recibir calor por ambos lados, fuera carbonizada en mayor grado que antes de la modificación).

Es importante recordar que el carbón es un material utilizado para fabricación de resistencias, por lo que, esta zona quemada en la PCB, dependiendo que tan carbonizada se encuentre, puede llegar a conducir electricidad, creando un corto circuito entre componentes aledaños (puede comprobarlo usted mismo midiendo resistencia con un multímetro en la zona carbonizada), lo cual es recalcado por el autor del siguiente enlace:

http://www.cryo-sonic.com/

quien hace una reparación inmaculada de una PCB de un equipo de audio que parecía no tener solución alguna, a continuación agrego una captura en donde el autor menciona la importancia de limpiar la carbonización:

Le damos las gracias al autor de este artículo y aprovechamos para afirmar la gran utilidad del mismo.

Me parece que dicha situación de cortos circuitos provocados por carbonización es la causa por la cual algunas personas presenten problemas con esta TV, inclusive inmediatamente después de haber realizado la sustitución de componentes incinerados.

Se tiene evidencia de lo mencionado en un comentario de este video en Youtube. A continuación se agrega una captura de dicho comentario:

Consideramos que puede ser la causa de la carbonización continua que llegó a un estado crítico al cabo de unos meses como en el caso de Pierre.

Mientras trabajábamos en la limpieza exhaustiva de las zona carbonizadas pudimos apreciar, al remover las capas de carbón externas con una herramienta puntiaguda, que en efecto se veía un canal de carbón donde se podía apreciar que se estaba provocando un corto circuito entre componentes de la zona problemática, a continuación se muestran las fotografías de estas resistencias disfrazadas que habíamos pasado por alto.

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Esta es una prueba de la importancia que representa quitar TODO el residuo carbonizado en una PCB antes de realizar cualquier sustitución de componentes en la zona dañada. Técnicamente, dejar zonas carbonizadas es cómo conectar resistencias al azar entre componentes de la zona problemática. En la siguiente galería de columnas se observa el proceso de eliminación de residuo carbonizado.

Después de quitar todo lo que se pudo mediante el rascado con la herramienta puntiaguda, se procedió a pulir con ayuda de un taladro de mano para asegurarnos de que no quedara ningún rastro de material debilitado a causa de las altas temperaturas provocadas por la ignición (use mascarilla o cubre boca) . Quitamos todo lo que se removía de forma fácil, es decir, sin necesidad de aplicar demasiada fuerza, sin importar que se tuviera que eliminar parte de las pistas del circuito en el proceso. En la galería se muestran algunas imágenes del trabajo y el resultado.

En el siguiente video se explica el proceso y se puede ver la aplicación del adhesivo térmico y colocación del disipador en la Zona problemática 1, así como la TV en funcionamiento después de aproximadamente 30 minutos:

En una entrada anterior de Atl Tlachinolli, probamos la conductividad eléctrica de una resina epóxica resistente a altas temperaturas, con la que se pretendía resanar los hoyos que quedaran tras la limpieza del carbón, en las ultimas imágenes de la galería anterior, se ve la PCB lista para ser resanada con esta resina, pero en un agraciado ataque de curiosidad en el que le acercamos una flama de un encendedor de cocina a un pequeño pedazo de este material epóxico (secado y resanado de forma apropiada) observamos que el material era sumamente inflamable, cómo se muestra en esta captura del video anterior:

decidimos dejar los agujeros sin rellenar y solo completar las pistas puenteando con pequeñas porciones de cable, como se ve en las primeras dos imágenes de la siguiente galería. Si consideramos que la PCB ya presentó ignición anteriormente, no queremos para nada tener un material tan inflamable cerca de la zona problemática.

Además pensamos que, aunque se viera bastante feo dejar los hoyos al descubierto, esto bien podría facilitar la ventilación de la zona.

Se aprovechó el hecho de contar con 5 capacitores de repuesto y se cambiaron los dos incinerados así como tres que fueron nominados como los «aparentemente mas dañados», nos quedamos solo uno de los capacitores originales de la zona, se nota fácilmente en la ultima imagen de la siguiente galería por su color azul percudido.

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Por ultimo se aplicó el adhesivo térmico STARS-922, en todas las uniones de los capacitores en cuestión de la zona 2 y en la parte superior de los capacitores de la zona 1, en donde se colocó un disipador de calor para transistores, con la idea de impedir que el calentamiento de dicha zona dañe más la PCB.

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No teníamos idea de cuanto tiempo esperar para que este adhesivo térmico secara. Es difícil encontrar información técnica del producto. Tampoco estábamos seguros de que fuera a pegar de forma apropiada. Fue de gran ayuda una entrada del Blog «The Unremarkable Adventures of an Electron » que trata de echar un poco de luz sobre este misterioso producto. Además de interesante, nos pareció útil y divertida. Aprovechamos para agradecer al autor de este blog por compartir sus hallazgos. A continuación agrego el enlace de la entrada mencionada:

http://epicbeardquest.blogspot.com/2015/07/revisiting-stars-922-and-other-stuff.html

En dicha entrada se concluye que STARS-922 tiene un poder de adherencia similar al silicón común.

En esta otra entrada, del mismo blog, se compara la capacidad de resistencia térmica de dicho producto con el de otros productos fabricados para el mismo propósito:

http://epicbeardquest.blogspot.com/2015/06/measuring-thermal-resistance.html

Respecto al tiempo de secado, no se pudo hallar nada, pero existía información acerca del «tiempo de coagulado», que suponemos que es similar, pero nos pareció demasiado corto. En la siguiente captura del blog epicbearquest (mencionado anteriormente), vemos una práctica compilación de información técnica disponible acerca del producto:

Decidimos dejarla secar al menos un par de horas, se montó la TV y se preparó nuestro termómetro con alarma hecho con Arduino para realizar nuevamente la prueba de funcionamiento. Media hora reproduciendo una película DVD desde la entrada HDMI con configuración de imágen Estándar (luz de fondo 80%).

La prueba se inició a una temperatura de 22ºC y en el tiempo final, después de media hora, la temperatura alcanzó un valor de 30ºC, A continuación se agregan las imágenes del Arduino Serial Plotter de nuestro termómetro al inicio y al final de la Prueba 0:

Todo indicaba que no se obtuvo una disminución de la temperatura interna de la TV tras las modificaciones. Además alrededor del tiempo T = 15 minutos, pudimos percibir un silbido agudo que nos preocupó, pero decidimos continuar con la prueba ya que fue cuestión de tan solo una fracción de segundo y todo pareció funcionar normal, aunque si se percibió un ligero aroma tlachinolli. Al terminar la prueba e inspeccionar la placa del inversor, observamos que la zona problemática 1 se encontraba intacta, mientras la zona problemática 2 había sufrido una ligera carbonización externa. Procedimos a limpiar la zona y se pudo notar que el problema venía de un transformador aledaño, el cual, durante la limpieza de la placa, se le quitó algo de residuo carbonizado, aquí se ve una captura del transformador limpio, antes de la prueba:

Parece que limpiar la carbonización del transformador dejó expuesto el aislado del mismo y al llegar a cierta temperatura se derritió y formó esta burbuja que se muestra en la siguiente imagen.

La burbuja era realmente dura y no pudo removerse ni con un escalpelo afilado (no se quiso hacer demasiada fuerza). Se decidió dejarla, y aislar la zona con más «yeso» STARS-922. Rezamos por que el transformador no se hubiera dañado demasiado. Volvimos a armar la TV, pero esta vez completamente para colocarla verticalmente en un escritorio.

Se realizaron un par de pruebas finales:

1. Prueba con luz de fondo en 40% (la mitad que en lo anterior)
2. Prueba con luz de fondo en 80% (de nuevo pero en vertical)

En esta ocasión cada prueba se continuó hasta alcanzar una temperatura interna de 32ºC.

Se esperaba que al utilizar la TV con una luz de fondo más baja pudiera utilizarse durante un periodo de tiempo mayor, antes de alcanzar una temperatura de 32ºC. Se consideró la temperatura crítica o de apagado de equipo. Este valor fue elegido después de consultar el manual del equipo, que puede encontrarse en el siguiente enlace:

https://www.lg.com/mx/soporte/soporte-producto/lg-M2762D

En el cual se menciona la «emperatura de funcionamiento»

en la sección de condiciones de entorno que se encuentra al final del apéndice de especificaciones del producto. Aquí se agrega una captura de lo antes mencionado:

La Prueba 1 duró aproximadamente 55 minutos antes de llegar a la temperatura límite.

Al final de la Prueba 1 (los últimos segundos), la pantalla comenzó a tener esos parpadeos de luz de fondo tan temibles. Pero no se percibía en absoluto olor sospecho. Se apagó el Televisor y se esperó a que se estabilizara la temperatura antes de proceder con la Prueba 2 (Prueba 1 realizada en la madrugada, Prueba 2 en la mañana, mas de 7 horas después, temperatura inicial idéntica).

A continuación se muestra la captura final del Serial Plotter de Arduino para la Prueba 1:

Al comenzar la Prueba 2 se apreció el parpadeo o «flickering» pero no duró más que un par de segundos, después de los cuales no volvió a percibirse durante toda la Prueba 2.

La Prueba 2 duró aproximadamente 57 minutos antes de llegar a la temperatura límite.

Se concluyó que disminuir la luz de fondo a la mitad, en este caso, no representa una disminución de temperatura interna durante el funcionamiento.

Olvidé tomar las capturas de la Prueba 2 ya que fue realizada jugando MK8 conectado por HDMI y obviamente implicó distracción. Tan solo tomamos la captura al final, cuando ya se había alcanzado la temperatura máxima despues de unos 57 minutos y ya se había apagado el equipo. Agrego dicha captura a continuación:

No se percibieron ruidos extraños ni tampoco aromas desagradables durante la Prueba 1 ni durante la Prueba 2 (parece que la alta temperatura a la que se expuso el aislado del transformador creó una especie de capa resistente a altas temperaturas, o quizás ayudo el adhesivo térmico adherido).

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Se realizó otra prueba similar pero esta vez conectando con la entrada RGB, reprodujimos una película desde la computadora. A continuación agrego las capturas del tiempo inicial y tiempo final, así como una captura donde se muestra la estabilización de temperatura y su regreso a temperatura inicial.

Tardó aproximadamente una hora en volver a la temperatura inicial, lo cual implica una mejora notable si recordamos que anteriormente tardó casi dos horas y eso con un ventilador…

En la Prueba RGB, con un tiempo de 45 minutos, la temperatura interior del televisor aumentó 9ºC

Conclusión

Tras la modificación mencionada, la televisión puede utilizarse por periodos de aproximadamente una hora antes de alcanzar una temperatura indeseable, esto sin expulsar olores desagradables.

Al parecer la cantidad de luz de fondo elegida no se relaciona con la tasa de aumento de temperatura, lo cual contradice nuestra hipótesis.

No se consiguió una disminución de temperatura interior durante el funcionamiento tras la modificación.

Se consiguió una mejora notable en la estabilización a temperatura inicial después de la modificación.

El parpadeo percibido en la finalización de la Prueba 1 se adjudica al estado del inversor de voltaje (se encuentra pandeado por la exposición a a altas temperaturas) y a nuestros puentes colocados en las zonas carbonizadas que fueron eliminadas y no a alguna combustión ya que no se percibió ningún olor extraño durante el trancurso. Es posible que al calentarse la PCB se haya doblado de cierta forma que dificultó la conexión en alguno de estos puentes. Esperamos que no se vuelva a presentar.

Secuela

Nuestra meta es poder utilizar la TV durante un intervalo de tiempo digamos de una película promedio (que creemos que es de unas 2 horas, ustedes que dicen), antes de alcanzar la temperatura crítica. Para lograrlo instalaremos unos ventiladores de 4.5V en la parte trasera del televisor, uno que otorgue entrada de aire y el otro salida, los cuales conectaremos a ese inútil puerto de USB que dice «Service only» en la parte trasera del Televisor. En un par de días iremos al bazar de chatarra en donde seguro encontraremos estos ventiladores a un buen precio (they call me «el-cheapO»). Estén atentos de la ultima modificación a esta Televisión y los respectivos experimentos subsecuentes.

¿Podremos alcanzar nuestra meta?