Apple이 공장에서 극성을 반대로 납땜한 LC III 커패시터

 (downtowndougbrown.com)
1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • Macintosh LC III 계열의 C22 커패시터는 -5V 전원 레일에 반대로 연결되어 있었고, 부품 장착 방향뿐 아니라 PCB 실크스크린도 잘못된 것으로 확인됨
  • C22는 -5V 레일용 벌크 커패시터인데, 보드 표시대로 장착하면 양극이 -5V에, 음극이 접지에 연결되어 전원이 켜질 때 커패시터 양단에 -5V가 걸림
  • 원래 Mac LC와 LC II, 후속 LC 475는 -5V가 커패시터 음극에, 접지가 양극에 연결되어 있어 LC III의 방향만 동시대 설계와 다르게 어긋남
  • 공장 장착된 16V 알루미늄 전해 커패시터는 이 실수를 견딘 것으로 보이지만, 수리 과정에서 흔히 쓰는 탄탈 커패시터를 같은 방향으로 넣으면 과전류, 직렬 포트 문제, 발화 위험이 생길 수 있음
  • LC III를 리캡할 때는 PCB 표시와 반대로 C22를 장착해야 하며, 전원 차단 상태에서 멀티미터 연속성 테스트로 양극이 접지에, 음극이 -5V에 연결되는지 확인할 수 있음

LC III에서 발견된 C22 극성 오류

  • Macintosh LC III에는 전원 커넥터 주변에 C19, C21, C22 세 커패시터가 배치되어 있음
    • C19: +5V 전원 레일용 벌크 커패시터
    • C21: +12V 전원 레일용 벌크 커패시터
    • C22: -5V 전원 레일용 벌크 커패시터
  • 보드 실크스크린은 세 커패시터 모두 아래쪽을 양극으로 표시했고, 공장 장착 커패시터도 음극이 위쪽을 향하도록 설치되어 있었음
  • C19와 C21은 양극 전원 레일에 연결되므로 이 방향이 맞지만, C22는 -5V 레일에 연결되어 같은 방향으로 장착하면 극성이 반대로 걸림

회로 측정으로 확인한 연결 상태

  • 커패시터를 제거하고 보드를 확인한 결과, 각 커패시터의 음극 패드는 접지면에 연결되어 있었음
  • C22의 양극 패드는 전원 커넥터의 -5V 핀으로 직접 이어짐
  • 멀티미터 연속성 테스트에서도 C22 양극이 -5V 핀에, C22 음극이 접지에 연결된 것이 확인됨
  • 전원이 켜지면 C22에는 -5V 역전압이 걸리며, 이 종류의 극성 커패시터에서는 양극 전압이 음극 전압보다 크거나 같아야 함
  • 올바른 연결은 C22 양극이 접지에, 음극이 -5V에 연결되는 형태임

다른 Mac 모델과의 비교

  • 원래 Mac LC는 LC III와 같은 전원 공급 장치를 쓰지만, -5V 레일 커패시터가 올바른 방향으로 설치되어 있음
    • -5V는 커패시터 음극으로 연결됨
    • 접지는 커패시터 양극으로 연결됨
    • 결과적으로 커패시터 양단에는 +5V가 걸림
  • LC II도 원래 LC와 같은 방향을 사용함
  • LC III의 후속 모델인 LC 475 역시 원래 LC와 같은 올바른 방향으로 돌아감
  • 이런 비교 때문에 LC III의 C22 문제는 단순한 부품 장착 실수가 아니라 PCB 실크스크린까지 포함한 설계 오류로 판단됨

당시에는 크게 드러나지 않은 이유

  • 공장 장착 커패시터는 16V 정격이었고, 실제로는 -5V 역전압이 걸렸음
  • 이 정도 역전압은 전해 커패시터를 영구 손상시킬 수 있지만, 반드시 폭발로 이어질 정도는 아닐 수 있음
  • -5V 레일은 주로 RS-422 직렬 포트에 필요하므로, 커패시터가 제대로 동작하지 않아도 시스템 전체에서는 문제가 크게 드러나지 않았을 수 있음
  • 해당 보드의 원래 SMD 전해 커패시터들은 누액이 있었고, 특히 C21은 누액이 심해 솔더 마스크와 구리를 손상시켰음

리캡할 때 커지는 탄탈 커패시터 위험

  • 오늘날 빈티지 Mac 수리에서는 전해 커패시터 대신 탄탈 커패시터를 쓰는 경우가 많음
  • 탄탈 커패시터는 역방향 장착에 전해 커패시터보다 덜 관대함
  • C22를 공장 방향대로 탄탈로 교체한 사례에서는 -5V 레일 전압이 잘못 나오는 문제가 관찰됨
  • 최초 문제 제기자인 paul.gaastra는 탄탈 C22를 잘못된 방향으로 장착했을 때 전류가 1.3A까지 흐르고 전압이 -2.3V에 그쳤다고 보고함
  • -5V 레일이 이런 상태가 되면 최소한 직렬 포트 문제가 생길 수 있고, 최악의 경우 커패시터가 폭발하거나 불이 붙을 수 있음
  • 전원 공급 장치에도 좋지 않으며, 해당 -5V 레일 정격은 75mA임

수리 시 확인 방법

  • LC III를 리캡할 때 C22는 PCB 실크스크린이 지시하는 방향과 반대로 장착해야 함
  • 전원을 끈 상태에서 멀티미터 연속성 테스트로 다음을 확인할 수 있음
    • C22 양극이 접지에 연결되어야 함
    • C22 음극이 -5V에 연결되어야 함
  • 전원을 켠 뒤 DC 전압 모드로 측정하면, 음극 프로브를 커패시터 음극에, 양극 프로브를 양극에 댔을 때 커패시터 양단에 5V가 보여야 함
  • -5V 레일을 가진 다른 Mac에서도 이 방식이 올바른 연결임

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 34년 된 컴퓨터의 PCB에 커패시터 하나를 반대로 꽂아야 한다는 걸 오늘 배웠음
    수요일을 꽤 생산적으로 시작하는 중

    • 오늘 전까지는 커패시터에 방향이 있다는 것도 몰랐으니, 내 수요일이 더 생산적인 셈임
      수십 년 전 입문 전자공학 수업에서는 전류가 어느 방향으로 흐르든 똑같이 동작하는 부품으로만 다뤘음
    • 창고에 LC III가 있어서 이 글을 실제로 써먹을 수 있을지도 모르겠음
      오늘을 생산적인 날로 분류해도 될 듯함

  • 이런 사례가 너무 많아서 비현실적일 정도인데, 더 어이없는 경우도 있음
    몇 년 전 선형 전원공급장치를 고치다가 하나를 발견했는데, 서비스 매뉴얼이 없어서 먼저 역공학해야 했음
    전체 배선을 찍어 보니 전해 커패시터 한 개의 양쪽 다리가 모두 접지에 연결돼 있었고, 그런 오류가 들어간 전원공급장치를 수천 대는 출하했을 텐데 아무도 눈치채지 못한 듯함

    • 그 정도면 할 수 있는 실수 중에서는 가장 해가 적은 편으로 보임
      보드 곳곳에 커패시터를 넉넉히 뿌려 두는 경우가 많은데, 정전용량이 부족한 것보다는 많은 편이 보통 낫기 때문임
    • 내 3D 프린터는 메인보드의 X축 컨트롤러 쪽에서 평활용 커패시터로 보이는 게 그냥 떨어져 나간 듯한데, 동작에는 아무 차이도 없었음
      아직도 아주 잘 돌아감
    • 오래전에 동료가 화재 경보 제어 패널에 전원을 넣다가, 펑 하고 커패시터가 터져 눈을 다쳤음

  • Commodore는 68040 프로세서를 쓰는 Amiga 4000의 CPU 보드인 A3640에 커패시터 3개를 거꾸로 장착했음: https://youtu.be/zhUpcBpJUzg?si=j6UFmIJzoC-UDS6u&t=945
    여기에도 나옴: https://amiga.resource.cx/exp/a3640

    • ZX Spectrum +2는 트랜지스터가 거꾸로 장착된 채 출하됐음: https://www.bitwrangler.uk/2022/07/23/zx-spectrum-2-video-fi...
      이 때문에 화면에 눈에 보이는 아티팩트까지 생겼는데, 공장에서 문제를 알아차리기에는 충분하지 않았던 모양임
    • Commodore는 이런 일을 계속했음
      허술한 제작 품질만 나열해도 끝이 없고, 그다음에는 A1200에 결함 있는 데다 기본 구성만 겨우 버티는 전원공급장치를 넣은 것 같은 의도적 악수까지 이어짐
      더 웃긴 건 더 약한 모델인 A500에 쓰던 전원공급장치가 출력은 더 컸다는 점임
    • 전형적인 Commodore 품질임
      CD32와 A4000에도 거꾸로 장착된 커패시터가 있었음

  • 글쓴이가 PCB 설계 흐름을 오해한 것 같음
    이건 “공장 부품 배치 문제”도 아니고 실크스크린 오류도 아니라, 회로도에 있는 오류임
    레이아웃 CAD는 설계 엔지니어링이 제공한 회로도를 따라 다른 팀이 하는 경우가 많고, 자동화된 흐름도 흔함
    실크스크린은 검증된 라이브러리에 미리 정의돼 있으며, 그 팀의 역할은 엔지니어링 회로도를 다시 검증하는 게 아님
    부품은 레이아웃 데이터에 따라 배치됐고, 두 팀 모두 잘못된 사양을 기준으로 자기 일을 제대로 한 셈임
    실제 조립 공장은 민감한 지식재산이라는 이유로 회로도 접근을 못 하는 경우도 많음
    30년 된 컴퓨터를 탓하려면 적어도 맞는 팀을 탓해야 함. 공장에서 납땜을 잘못한 게 아니라, 지시받은 대로 정확히 거꾸로 납땜한 것임

    • “레이아웃 CAD는 설계 엔지니어링이 제공한 회로도를 따라 다른 팀이 하는 경우가 많다”는 방식은 요즘 기준으로는 꽤 구식임
      우리 회사에서는 회로도 설계와 레이아웃을 함께 다루고, 후자를 못 하는 지원자는 탈락시켰음
      주된 이유는 레이아웃이 더 이상 나중에 덧붙이는 일이 아니라 시스템 전기 설계의 핵심이기 때문이고, 어떤 배선을 어떤 특성에 맞춰 최적화해야 하는지를 회로 설계자와 레이아웃 담당자가 지루하게 주고받을 여지가 거의 없음

  • 80년대 중반에 CS 학생회장을 맡았고, 과학부 컴퓨터실을 운영했음
    약 20대의 Mac 128k가 있는 방이 있었는데, Apple이 커패시터를 어디서 조달했는지는 몰라도 1급품은 아니었음
    Mac이 흰 연기를 내며 죽는 일이 매주 있었고, Apple에 수리 보내는 동안 돌려 쓸 예비 기기도 몇 대 갖고 있었음
    추신: 그래도 지금까지 가장 좋아하는 Mac은 IIcx였고, ‘full page display’와 함께 쓰면 정말 꿈같았음

    • 반대로 우리 아주 작은 회사에 인턴이 있었는데 자기 Mac을 썼음
      어느 날 주전원으로 동작하는 장치를 디버깅해야 했고, 절연 변압기 없이 주전원과 프로그래밍 동글을 동시에 연결해 보겠다고 했음
      동글은 말 그대로 폭발했고, 플라스틱 뚜껑이 갑자기 조용해진 사무실 책상에 부딪힌 장면이 가장 기억에 남음
      회사가 제공한 모니터와 장치도 망가졌지만, 가운데에 있던 개인 Mac mini는 어떻게든 살아남았음
    • Mac 128k 같은 기기의 신뢰성 문제는 Steve Jobs의 냉각 팬 혐오와도 일부 관련이 있을 수 있음
    • IIcx가 내 첫 컴퓨터였고, 아직도 갖고 있음

  • 예전 기억이 떠오름
    약 30년 전에 처음으로 GHz 대역 주파수를 다루는 PCB를 설계했음
    수백 MHz 이상 주파수의 까다로운 전송선 경로가 가득했는데, 모든 고속 신호가 설계대로 동작했고 신호 무결성과 전원 무결성도 훌륭했다는 점은 아직도 자랑스럽게 여김
    큰 FPGA가 특히 까다로웠고, 방사 노이즈 시험도 통과했음
    그런데 딱 하나를 망쳤는데, 바로 직류였음
    어떻게 했는지 직류 입력 커넥터를 반대로 배치해 버렸음
    보드가 매우 비쌌고 한 장에 2천 달러라 즉시 재제작할 수 없어서, 커넥터를 뒤집어 꽂아 전자가 올바른 방향으로 흐르게 하는 접점 세트를 설계해야 했음
    그 뒤로 나는 다중 GHz 설계는 잘하지만 직류 회로는 맡기면 안 된다는 농담이 생겼음

  • Commodore는 오디오 섹션의 음전압 레일에서도 같은 실수를 했고, 고가의 고급 CPU 보드에서도 어떻게든 같은 문제가 있었음
    https://wiki.console5.com/wiki/Amiga_CD32 C408 C811 “원래 부품이 거꾸로 설치됐을 수 있음! 커패시터 맵과 방향 확인”
    A4000 https://wordpress.hertell.nu/?p=1438 C443 C433 “A4000에 원래 있던 커패시터 2개는 극성이 잘못돼 있음”
    더 심각한 건 최고급 A3000과 A4000용으로 나온 Commodore A3640 68040 CPU 보드임: http://amiga.serveftp.net/A3640_capacitor.html https://forum.amiga.org/index.php?topic=73570.0
    C105 C106 C107의 실크스크린이 잘못됐고, 초기 리비전은 그 잘못된 실크스크린대로 만들어졌음

    • 전형적인 Amiga 팬보이식 Apple 질투처럼 들림
      Mac이 뭔가를 하면 Amiga가 더 심했다는 걸 증명해야 하는 식임
      “역극성 커패시터가 들어간 모델이 하나뿐이라고? Commodore에서는 체계적인 문제였어!”

  • 보드를 설계한 사람이 아주 단순하고 현명한 규칙을 따른 것 같음: 항상 음극을 접지에 연결하라
    틀릴 수가 없음… -5V 음전압을 다뤄야 하기 전까지는. 또 하나의 범위 초과 버그임

  • 2011~2015년쯤, 전직 해군 전기 기술자였고 SF Bay Area에서 초기 Apple 재작업 기술자이기도 했다는 사람과 가끔 이야기했음
    제조 문제를 고치고, 재작업 개선을 추가하고, 맞춤형 테스트 장비를 만드는 일이 끊이지 않았다고 함
    그러다 해고되고, 업무가 어느 임의의 나라로 외주화됐고, 이후 2016년쯤까지 노숙 상태였음

  • 이 기계들이 실제로는 -5V를 필요로 하지 않는 게 다행임
    양전압만 공급돼도 LocalTalk를 포함해 RS-422는 여전히 동작함
    -5V는 확장 카드가 필요로 할 경우를 대비해 있는 것 같음

    • RS-422에 왜 -5V가 필요한지 헷갈려서 조금 찾아봤음
      일반적으로 RS-422 드라이버는 +5V와 0V로 구동됨
      스윙을 -5V까지 늘리면 Mac 포트가 RS-232와 호환되기 때문에, 이 시대의 Mac은 특수 배선 케이블만 있으면 모뎀에 연결할 수 있음
      레벨 변환이 필요 없고, RS-422 수신기는 -6V까지 동작해야 하므로 Mac은 동시에 완전히 유효한 RS-422 신호도 내는 셈임
      당시 대부분의 RS-232 수신기는 이득이 꽤 있고 전환점이 0V에 가까워서, 실제로는 전체 -5V가 아니라 약간의 음전압만 있어도 됐을 것임
      그래서 뒤집힌 커패시터가 레일을 완전히 단락시키지만 않았다면 동작했을 가능성이 큼
답변달기