Overview
The previous article followed a real 12 V / 5 A SMPS adapter failure from field symptoms to damaged aluminum electrolytic capacitors and abnormal electrical measurements.
That investigation left one question unresolved:
How can an electrolytic capacitor change while the SMPS is not operating?
To answer it, we need to look inside the capacitor—not at the visible aluminum can, but at a dielectric layer so thin that its condition cannot be judged by appearance alone.
This Part 1 examines what capacitor manufacturers say about the aluminum oxide dielectric, long periods without applied voltage, leakage current, and the recovery process that begins when voltage is applied again. It also separates those general mechanisms from what has and has not yet been proven about the failed C3 and C4 capacitors in our field case.
Table of Contents
| 01 │ The Hidden Layer That Makes an Electrolytic Capacitor Work |
| 02 │ The Dielectric Is Not Simply an Inert Insulator |
| 03 │ What Changes During Voltage-Free Storage? |
| 04 │ Why Leakage Current Can Rise After Storage |
| 05 │ What Happens When Voltage Is Applied Again? |
| 06 │ Temperature and Storage Time Matter |
| 07 │ What the Manufacturers Agree On |
| 08 │ What This Means for Our 12 V / 5 A SMPS Case |
| 09 │ What Part 1 Does Not Prove |
| 10 │ The Next Question |
01 │ The Hidden Layer That Makes an Electrolytic Capacitor Work
An aluminum electrolytic capacitor stores energy using an aluminum oxide film formed on the anode foil as its dielectric.
The aluminum foil provides a large effective electrode area, while the oxide film electrically separates the electrodes. The electrolyte participates in the electrochemical system and provides contact to the oxide-covered anode structure.
This is important because the dielectric is not a thick plastic sheet or ceramic body. It is an electrochemically formed oxide layer whose electrical condition is related to the history of the capacitor.
In normal use, the applied DC voltage helps maintain the dielectric condition through electrochemical re-forming.
02 │ The Dielectric Is Not Simply an Inert Insulator
A common mental model is that an unused electronic component simply waits in the warehouse unchanged.
For aluminum electrolytic capacitors, that model is incomplete.
Nichicon explains that during long no-load storage, a reaction between the anode oxide layer and the electrolyte can reduce the withstand voltage of the dielectric. Nippon Chemi-Con likewise describes chemical reactions between the anode oxide layer and electrolyte during prolonged high-temperature storage.
In other words, removing electrical operating stress does not mean that every internal process stops.
Nothing may be switching. Nothing may be heating from normal SMPS operation. But the electrochemical system is still aging with time.
03 │ What Changes During Voltage-Free Storage?
When an aluminum electrolytic capacitor remains without applied voltage for a prolonged period, the oxide dielectric is no longer continuously regenerated by the electrochemical action associated with normal voltage application.
TDK states that the oxide layer may deteriorate during voltage-free storage, particularly at higher temperatures, because there is no leakage current transporting oxygen ions to the anode to regenerate the oxide.
Nichicon describes the same practical result from a different angle: the reaction between the anode oxide layer and electrolyte can lower dielectric withstand voltage, causing leakage current to increase when voltage is later applied.
This does not mean that every stored capacitor will fail. Storage temperature, storage duration, capacitor design, previous history, and application conditions all matter.
04 │ Why Leakage Current Can Rise After Storage
An ideal capacitor would block DC current after charging, but a real aluminum electrolytic capacitor allows a small leakage current.
After prolonged voltage-free storage, that leakage current can initially be higher than normal when voltage is reapplied.
TDK warns that, depending on storage conditions, leakage current during the first few minutes after power application can be far above the normal level. Nippon Chemi-Con also notes that leakage current is temperature-dependent and increases more rapidly as storage temperature rises.
This matters in an SMPS because leakage current is not only a number on a capacitor specification sheet. Excess current can create internal heating and can affect circuit behavior during startup.
Under severe conditions, Nippon Chemi-Con states that large leakage current can generate enough internal heat to contribute to dielectric breakdown and operation of the pressure relief vent.
05 │ What Happens When Voltage Is Applied Again?
The story does not end with deterioration.
When DC voltage is reapplied under suitable conditions, the oxide layer can be regenerated by an electrochemical process commonly called re-forming or voltage treatment.
Nichicon states that leakage current tends to return toward its initial level through the re-forming action of the electrolyte. Rubycon similarly states that voltage treatment can reduce increased leakage current in long-stored capacitors.
This self-recovery behavior is one reason aluminum electrolytic capacitors are unusual: the same electrochemical system that can change during storage can also rebuild the dielectric condition when voltage is applied appropriately.
However, this point requires caution. Rubycon explicitly notes that other characteristics degraded during storage do not necessarily return to their original condition. Re-forming should therefore not be interpreted as a universal repair for an aged or damaged capacitor.
06 │ Temperature and Storage Time Matter
Storage is not defined by time alone.
Temperature strongly influences the rate of change. Nippon Chemi-Con recommends normal-temperature, normal-humidity storage away from direct sunlight and notes that high temperature accelerates increases in leakage current and tanδ as well as decreases in capacitance.
Its current storage guidance gives a typical recommended packaged storage environment of 5°C to 35°C and 75% RH or lower, while noting that storage limits depend on the product and are commonly in the range of two to three years.
Nichicon likewise states that capacitors stored for less than two years at 5°C to 35°C can generally be used without voltage treatment, while recommending treatment for capacitors stored for longer periods.
These values are manufacturer guidance, not a universal rule for every capacitor or every finished SMPS. The applicable series datasheet and manufacturer instructions should always take priority.
07 │ What the Manufacturers Agree On
| Manufacturer | Long-Term Storage Guidance |
|---|---|
| Nichicon | No-load storage can increase leakage current as dielectric withstand voltage falls; voltage treatment/re-forming is recommended after long storage. |
| Nippon Chemi-Con | High-temperature storage can promote reactions between the oxide layer and electrolyte, reducing withstand voltage and increasing leakage current. |
| TDK | Voltage-free storage can deteriorate the oxide layer; initial leakage current after storage can be much higher until the oxide regenerates. |
| Rubycon | Characteristics can deteriorate even while unused; voltage treatment can reduce increased leakage current, but other degraded characteristics may not recover. |
The terminology differs slightly, but the engineering message is consistent:
Long-term storage without applied voltage is not necessarily an electrically neutral condition for an aluminum electrolytic capacitor.
08 │ What This Means for Our 12 V / 5 A SMPS Case
The failed adapters in our case had remained electrically inactive for an extended period after passing the required inspections.
When they returned from the field, damaged C3 and C4 electrolytic capacitors were found. One representative adapter showed unstable output under a 5 A load and 512 mVp-p Ripple & Noise. Replacing C3 and C4 restored the output to 11.50 Vdc and reduced Ripple & Noise to 52 mVp-p.
The manufacturer literature reviewed in Part 1 provides a technically plausible mechanism connecting prolonged voltage-free storage with changes in dielectric condition and increased leakage current.
But plausibility is not proof of the complete failure chain.
The field evidence tells us which components were damaged and what electrical behavior changed. The manufacturer literature tells us what can happen to aluminum electrolytic capacitors during long storage. The next task is to determine how strongly those two bodies of evidence can be connected.
09 │ What Part 1 Does Not Prove
It would be tempting to conclude that long-term storage alone caused the C3 and C4 capacitors to rupture.
That conclusion would go beyond the evidence presented so far.
Capacitor failure can involve multiple factors, including temperature history, applied voltage, ripple current, component quality, circuit conditions, manufacturing variation, and storage environment.
Part 1 therefore establishes the storage-related dielectric mechanism as an important engineering hypothesis supported by capacitor manufacturers—not as a final root-cause verdict for every failed sample.
That distinction matters in failure analysis.
10 │ The Next Question
We now know that an aluminum electrolytic capacitor can change during long periods without applied voltage, and that increased leakage current after storage is a recognized manufacturer concern.
The next question returns to the physical evidence from our failed SMPS adapters:
What do the ruptured C3/C4 capacitors, unstable output, and the 512 mVp-p measurement actually tell us?
Part 2 will examine those failed components and electrical measurements more closely, separating what was directly observed from what must still be inferred.
References / Manufacturer Technical Sources
• Nichicon Corporation — General Descriptions of Aluminum Electrolytic Capacitors / Application Guidelines, Storage Performance.
• Nippon Chemi-Con Corporation — Aluminum Electrolytic Capacitor Storage; Storage Conditions and Shelf Life; Basic Electrical Characteristics.
• TDK Electronics — Aluminum Electrolytic Capacitors: General Technical Information, leakage current behavior after voltage-free storage.
• Rubycon Corporation — Long-term storage FAQ and Cautions for Proper Use.
Author’s Note
This Part 1 explains the storage-related dielectric mechanism using capacitor-manufacturer technical guidance and connects that mechanism carefully to the field case introduced in the main article.
Manufacturer guidance describes general capacitor behavior. It should not be treated as proof that long-term storage was the sole cause of every failure observed in the returned SMPS adapters. The following parts will continue to separate measured field evidence, engineering interpretation, and manufacturer recommendations.
Part 1 │ 장기 보관 중 유전체 산화피막에는 어떤 변화가 일어나는가?
개요
이전 글에서는 실제 12 V / 5 A SMPS Adapter의 필드 불량 현상에서 시작하여, 파손된 알루미늄 전해콘덴서와 비정상적인 전기적 측정값을 확인하는 과정까지 살펴보았습니다.
그 고장분석 과정에는 아직 해결되지 않은 질문이 하나 남아 있었습니다.
SMPS가 작동하지 않는 동안에도 전해콘덴서는 어떻게 변할 수 있을까요?
이 질문에 답하려면 콘덴서의 외부에 보이는 알루미늄 케이스가 아니라, 육안으로는 상태를 확인할 수 없을 정도로 얇은 내부의 유전체 산화피막을 살펴봐야 합니다.
Part 1에서는 알루미늄 산화피막, 장기간의 무전압 상태, 누설전류, 그리고 다시 전압을 인가했을 때 시작되는 회복 과정에 대해 콘덴서 제조사들이 어떻게 설명하고 있는지 살펴봅니다.
또한 이러한 일반적인 열화 메커니즘과 실제 필드에서 불량이 발생한 C3와 C4에 대해 현재까지 확인된 사실을 구분해서 살펴보겠습니다.
목차
| 01 │ 전해콘덴서를 작동하게 하는 보이지 않는 층 |
| 02 │ 유전체는 단순한 절연체가 아니다 |
| 03 │ 무전압 장기 보관 중 무엇이 변하는가? |
| 04 │ 장기 보관 후 누설전류가 증가할 수 있는 이유 |
| 05 │ 다시 전압을 인가하면 어떤 일이 일어나는가? |
| 06 │ 보관 온도와 시간이 중요한 이유 |
| 07 │ 콘덴서 제조사들의 공통된 설명 |
| 08 │ 12 V / 5 A SMPS 사례에서 이것이 의미하는 것 |
| 09 │ Part 1에서 아직 증명하지 않은 것 |
| 10 │ 다음 질문 |
01 │ 전해콘덴서를 작동하게 하는 보이지 않는 층
알루미늄 전해콘덴서는 양극 알루미늄 포일 위에 형성된 알루미늄 산화피막을 유전체로 사용하여 에너지를 저장합니다.
알루미늄 포일은 넓은 유효 전극 면적을 제공하고, 산화피막은 전극을 전기적으로 분리합니다. 전해액은 이러한 전기화학적 구조에 참여하며 산화피막이 형성된 양극 구조와의 전기적 접촉에 관여합니다.
여기에서 중요한 점은 이 유전체가 두꺼운 플라스틱 필름이나 세라믹 절연체가 아니라는 것입니다.
전해콘덴서의 유전체는 전기화학적으로 형성된 매우 얇은 산화피막이며, 그 전기적 상태는 콘덴서가 어떤 환경과 조건을 거쳐왔는가와 관련될 수 있습니다.
정상적인 사용 상태에서는 인가되는 DC 전압이 전기화학적인 재형성 작용을 통해 유전체 상태를 유지하는 데 도움을 줍니다.
02 │ 유전체는 단순한 절연체가 아니다
사용하지 않는 전자부품은 창고에 놓여 있는 동안 아무 변화 없이 그대로 있을 것이라고 생각하기 쉽습니다.
그러나 알루미늄 전해콘덴서는 그렇게 단순하게 볼 수 없습니다.
Nichicon은 장기간 무부하 상태로 보관할 경우 양극 산화피막과 전해액 사이의 반응으로 유전체의 내전압이 낮아질 수 있다고 설명합니다.
Nippon Chemi-Con 역시 장기간 고온 보관 시 양극 산화피막과 전해액 사이에서 화학적 반응이 발생할 수 있다고 설명합니다.
즉, 전기적인 동작 스트레스가 없다고 해서 내부에서 일어나는 모든 변화까지 멈추는 것은 아닙니다.
SMPS는 스위칭하지 않고 있을 수 있습니다. 정상 동작에 따른 발열도 없을 수 있습니다. 그러나 내부의 전기화학적 시스템에서는 시간에 따른 변화가 계속될 수 있습니다.
03 │ 무전압 장기 보관 중 무엇이 변하는가?
알루미늄 전해콘덴서가 장기간 전압이 인가되지 않은 상태로 놓여 있으면, 정상적으로 전압이 인가될 때 일어나는 전기화학적 작용에 의해 산화피막이 지속적으로 재생되는 조건에서 벗어나게 됩니다.
TDK는 무전압 보관 중, 특히 높은 온도에서는 산화피막이 열화될 수 있다고 설명합니다.
전압이 인가되지 않으면 양극으로 산소 이온을 이동시키는 누설전류가 존재하지 않기 때문에 산화피막을 재생하는 작용이 이루어지지 않는다는 설명입니다.
Nichicon은 같은 현상을 다른 관점에서 설명합니다.
양극 산화피막과 전해액 사이의 반응으로 유전체의 내전압이 낮아질 수 있으며, 이후 다시 전압을 인가할 때 누설전류가 증가하는 현상으로 나타날 수 있다는 것입니다.
그러나 이것이 장기간 보관된 모든 전해콘덴서가 불량이 된다는 의미는 아닙니다.
보관 온도, 보관 기간, 콘덴서의 설계, 이전 사용 이력, 실제 적용 조건 등이 모두 영향을 줄 수 있습니다.
04 │ 장기 보관 후 누설전류가 증가할 수 있는 이유
이상적인 콘덴서라면 충전이 완료된 후 DC 전류를 완전히 차단해야 하지만, 실제 알루미늄 전해콘덴서에는 소량의 누설전류(Leakage Current)가 흐릅니다.
장기간 무전압 상태로 보관된 후 다시 전압을 인가하면 초기 누설전류가 정상적인 상태보다 높아질 수 있습니다.
TDK는 보관 조건에 따라 장기 보관 후 최초 몇 분 동안의 누설전류가 정상 수준보다 상당히 높아질 수 있다고 설명합니다.
Nippon Chemi-Con 역시 누설전류가 온도의 영향을 받으며 보관 온도가 높아질수록 증가가 빨라질 수 있다고 설명합니다.
SMPS에서 이것은 단순히 콘덴서 사양서에 적힌 하나의 숫자로 끝나는 문제가 아닙니다.
과도한 누설전류는 콘덴서 내부의 발열을 증가시킬 수 있으며, SMPS가 기동할 때 회로의 동작에도 영향을 줄 가능성이 있습니다.
Nippon Chemi-Con은 심한 경우 큰 누설전류에 의해 발생한 내부 발열이 유전체 파괴와 압력방출장치 작동으로 이어질 수 있다고 설명합니다.
05 │ 다시 전압을 인가하면 어떤 일이 일어나는가?
그러나 열화만 일어나는 것은 아닙니다.
적절한 조건에서 DC 전압을 다시 인가하면 산화피막은 일반적으로 Re-forming 또는 Voltage Treatment라고 부르는 전기화학적 과정을 통해 다시 형성될 수 있습니다.
Nichicon은 전해액의 Re-forming 작용에 의해 증가했던 누설전류가 초기 수준에 가까워지는 경향이 있다고 설명합니다.
Rubycon 역시 장기간 보관된 콘덴서에서 증가한 누설전류를 Voltage Treatment를 통해 감소시킬 수 있다고 설명합니다.
이러한 자기 회복 특성은 알루미늄 전해콘덴서의 특징 가운데 하나입니다.
보관 중 상태가 변할 수 있는 전기화학적 시스템이 적절하게 전압을 인가하면 유전체 상태를 다시 형성하는 역할도 할 수 있기 때문입니다.
그러나 여기에는 주의가 필요합니다.
Rubycon은 보관 중 열화된 다른 특성까지 반드시 원래 상태로 회복되는 것은 아니라고 명시하고 있습니다.
따라서 Re-forming을 노후되거나 손상된 콘덴서를 모두 복구할 수 있는 방법으로 이해해서는 안 됩니다.
06 │ 보관 온도와 시간이 중요한 이유
보관 조건은 단순히 시간만으로 결정되지 않습니다.
특히 온도는 변화 속도에 큰 영향을 미칩니다.
Nippon Chemi-Con은 직사광선을 피하고 상온·상습 환경에서 보관할 것을 권장하며, 높은 온도에서는 누설전류와 tanδ 증가 및 정전용량 감소가 빨라질 수 있다고 설명합니다.
현재 보관 지침에서는 포장 상태의 일반적인 권장 보관환경으로 5°C~35°C, 상대습도 75% 이하를 제시하며, 보관기간은 제품에 따라 다르지만 일반적으로 2~3년 범위라고 설명합니다.
Nichicon 역시 5°C~35°C에서 2년 미만 보관된 콘덴서는 일반적으로 Voltage Treatment 없이 사용할 수 있으며, 그보다 장기간 보관된 경우에는 Voltage Treatment를 권장한다고 설명합니다.
다만 이러한 수치는 모든 콘덴서와 모든 완제품 SMPS에 일률적으로 적용되는 절대 기준이 아닙니다.
실제 적용에서는 해당 콘덴서 시리즈의 데이터시트와 제조사의 사용 지침을 우선적으로 확인해야 합니다.
07 │ 콘덴서 제조사들의 공통된 설명
| 제조사 | 장기 보관에 대한 주요 설명 |
|---|---|
| Nichicon | 장기 무부하 보관 시 유전체 내전압 저하로 누설전류가 증가할 수 있으며, 장기 보관 후 Voltage Treatment/Re-forming을 권장 |
| Nippon Chemi-Con | 고온 장기 보관 시 산화피막과 전해액의 반응으로 내전압이 낮아지고 누설전류가 증가할 수 있음 |
| TDK | 무전압 보관 중 산화피막이 열화될 수 있으며, 장기 보관 후 최초 전압 인가 시 누설전류가 크게 증가할 수 있음 |
| Rubycon | 미사용 상태에서도 특성이 열화될 수 있으며 Voltage Treatment로 증가한 누설전류를 낮출 수 있지만 다른 열화 특성까지 모두 회복되는 것은 아님 |
표현에는 약간의 차이가 있지만 제조사들이 설명하는 기술적인 방향은 공통적입니다.
전압이 인가되지 않은 장기 보관 상태가 알루미늄 전해콘덴서에 반드시 전기적으로 아무 변화도 없는 상태를 의미하지는 않습니다.
08 │ 12 V / 5 A SMPS 사례에서 이것이 의미하는 것
이번 사례의 불량 SMPS Adapter는 필요한 검사를 모두 통과한 후 장기간 전원이 인가되지 않은 상태로 보관되었습니다.
필드에서 회수된 제품을 분석했을 때 C3와 C4 전해콘덴서의 파손이 확인되었습니다.
대표 불량품 한 대에서는 5 A 부하 조건에서 출력전압이 불안정했고, Ripple & Noise는 512 mVp-p까지 측정되었습니다.
C3와 C4를 교체한 후 출력은 11.50 Vdc로 정상화되었으며 Ripple & Noise는 52 mVp-p로 감소했습니다.
Part 1에서 검토한 제조사 기술자료는 장기간 무전압 보관과 유전체 상태 변화 및 누설전류 증가를 연결할 수 있는 기술적으로 가능한 메커니즘을 제시합니다.
그러나 가능성이 있다는 것과 전체 고장 메커니즘이 증명되었다는 것은 서로 다른 문제입니다.
필드에서 확보한 증거는 어떤 부품이 파손되었고 전기적 특성이 어떻게 변했는가를 보여줍니다.
제조사의 기술자료는 알루미늄 전해콘덴서가 장기간 보관되는 동안 어떤 변화가 발생할 수 있는가를 설명합니다.
이제 다음 단계에서는 이 두 가지 증거가 어느 정도까지 연결될 수 있는지를 검토해야 합니다.
09 │ Part 1에서 아직 증명하지 않은 것
장기 보관 때문에 C3와 C4가 파손되었다고 바로 결론을 내리고 싶을 수도 있습니다.
그러나 현재까지 확보한 증거만으로 그렇게 단정하는 것은 적절하지 않습니다.
콘덴서 불량에는 온도 이력, 인가전압, 리플전류, 부품 품질, 회로 조건, 제조 편차, 보관환경 등 여러 요인이 관여할 수 있습니다.
따라서 Part 1에서는 제조사 기술자료가 뒷받침하는 장기 보관에 따른 유전체 변화 메커니즘을 중요한 공학적 가설로 제시하는 단계까지 다룹니다.
이를 모든 불량 샘플에 대한 최종 Root Cause 판정으로 보지는 않습니다.
고장분석에서는 이 구분이 중요합니다.
10 │ 다음 질문
이제 알루미늄 전해콘덴서는 전압이 인가되지 않은 상태로 장기간 보관되는 동안에도 변화할 수 있으며, 장기 보관 후 누설전류 증가가 콘덴서 제조사들이 실제로 언급하고 있는 현상이라는 것을 확인했습니다.
다음 질문은 다시 실제 불량 SMPS의 증거로 돌아갑니다.
파손된 C3/C4, 불안정한 출력전압, 그리고 512 mVp-p라는 측정값은 실제로 무엇을 말해주고 있을까요?
Part 2에서는 파손된 부품과 전기적 측정 결과를 보다 구체적으로 살펴보고, 직접 확인된 사실과 아직 추론해야 하는 부분을 구분해 보겠습니다.
참고자료 / 제조사 기술자료
• Nichicon Corporation — General Descriptions of Aluminum Electrolytic Capacitors / Application Guidelines, Storage Performance
• Nippon Chemi-Con Corporation — Aluminum Electrolytic Capacitor Storage; Storage Conditions and Shelf Life; Basic Electrical Characteristics
• TDK Electronics — Aluminum Electrolytic Capacitors: General Technical Information, voltage-free storage 후 Leakage Current 관련 내용
• Rubycon Corporation — 장기 보관 관련 FAQ 및 Cautions for Proper Use
작성자 주
이 Part 1은 콘덴서 제조사의 기술자료를 바탕으로 장기 보관과 관련된 유전체 변화 메커니즘을 설명하고, 이를 메인 글에서 소개한 실제 필드 불량 사례와 신중하게 연결하기 위해 작성했습니다.
제조사의 기술자료는 알루미늄 전해콘덴서의 일반적인 특성을 설명하는 자료입니다. 따라서 이를 이번 SMPS Adapter에서 발생한 모든 불량의 유일한 원인이 장기 보관이었다는 증거로 해석해서는 안 됩니다.
이어지는 Part에서는 실제 측정된 필드 증거, 공학적 해석, 제조사의 권고사항을 구분하면서 고장 메커니즘을 단계적으로 검토하겠습니다.
