2002年11月10日

さて、この故障マザーであるK7T-PROは、たるさんの初代Athlonマザーでもある。 今はお世話になった先輩の家に嫁入りしているが、 購入後１年以上に渡って当家最速の地位を確保したマザーだ。 Athlon(雷鳥)の出始めに秋葉原で気を失って、気が付いたら購入していただけに、 思い入れも大きい。

友人も同時期に意識を無くしたか、正常な判断能力を失ったかしたらしい。 たるさんも同期もAthlonマザーといえばMSI製のK7T-PROか FIC製のAZ-11の二者択一しかなかった頃に初物として購入しただけに、 両者共に同一マザーとなるのも別段不思議ではないわけだ。

で、死体マザーを貰ったはいいけれど、 Li電池の交換などというトンチンカンな指示を出した失敗の埋め合わせとして、 なんとかこれをたるさん的に再生せねばならない。

と言うわけで、原因探しが始まったわけだが、 本人のタコさ加減も加わってこれがまた難航した。 外見上焦げ臭い部分が無かった事も先入観の原因だ。 (普通は電源が焦げるとまったく起動しない。 起動するけど動作がおかしいという事は無いのだ。) また、症状がCMOSバッテリーの消耗にそっくりだったため、 CMOSバックアップ回路の故障だろうと勝手に思いこんでしまったのである。

最初に考えたのは、バックアップ回路の疑似ショートである。 バックアップ回路の一部(とくにバイパスコンデンサ内の エレクトロマイグレーションを疑っていた。)に 擬似的な内部ショートが発生し、これがCMOSバックアップ電池の 消耗を早めているのではと疑ったのである。 今から思えばあまりにもバカバカしい視野狭窄に陥っていたわけだが、 先入観というものは本当に恐ろしい。

ところが、どこをどう探してもそれらしき原因箇所が特定できない。 ついに、電池を完全な新品に交換した後２〜３週間ほどほったらかしにして、 その後電圧を再測定したりしても電圧に何の変動もない事を確認するに至り、 ここが問題ではない事に確信を持つに至った。 そして同時に自らのウデの至らなさを暴露してしまったのである。

しかし、マザーは相変わらず起動したりしなかったり。 BIOS設定画面で文字が化けまくったこともあったっけ。 とにかく、起動毎に症状が違うのが特徴である。

というわけで、このマザーにチャレンジした週末は必ず枕を涙で泣き濡らす 羽目になるのである。(という程落ち込んだワケではなかったが．．．)

☆染之助・染太郎ファン

転機は最近やってきた。 それは、 EPoXからi845PE搭載マザーが2製品！廉価版にはコンデンサ部に謎のファンを搭載 という記事を見た時であった。

記事では何故こんな所にファンが．．．と疑問が呈されていたが、 たるさん的には何の不思議もないことである。 最近のＣＰＵは消費電力が増えているのに駆動電圧は下がっている。 これがなにを意味するかというと、駆動電流の急増である。

駆動電流の急増はＣＰＵ用オンボード・レギュレータの MOS-FET＆電解コンデンサの負担増を意味する。 電流が大きくなれば、リップル電流の増大でコンデンサは自己発熱するし、 MOS-FETは自爆的に発熱破壊モードに突入してしまう。 これが、最近のマザーで電源系の故障が増えている原因だ。

だから、ファンで冷却するというのは、 (ファン故障を考えればスマートな解答とは言えないが) あり得ない選択肢ではない。

事実、スイッチングとシリーズの違いこそあるが、 たるさん自身が過去ソケット７時代に同じ事をやっていたのである。 それは、ずいぶん昔のことであるが、たるさんがGigaByte製のGA-586HXを 使っていた頃のことだ。

GA-586HXはCPU電源の駆動回路がシリーズレギュレータであった。 (当時はスイッチング電源は珍しかった。) だから、まだＣＰＵの消費電力が今ほど大きくない時代ではあったが、 シリーズレギュレータの動作原理上、 大消費電力時のレギュレータ発熱はものすごいモノがあった。

そこへ、何の縁があってか友人から6X86MX-PR200をもらい受けたのである。 6X86系ＣＰＵは知る人ぞ知る「発熱大王」の異名を保つＣＰＵだ。 特に6X86-P200+が酷かったらしいが、こいつでマザーを焼き焦がした 噂も当時のいい酒飲み話であった。

というわけで、何となくイヤな予感がしながらこれを早速乗せたところ、 山洋製大型ＣＰＵファンを付けたにもかかわらず、 なんと１０分保たずにＯＳごとシステムが落ちた。 ＣＰＵではなくシリーズレギュレータの冷却が追いつかず、 レギュレータIC内の保護回路が作動したのだろう。

で、焼死体マザーを出さないように考えたのがこれである。 当時のGA-586HXでは写真は撮っていなかったので、手持ちの類似マザーによる 再現構成写真である。

染之助・染太郎ファン レギュレータを冷却するため、一本足で取り付けられたファン GA-586HXは嫁入りしたため、シリーズレギュレータ搭載マザーによる再現映像

CPU電源用レギュレータに取り付けられたファンは不要になった486用ファンから 取り外したモノである。 我々の仲間内では、一本の足に取り付けられたファンがレギュレータ上で クルクルと回る様から、当時誰言うと無くこれを 「染之助・染太郎ファン」と呼んでいた。

6X86系ＣＰＵの発熱は当時そこかしこで噂になっていたため、 たるさん的にはこれでも心配であった。 そのため、ファン駆動電圧の高電圧化で 「いつもよりよけいに回す」事も考えたが、その必要はなかった。 ファン付き放熱板の冷却能力はすばらしく、 それ以降マザーが落ちることはなくなっていたのである。

☆Athlonの発熱と電源負荷

またも話が脱線してしまった。(いつものことだが．．．)

と言うわけで、その記事を読んだ時、ふっとひらめいたのである。 たとえ外見上問題なくとも 電源の不調で同じ症状が出るかも！ 電源の異常＝焼死体、という先入観がいけなかったのだ。

まず、同期の家で使っていたATX電源とたる家のATX電源は異なるユニットだから、 これが同時にイカレるという事は考えにくい。 また、両者共に何台もの自作経験があるから、ちゃんとAthlon対応電源を使っている。 だから、Athlon系マザーでFAQのATX電源品質問題では無いことがわかる。 しかも、友人宅でも最初はちゃんと動いていたのである。

では、他に動作を不安定化する電源があるのか．．．

そう、それはＣＰＵに電力を供給するオンボードSWレギュレータである。 たとえこれが焦げていなくても もし、これが経時劣化すれば．．．

そうか、こいつが不調の原因か！？　 と言うわけで、早速その周辺を探ってみた。

まず、このマザーの問題点として考えられるのは 電解コンデンサの配置である。 写真の通りＣＰＵソケットを取り囲むように電解コンデンサが取り付けられている。

Ｋ７Ｔ−ＰＲＯの電解コンデンサ配置 熱風排気がどれかの電解コンに必ず当たる。

このようにＣＰＵソケットを中心に３方向に電解コンデンサが取り付けられていると、 フィンに風を送り込む形式の通常型ファンである限り どのような排気方向のファンを取り付けても、どれかの電解コンデンサに 必ず廃熱がぶつかる事になる。 これを防ぐには排気が垂直方向になる吸い出し型のファンを付けるしかない。 これは設計上の配慮不足である。

例えば、当家で使っているPentium4マザーP4S5Aを見ていただこう。 電解コンデンサは基本的にＣＰＵソケットに対して縦１列で並んでいる。 これならば、写真で上下方向に廃熱が排気されるファンなら、 廃熱で電解コンデンサが加熱される心配がない。

また、トロイダルコアもP4S5Aの方が数が多い。 これは磁気的飽和による加熱を防ぐための措置であると考えられる。 このように、時期的に後発のP4S5Aの方が電源対策がしっかりしている。

Ｐ４Ｓ５Ａの電解コンデンサ配置 排気でコンデンサが加熱される心配が少ない。

Athlonの発熱排気で電解コンデンサが加熱される。 それに加え、オーバークロッカーでもあった同期の設定変更で マザー上のスイッチング電源により大きな電流負荷が加わる。 それが、大きなリップル電流となって電解コンデンサの自己発熱を発生させ、 電解液の蒸発によりさらに寿命を縮める。

なんだか、ありそうなシナリオではないか！？

☆少しずつ改善される症状

まず、電源回りであるが電解コンデンサの爆裂でも発生していれば 簡単に見分けが付いたのであろうが、 電解液の容量の漸減だとすると外見上ではわからない。 実際、目視観察では電解コンデンサには何の異常も見られなかった。

では、もしそうだとするとどんな対策が有効だろうか？　 電解コンデンサの電解液異常としては、容量抜けとＥＳＲ増大が考えられる。 容量抜けは主に電源電圧の変動を、ＥＳＲ増大は主にノイズの増大をもたらす。 (というのはあくまで理屈で、実体はそれほど単純ではないが．．．)

そこで、まず電解コンデンサを載せ替える前に、少し高周波対策を行ってみた。 電解コンデンサの容量減の症状としては、ＤＣ成分の電流容量不足が発生する以前に、 ＥＳＲ増大により、まず高い周波数でのノイズ(主にスイッチングノイズを予想)や 負荷変動(主にＣＰＵの消費電力変動を予想)に対処できなくなるのではないか？ と考えたためである。(ただし、このうちＣＰＵ負荷変動に関しては 電解コンデンサがまともであっても除去できないほど高い高周波成分が 含まれているはずである。対策も気休めかもしれない。)

対策としては、電解コンデンサよりも高周波特性に優れるチップコンデンサの 追加搭載を行ってみた。 電源回路の出力側に耐圧１６Ｖで2012サイズ１μＦのチップコンデンサを１１個 並列で、電源回路の入力側に耐圧５０Ｖで3225サイズ１μＦのチップコンデンサを ８個追加搭載した。(マザーの絶縁皮膜は紙ヤスリで削り落とす。)

また、他にもマザー上のすべての電解コンデンサに並列に１μＦのチップコンデンサを 追加搭載してみた。

Ｋ７Ｔ−ＰＲＯに追加したチップコンデンサ 最短距離でＧＮＤへ