Análisis de fallas: una guía práctica para fabricantes de componentes y sistemas electrónicos

Análisis de fallas

Sobre el Libro

Análisis de fallas: una guía práctica para fabricantes de componentes y sistemas electrónicos (Failure Analysis: A Practical Guide for Manufacturers of Electronic Components and Systems) es un libro de 340 páginas escrito por Marius Bazu y Titu Bajenescu. Fue publicado por la editorial Wiley en el año 2011 en su primera edición.

Descripción del Libro

El análisis de fallas es el método preferido para investigar la confiabilidad del producto o proceso y para asegurar un desempeño óptimo de los componentes y sistemas eléctricos. El enfoque de física de fallas es la única solución aceptada internacionalmente para mejorar continuamente la confiabilidad de materiales, dispositivos y procesos. Los modelos se han desarrollado a partir de los fenómenos físicos y químicos que son responsables de la degradación o falla de los componentes y materiales electrónicos y ahora reemplazan los modelos de distribución populares para mecanismos de falla como Weibull o lognormal.

Los ingenieros de confiabilidad necesitan orientación práctica sobre los complejos procedimientos involucrados en el análisis de fallas. Esta guía actúa como una herramienta para todas las técnicas avanzadas, sus beneficios y aspectos vitales de su uso en un programa de confiabilidad. Utilizando doce estudios de casos complejos, los autores explican por qué el análisis de fallas debe usarse con componentes electrónicos, cuándo la implementación es apropiada y los métodos para su uso exitoso.

Encontrará una cobertura detallada sobre:

  • Un enfoque sinérgico de los modos y mecanismos de falla, junto con la física de confiabilidad y el análisis de fallas de materiales, enfatizando la importancia vital de la cooperación entre un equipo de desarrollo de productos involucrado.
  • Las razones por las que el análisis de fallas es una herramienta importante para mejorar el rendimiento y la confiabilidad mediante acciones correctivas.
  • La etapa de diseño, destacando el enfoque de ‘ingeniería concurrente’ y DfR (Design for Reliability).
  • análisis de fallas durante la fabricación, que cubre el monitoreo de confiabilidad, monitores de proceso y confiabilidad del paquete.
  • Confiabilidad en reposo después de la fabricación, incluida la evaluación de la confiabilidad en esta etapa y las acciones correctivas.
  • Una gran variedad de métodos, como métodos eléctricos, métodos térmicos, métodos ópticos, microscopía electrónica, métodos mecánicos, métodos de rayos X, métodos espectroscópicos, acústicos y láser.
  • Nuevos desafíos en las pruebas de confiabilidad, como su uso en microsistemas y nanoestructuras.
  • Esta referencia práctica pero completa es útil para los fabricantes e ingenieros involucrados en el diseño, fabricación y prueba de componentes electrónicos, dispositivos, circuitos integrados y sistemas electrónicos, así como para los usuarios de componentes en sistemas complejos que desean descubrir las raíces de las fallas de confiabilidad para sus productos.

Sobre los autores

Dr. Marius Bazu, Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo en Microtecnologías, IMT-Bucarest, Bucarest, Rumania

El Dr. Bazu es actualmente Jefe del Laboratorio de Confiabilidad y Vicepresidente del Consejo Científico del Instituto Nacional de Microtecnologías, IMT-Bucarest, Rumania. El Dr. Bazu ha coordinado más de 50 proyectos de investigación nacionales sobre la confiabilidad de los componentes electrónicos. Es miembro del Consejo de Administración y presidente del Clúster de Confiabilidad de la Red de Excelencia “Diseño para Micro y Nano Fabricación – PATENT-DfMM”. Desde 1997 hasta 1999 fue líder de un proyecto europeo sobre tecnología de confiabilidad incorporada, y en 2000 recibió el premio AGIR (Asociación General de Ingenieros Rumanos) por implementar una tecnología de confiabilidad integrada en una empresa rumana de semiconductores. El Dr. Bazu es coautor de cuatro patentes rumanas y ha contribuido a más de 120 artículos científicos. Desde 1986 es profesor invitado de cursos de posgrado sobre confiabilidad en la Universidad Politécnica de Bucarest. Ha presentado conferencias invitadas a conferencias internacionales celebradas en toda Europa, incluidas Austria, Rumania y Serbia.

Sr. Titu Bajenescu, Suiza

Desde 1985, el Sr. Bajenescu ha trabajado como consultor independiente y experto internacional en gestión de ingeniería, telecomunicaciones, confiabilidad, calidad y seguridad. Ha trabajado en la oficina de confiabilidad, seguridad y mantenibilidad del Ministerio de Defensa, diseñando y fabricando equipos experimentales para la investigación del ejército y los sistemas de defensa aérea. Con Asea Brown Boveri en Suiza estuvo involucrado en el diseño y fabricación de nuevos equipos industriales para telecomunicaciones. Más recientemente, el Sr. Bajenescu se unió a Ascom y como Gerente de Confiabilidad, contribuyendo al desarrollo de nuevos estándares ITU e IEC. Se convirtió en Gerente de Calidad y Confiabilidad y Gerente de Garantía de Producto de Messtechnik und Optoelektronic. El Sr. Bajenescu es autor de numerosos libros técnicos que se han publicado en inglés, francés, alemán y rumano, y ha escrito numerosos artículos sobre telecomunicaciones modernas e ingeniería y gestión de calidad y confiabilidad. Actualmente habla sobre estos temas como profesor invitado en universidades de toda Europa.

Tabla de Contenido

  • 1 Introducción.
  • 2 Análisis de fallas: ¿Por qué?
  • 3 Análisis de fallas: ¿Cuándo?
  • 4 Análisis de fallas: ¿Cómo?
  • 5 Análisis de fallas – ¿Qué?
  • 6 Estudios de caso.
  • 7 Conclusiones.

A continuación se muestra un extracto del libro:

1 Introducción

1.1 Los tres objetivos del libro

En nuestra sociedad, que se centra en el éxito en cualquier ámbito, el fracaso es un valor extremadamente negativo. Todos todavía recordamos la fuerte emoción producida en todo el mundo por el accidente del transbordador espacial Challenger. El 28 de enero de 1986, el Challenger explotó después de 73 segundos de vuelo, provocando la muerte de sus siete tripulantes. La causa se identificó después de un cuidadoso análisis de fallas (FA): un sello de anillo en C en su cohete reforzador sólido falló en el despegue, causando una brecha en la junta que selló y permitiendo que el gas caliente presurizado del motor del cohete sólido llegara al exterior e incidir en los accesorios de fijación. Eventualmente, esto condujo a la falla estructural del tanque externo y al choque de la lanzadera. Este es un ejemplo clásico de falla producida por la baja calidad de una pieza utilizada en un sistema.

Otros ejemplos de eventos conocidos producidos por fallas de sistemas técnicos incluyen los siguientes:

– (CN 10 de abril de 1912, RMS Titanic, en ese momento el barco más grande y lujoso jamás construido, zarpó en su viaje inaugural de Southampton a Nueva York. El 14 de abril, a las 23:40, el Titanic chocó contra un iceberg alrededor de 400 millas de Terranova, Canadá. Aunque la tripulación había sido advertida sobre los icebergs varias veces esa noche por otros barcos que navegaban por la región, el Titanic viajaba cerca de su velocidad máxima de unos 20,5 nudos cuando el iceberg rozó su costado. Menos de tres horas después, el barco se hundió en el fondo del mar, llevándose consigo a más de 1500 personas. Solo una fracción de los pasajeros se salvó. Esto fue una terrible falla de un complejo sistema técnico, hecho posible porque el capitán había ignorado las necesarias precauciones, por lo que la falla fue producida por una falla humana La alta tasa de bajas se explica además por el número insuficiente de botes salvavidas, lo que implica una falla de diseño.

– El 24 de abril de 1980, el presidente estadounidense Jimmy Carter autorizó la operación militar Eagle Claw (o Evening Light) para rescatar a 52 rehenes de la embajada estadounidense en Teherán, Irán. Los rehenes estaban retenidos desde el 4 de noviembre de 1979 por un comando de la Guardia Revolucionaria Iraní. En la operación participaron ocho helicópteros RH-53D, que fracasaron debido a muchos problemas técnicos. Dos helicópteros sufrieron fallas de aviónica en ruta y una tormenta de arena dañó los sistemas hidráulicos de otros dos. Debido a que el plan de la misión requería un mínimo de seis helicópteros, el resto no pudo continuar y la misión fue abortada.

Este se considera un caso típico de falla de confiabilidad de sistemas técnicos complejos.

Evidentemente, tenemos que luchar contra los fracasos. En consecuencia, la FA se ha promovido y rápidamente se ha convertido en una herramienta necesaria. FA intenta identificar las causas raíz y proponer acciones correctivas destinadas a evitar fallas futuras.

Dada la amplia gama de posibles acciones humanas, se necesitan muchos procedimientos específicos de AF, comenzando con procedimientos médicos para curar o prevenir enfermedades (que son fallas del cuerpo humano) y continuando con varios procedimientos para evitar la falla de los sistemas técnicos. En este sentido, la palabra “confiabilidad” tiene dos significados: primero, es el objetivo de disminuir o eliminar fallas, y segundo, es propiedad de cualquier sistema (humano o artefacto) funcionar sin fallas, en algunas condiciones dadas y para una duración determinada. De hecho, FA es un componente del análisis de confiabilidad. Esta idea se detallará en las páginas siguientes.

De lo anterior, se puede ver que el primer objetivo de este libro es presentar los conceptos básicos de FA, que se considera la acción clave para resolver problemas de confiabilidad. Pero hay un segundo propósito, igualmente importante: promover la idea de confiabilidad, a cómo la importancia de esta disciplina y la necesidad de apoyar sus objetivos en el logro de un determinado nivel de confiabilidad como característica clave de cualquier producto.

Desafortunadamente, los primeros problemas de confiabilidad fueron resueltos por estadísticos, lo que condujo a un enfoque matemático de la confiabilidad, predominante en los primeros 25-30 años de la historia moderna del dominio. Hoy otras disciplinas, como la física y la química, están igualmente involucradas. Todos estos temas se detallan en la Sección 1.2, donde se presenta una breve historia de la confiabilidad como disciplina.

El enfoque matemático fue restrictivo y creó la impresión incorrecta de que el objetivo del análisis de confiabilidad era obstaculizar el trabajo de especialistas reales, obligándolos a realizar rediseños debido a resultados crípticos que nadie podía entender. Hoy en día este malentendido en general ha sido superado, pero sus secuelas aún están presentes en la mentalidad de algunos especialistas. Queremos persuadir a los fabricantes de componentes de que los ingenieros de confiabilidad son sus mejores amigos, simulando el comportamiento de su producto en condiciones de la vida real y luego recomendando las mejoras necesarias antes de que el producto pueda venderse. Los fabricantes y los ingenieros de confiabilidad deben formar un equipo, con información fluyendo en ambas direcciones.

Fin del extracto.

Referencias

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