Confiabilidad de los componentes electrónicos: una guía práctica para la fabricación de sistemas electrónicos

Confiabilidad de los componentes electrónicos

Sobre el Libro

Confiabilidad de los componentes electrónicos: una guía práctica para la fabricación de sistemas electrónicos (Reliability of Electronic Components: A Practical Guide to Electronic Systems Manufacturing) es un libro de 509 páginas escrito por Titu I. Bajenescu y Marius I. Bazu. Fue publicado por la editorial Springer en el año 1999 en su primera edición.

Descripción del Libro

El objetivo de este libro es comprender mejor por qué fallan los componentes, abordando las necesidades de los ingenieros que aplicarán los principios de confiabilidad en el diseño, la fabricación, las pruebas y el servicio de campo. Contribuye así a nuevos enfoques y al desarrollo de la confiabilidad de los componentes electrónicos y de telecomunicaciones. Como fuente de referencia, resume el conocimiento sobre modos de falla, degradación y mecanismos, incluyendo un relevamiento de pruebas aceleradas, logrando mayor confiabilidad, temas de calidad total, pruebas de cribado y métodos de predicción. Un índice detallado, un glosario, listas de acrónimos, diccionarios de confiabilidad y una rica bibliografía específica completan el beneficio que ofrece el libro. El nivel técnico está dirigido a estudiantes senior y graduados, así como a expertos y gerentes en industrias.

Tabla de Contenido

  • 1 Introducción.
  • 2 Estado del arte en confiabilidad de componentes electrónicos.
  • 3 Confiabilidad de los componentes electrónicos pasivos.
  • 4 Confiabilidad de diodos.
  • 5 Confiabilidad de los transistores de potencia de silicio.
  • 6 Confiabilidad de tiristores.
  • 7 Confiabilidad de circuitos integrados monolíticos.
  • 8 Confiabilidad de los circuitos integrados híbridos.
  • 9 Confiabilidad de memorias y microprocesadores.
  • 10 Confiabilidad de los componentes optoelectrónicos.
  • 11 Ruido y confiabilidad.
  • 12 Envase de plástico y confiabilidad.
  • 13 Prueba y capacidad de prueba de circuitos integrados lógicos.
  • 14 Análisis de fallas.
  • 15 Apéndice.

1. Introducción

1.1 Definición de confiabilidad

La confiabilidad es un concepto relativamente nuevo, que completa el control de calidad y está vinculado al estudio de la calidad en sí. Explicado de manera simple, la confiabilidad es la capacidad de un artículo para funcionar correctamente; es su característica no fallar durante su funcionamiento. Se puede decir que la confiabilidad es la certeza operativa durante un intervalo de tiempo establecido.

Sin embargo, esta definición es imperfecta, porque aunque contiene el factor tiempo, no describe con precisión un tamaño medido.

Como se han realizado los primeros estudios de confiabilidad en EE. UU., Al principio se adoptó la definición estadounidense: la confiabilidad es la probabilidad de que un determinado producto no falle durante un período de tiempo determinado, y para determinadas condiciones operativas y ambientales. La confiabilidad de un elemento (o de un conjunto) se define hoy como la probabilidad de que un elemento realice su función requerida en determinadas condiciones durante un intervalo de tiempo establecido. La confiabilidad del componente implica el estudio tanto de la física de confiabilidad como de las estadísticas de confiabilidad. Tienen una contribución importante para una mejor comprensión de las formas en que fallan los componentes y cómo se desarrollan las fallas con el tiempo. Esto proporciona una base invaluable para comprender y evaluar los patrones de falla del mundo real de la confiabilidad de los componentes que nos llegan de los estudios de fallas de campo. El esfuerzo de los investigadores se ha concentrado en establecer patrones de por vida para tipos de componentes individuales (o para mecanismos de falla individuales). La confiabilidad es un nombre colectivo para aquellas medidas de calidad que reflejan el efecto del tiempo en el almacenamiento o el uso de un producto, de manera distinta a aquellas medidas que muestran el estado del producto en el momento de la entrega.

En el sentido general, la confiabilidad se define como la capacidad de un artículo para realizar una función requerida bajo condiciones establecidas durante un período de tiempo establecido.

Aunque esta definición corresponde a un concepto rico en información, tiene, sin embargo, una desventaja. Debido a la necesidad de especificar un tiempo de operación definido del artículo respectivo, la confiabilidad tiene valores diferentes para cada intervalo de tiempo. Por eso es necesario definir otros tamaños, dependiendo no solo del tiempo de operación, sino también del intervalo medio entre fallas (MTBF – tiempo medio entre fallas) y de la velocidad de falla durante una hora (A). Sin embargo, no es suficiente indicar la velocidad de falla para un determinado elemento constructivo, si las condiciones operativas y ambientales (de las que depende la velocidad de falla) no se dan simultáneamente.

Las condiciones indicadas incluyen el entorno físico total (también condiciones mecánicas, eléctricas y térmicas). Realizar significa que el artículo no falla. El intervalo de tiempo indicado puede ser muy largo (veinte años, como en el caso de los equipos de telecomunicaciones), largo (algunos años) o corto (unas pocas horas o semanas, como en el caso del equipo de investigación espacial). Este parámetro también podría ser, por ejemplo, el kilometraje (de un automóvil) o el número de ciclos (de una unidad de relé).

1.2 Perspectiva del desarrollo histórico

Los primeros estudios sobre los equipos electrónicos y su confiabilidad se han realizado con el objetivo de mejorar la técnica de aviónica militar y los sistemas de radar del ejército. La formulación matemática de la confiabilidad y su utilización para pruebas de materiales se origina en ideas nacidas durante la Segunda Guerra Mundial, cuando Werner von Braun y sus colegas trabajaron en los misiles V1. Partieron de la idea de que una cadena no puede ser más resistente que su eslabón más débil. El objeto estudiado era un simple cohete; sin embargo registraron falla tras falla, cada vez que un elemento constructivo cedió, aunque los componentes han sido sometidos a pruebas de control detalladas. Las dificultades aparecieron menos por los errores sistemáticos, sino más bien por las múltiples posibilidades de error derivadas de la conjugación de diferentes aspectos de los numerosos componentes, que actuaban simultáneamente. Entonces se les ocurrió la idea de que todos los elementos constructivos deben jugar un papel en la evaluación de confiabilidad.

2. Estado del arte en la confiabilidad de componentes electrónicos

Hoy en día, la fabricación de componentes electrónicos es el proceso más dinámico, porque las grandes exigencias impuestas a las especificaciones de rendimiento de los dispositivos modernos determinan una rápida tasa de cambio para estos productos. Siempre se ha pensado que los componentes electrónicos y, especialmente, los dispositivos semiconductores tienen el potencial de lograr una alta confiabilidad y, en consecuencia, el desarrollo de muchas técnicas de calidad y confiabilidad se realizó especialmente para estos dispositivos. En consecuencia, las investigaciones de confiabilidad en este campo representan la primera línea en la batalla por los mejores productos.

La evolución del campo de la confiabilidad se puede rastrear entre los hitos de la historia de la fabricación de semiconductores, según lo expresado por Birolini, Kuehn, Knight y Bázu. La “nueva ola” en el campo de la confiabilidad, que llegó después de 1990, impuso algunos cambios culturales.

Estos cambios determinan una nueva actitud hacia el campo de la confiabilidad expresada por los enfoques en los principales dominios relacionados con la confiabilidad de los dispositivos semiconductores.

Más adelante, se identificarán las nuevas tendencias en cada uno de estos dominios (características culturales, construcción de confiabilidad, evaluación de confiabilidad y estandarización).

2.1 Características culturales

En primer lugar, se presentará el enfoque básico que describe la nueva ola en confiabilidad y las características culturales del período actual.

2.1.1 Garantía de calidad y confiabilidad

Aseguramiento de la calidad significa todas las actividades organizativas y técnicas que aseguran la calidad del diseño y la fabricación de un producto, teniendo también en cuenta las limitaciones económicas.

Tradicionalmente, el aseguramiento de la calidad realiza la función de aseguramiento mediante operaciones de inspección y clasificación. Al utilizar esta estrategia, se asume que se permiten grandes cantidades de material no conforme. En consecuencia, el departamento de garantía de calidad asume un papel de policía, protegiendo contra el material no conforme. La nueva función de aseguramiento de la calidad, basada en la prevención, mediante la eliminación de las fuentes de material no conforme, surge a principios de los 70.

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