confiabilidad operacional

Tecnología Electrónica

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Confiabilidad

CONFIABILIDAD ELECTRÓNICA y ELÉCTRICA
Introducción.
La principal diferencia entre la Confiabilidad eléctrica y mecánica radica
fundamentalmente en que, en general, los sistemas electrónicos no se “desgastan” (No
wear out), salvo algunas excepciones. Mientras hay algunos mecanismos “discutidos”
de desgaste como ser: electromigración, ycorrimiento de parámetros en los
componentes, los sistemas electrónicos se comportan de manera fundamentalmente
diferentes a los sistemas mecánicos. Típicamente vinculado a la discusión de la
confiabilidad está el concepto de “curva bañera” (bathtub curve). En la figura 1 se
muestra la curva, la cuál se puede dividir en tres partes o zonas.

Fig. 1. Curva bañera (bathtub curve).
Zona I:(parte rápidamente decreciente de la curva), conocida como etapa de
mortalidad infantil, esta caracterizada por fallas debidas a defectos de fabricación.
Zona II: Es la etapa de vida útil y está caracterizada por una velocidad de falla
constante debida a defectos aleatorios.
Zona III: Conocido como periodo de desgaste y está caracterizado por una velocidad
de falla creciente como resultado delenvejecimiento y deterioro de los equipos.
Como los modernos equipos electrónicos están hechos mayormente de dispositivos
semiconductores que no tienen un mecanismo de desgaste de corto plazo, la
existencia de la Zona III, para los sistemas electrónicos es una especie de área gris.
Para la mayoría de los componentes electrónicos, la Zona III, es relativamente plana.
Una tarea importante para losdiseñadores es saber como fallan los sistemas
eléctricos. En las secciones siguientes analizaremos las causas más comunes de falla
para los sistemas electrónicos, como así también algunos métodos comunes de

Ing. A. M. Mariani

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Año 2007

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protección. Posteriormente, presentaremos varias clases de modelos para predecir laconfiabilidad.

Conceptos clave
Fatigas principales y Métodos de protección.
Electromigración
Como se mencionó precedentemente los sistemas eléctricos exhiben un
comportamiento de desgaste y envejecimiento (wear out). La electromigración, por
ejemplo, puede ser posible considerarla como un mecanismo de desgaste. A través del
tiempo, las altas densidades de corriente en los conductores de películafina en los
circuitos integrados
pueden causar vacíos/ lagunas o montículos (pequeños),
observables a escalas micrométricas.
Deriva de los parámetros en los componentes.
A través del tiempo, los componentes analógicos pueden desviarse de sus valores
especificados . Esto puede ser acelerado por varios factores , como ser la temperatura.
De manera que los circuitos críticos, necesitan serdiseñados con un nivel de tolerancia
tal que puedan arreglárselas con la deriva de los parámetros en los componentes.
Fatigas(o tensiones) por Transitorios eléctricos.
Los modernos equipos electrónicos son propensos a dañarse por las altas corrientes
debido a su naturaleza delicada y a su poca habilidad para disipar el calor. Entonces
las fatigas transitorias como aquellas debidas a lasdescargas electrostáticas (ESD),
encendido, y transitorios en las fuentes de potencia por conmutación o encendido,
pueden ocasionar fallas en el sistema.
Algunos métodos de protección contra transitorios eléctricos incluyen:
•
•
•

Capacitores: para absorber los transitorios de alta frecuencia.
Acopladores ópticos (opto-couplers): para aislar de los transitorios dañinos, las
partes sensiblesdel sistema eléctrico.
Resistores: 1) Entre las entradas y las conexiones externas para reducir los
niveles de las tensiones transitorias , y 2) entre las salidas y las conexiones
externas para prevenir corrientes excesivas en el caso de corto a tierra.

Calor excesivo.
Este es un problema típico en electrónica de aviación (avionics) y equipos para misiles,
donde el calor excesivo puede...