Utilizar el AMFE para gestionar el riesgo de los bigotes de lata

Amigos,

La gente afirma, con razón, que no conocemos a fondo los bigotes de lata. Señalan con razón que, incluso con la mitigación, no podemos estar seguros de poder eliminarlos. Además, los estudios han demostrado que los revestimientos para evitar los bigotes de estaño no siempre funcionan.

Entonces, ¿esta situación aparentemente inquietante nos da menos esperanza que la que sintió Scrooge cuando se enfrentó al fantasma de la futura Navidad? Desde luego que no, si analizamos la situación con un poco más de detalle.

Si bien es cierto que no entendemos a fondo los bigotes de lata, no hay casi nada que SÍ entendamos a fondo. Cuando trabajaba en IBM y descubrimos un nuevo modo de fallo, un alto directivo comentó que si puedes aumentar el número de fallos de ese tipo y hacer que desaparezcan, ya tienes un buen conocimiento práctico del fenómeno. Esta situación es básicamente cierta en el caso de los bigotes de estaño. Los bigotes de estaño suelen formarse en los revestimientos de estaño sobre cobre. Se ha demostrado que las tensiones de compresión en el estaño son una de las principales causas de los bigotes de estaño (véase la figura 1). Estas tensiones de compresión pueden deberse a la formación intermetálica cobre-estaño (1a), a diferencias en el coeficiente térmico de expansión (1b), a tensiones de corrosión (1c) y a tensiones mecánicas (1d).

Figura 1. Algunas de las causas de los bigotes de estaño provocados por tensiones de compresión en el estaño.

El aumento de las tensiones de compresión incrementa drásticamente la formación de bigotes de estaño, mientras que la reducción de estas tensiones reduce drásticamente la formación de bigotes de estaño.

Para dar una idea cuantitativa de la presencia de bigotes de estaño, Xu, Zhang, Fan, Abys, et al. [i] desarrollaron un Índice de Bigote (WI), definido como:

WI = Sn*d*L*f(L)

para medir la propensión a producir bigotes, donde S es el área; n es el número de bigotes por unidad de área; d es el diámetro del bigote; L es la longitud del bigote; y f(L) es una función no lineal de la longitud, siendo 1 para una longitud de bigote de 1 micrómetro y 500 para una longitud de bigote de 50 micrómetros.Utilizando esta métrica, demostraron cuantitativamente que las tensiones de compresión son una fuerza impulsora importante en la formación de los bigotes de estaño. En consonancia con la teoría de la fuerza impulsora de las tensiones de compresión, estos investigadores demostraron que los revestimientos brillantes de estaño tienden a tener WI en el rango de 100.000, mientras que el simple cambio a un revestimiento brillante satinado reduce el índice WI a menos de 10. Además, los granos grandes en el revestimiento brillante de estaño tienden a tener WI en el rango de 100.000. Además, los granos grandes en el estañado se asocian a tensiones bajas, al igual que un acabado mate o satinado, por lo que los granos grandes son otro indicador positivo para mitigar los bigotes de estaño. Esta situación ni siquiera tiene en cuenta la reducción adicional de los bigotes de estaño que se produciría añadiendo un fino destello de níquel entre el cobre y el estaño o añadiendo un 2% de bismuto al estaño.

Para ser justos, sin embargo, no podemos asumir que estos tipos de enfoques de mitigación eliminarán por completo los bigotes de estaño durante las décadas que algunos productos de misión crítica deben servir.

Se ha demostrado que los revestimientos ofrecen considerables ventajas de mitigación, aunque la mayoría de los revestimientos pueden ser penetrados por los bigotes de estaño, siendo probablemente el parileno la excepción. Sin embargo, para constituir una amenaza, el bigote de estaño debe penetrar en el revestimiento dos veces, como se muestra en la figura 2. En la mayoría de los casos, al crecer desde su base, no tendrá la capacidad de penetrar en el revestimiento. En la mayoría de los casos, al crecer desde su base no tendrá la rigidez necesaria para realizar la segunda penetración. Los casos en los que se ha producido una doble penetración han sido casi siempre cuando la cobertura del revestimiento es irregular.

Figura 2. Un bigote de estaño puede penetrar fácilmente el revestimiento en su base, pero para ser una amenaza debe penetrar un segundo revestimiento. En el segundo revestimiento, el bigote es largo, débil y "flexible", y tendría dificultades para penetrar por segunda vez.

Análisis de los modos de fallo y sus efectos (AMFE) es una buena estrategia para evaluar el riesgo de los bigotes de estaño. En el caso de los bigotes de estaño, el RPN es igual al producto de: (1) la probabilidad de que haya microesferas de estaño (P); (2) la gravedad, si existe una microesfera de estaño (S); y (3) la dificultad para detectar una microesfera de estaño (D). En forma de ecuación:

RPN = P*S*D

Como primer ejemplo, consideremos un producto de consumo, como un teléfono móvil con una vida útil de 5 años. Con la mitigación, en una escala de 1 a 10, P podría ser 2. En cuanto a S, podríamos calificarla con un 3, ya que es poco probable que un fallo en el dispositivo cause daños graves a alguien. La detección (D) es un problema porque los bigotes de estaño que se forman más tarde no pueden detectarse durante la fabricación; por lo tanto, tendríamos que calificar D con un 10. Así pues, el RPN es: 2*3*10 = 60, que no es demasiado alto.Por lo tanto, con P y S en valores relativamente bajos, es probable que una estrategia de mitigación de los bigotes de estaño tenga éxito en cualquier producto de consumo. Hay que señalar que la determinación de los números RPN requeriría casi con toda seguridad datos de apoyo, sesiones de lluvia de ideas y la participación de todo el equipo de producto. El equipo también tendría que determinar una estrategia de mitigación adecuada, como evitar los revestimientos brillantes de estaño en los cables de los componentes y quizás utilizar una capa de níquel entre el cobre y el estaño.

Consideremos ahora un producto de misión crítica, como ciertos tipos de equipos militares. Si suponemos que los componentes electrónicos tienen una vida útil de 40 años y que un fallo podría causar daños corporales o la muerte, probablemente acabaríamos con un consenso en el que RPN = 10*10*10 =1000, el RPN más alto posible. Esta situación exigiría el uso de tácticas especiales para abordar el riesgo de la bigotera de estaño. Estas tácticas se discutirán en mi ponencia y presentación que se dará en SMTA Pan Pacific 2019. ¡Espero que puedan acompañarme!

Salud,

Dr. Ron