Los bigotes de metal son un fenómeno que ocurre en los dispositivos eléctricos cuando los metales forman largas proyecciones en forma de bigotes con el tiempo. Los bigotes de estaño se observaron y documentaron en la era de los tubos de vacío de la electrónica a principios del siglo XX en equipos que utilizaban soldadura de estaño pura, o casi pura, en su producción. Se notó que pequeños pelos o zarcillos de metal crecían entre las almohadillas de soldadura de metal, provocando cortocircuitos . Los bigotes de metal se forman en presencia de tensión de compresión. Se han documentado bigotes de germanio , zinc , cadmio e incluso plomo . [1] Se utilizan muchas técnicas para mitigar el problema, incluidos cambios en el proceso de recocido (calentamiento y enfriamiento), la adición de elementos como cobre y níquel y la inclusión de recubrimientos conformados . [2] Tradicionalmente, se ha añadido plomo para ralentizar el crecimiento de los bigotes en las soldaduras a base de estaño.
Tras la Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), la Unión Europea prohibió el uso de plomo en la mayoría de los productos electrónicos de consumo a partir de 2006 debido a los problemas de salud asociados con el plomo y el problema de la "basura de alta tecnología", lo que llevó a un reenfoque en La cuestión de la formación de bigotes en soldaduras sin plomo .
El bigote de metal es un fenómeno metalúrgico cristalino que implica el crecimiento espontáneo de pequeños pelos filiformes a partir de una superficie metálica . El efecto se observa principalmente en metales elementales , pero también ocurre con aleaciones .
El mecanismo detrás del crecimiento de los bigotes metálicos no se comprende bien , pero parece estar estimulado por tensiones mecánicas de compresión que incluyen:
Los bigotes metálicos se diferencian de las dendritas metálicas en varios aspectos: las dendritas tienen forma de helecho y crecen a lo largo de la superficie del metal, mientras que los bigotes metálicos tienen forma de pelos y se proyectan normalmente a la superficie. El crecimiento de las dendritas requiere humedad capaz de disolver el metal en una solución de iones metálicos, que luego se redistribuyen mediante electromigración en presencia de un campo electromagnético . Si bien se desconoce el mecanismo preciso para la formación de los bigotes, se sabe que la formación de los bigotes no requiere ni la disolución del metal ni la presencia de un campo electromagnético.
Los bigotes pueden provocar cortocircuitos y arcos eléctricos en los equipos eléctricos. El fenómeno fue descubierto por las compañías telefónicas a finales de la década de 1940 y más tarde se descubrió que la adición de plomo a la soldadura de estaño proporcionaba mitigación. [6] La Directiva Europea de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), que entró en vigor el 1 de julio de 2006, restringió el uso de plomo en varios tipos de equipos electrónicos y eléctricos. Esto ha impulsado el uso de aleaciones sin plomo con un enfoque en prevenir la formación de bigotes . Otros se han centrado en el desarrollo de recubrimientos de barrera al oxígeno para prevenir la formación de bigotes. [7]
Los bigotes de zinc en el aire han sido responsables del aumento de las tasas de fallas del sistema en las salas de servidores de computadoras . Los bigotes de zinc crecen a partir de superficies metálicas galvanizadas (galvanizadas) a un ritmo de hasta un milímetro por año con un diámetro de unos pocos micrómetros. Se pueden formar bigotes en la parte inferior de las baldosas galvanizadas de zinc en pisos elevados. Estos bigotes pueden luego quedar en el aire dentro del pleno del piso cuando se mueven las losas, generalmente durante el mantenimiento. Los bigotes pueden ser lo suficientemente pequeños como para pasar a través de filtros de aire y pueden asentarse dentro del equipo, provocando cortocircuitos y fallas del sistema. [8]
No es necesario que los bigotes de estaño estén en el aire para dañar el equipo, ya que normalmente ya crecen directamente en el entorno donde pueden producir cortocircuitos, es decir, el propio equipo electrónico. En frecuencias superiores a 6 GHz o en circuitos digitales rápidos, los bigotes de estaño pueden actuar como antenas en miniatura , afectando la impedancia del circuito y provocando reflejos. En las unidades de disco de los ordenadores pueden romperse y provocar caídas de cabezales o fallos en los rodamientos. [9] Los bigotes de estaño a menudo causan fallas en los relés y se han encontrado al examinar relés averiados en instalaciones de energía nuclear . [10] Los marcapasos han sido retirados del mercado debido a sus bigotes de estaño. [11] La investigación también ha identificado un modo de falla particular para los bigotes de estaño en el vacío (como en el espacio), donde en los componentes de alta potencia un bigote de estaño en cortocircuito se ioniza en un plasma que es capaz de conducir cientos de amperios de corriente. , aumentando enormemente el efecto dañino del cortocircuito. [12] El posible aumento en el uso de estaño puro en productos electrónicos debido a la directiva RoHS llevó a JEDEC e IPC a publicar una norma de pruebas de aceptación de bigotes de estaño y una guía de prácticas de mitigación destinadas a ayudar a los fabricantes a reducir el riesgo de bigotes de estaño en productos sin plomo. . [13]
Los bigotes de plata suelen aparecer junto con una capa de sulfuro de plata , que se forma en la superficie de los contactos eléctricos de plata que operan en una atmósfera rica en sulfuro de hidrógeno y alta humedad . Este tipo de atmósferas pueden existir en plantas de tratamiento de aguas residuales y fábricas de papel .
Se observaron bigotes de más de 20 µm de longitud en superficies chapadas en oro y se anotaron en un memorando interno de la NASA de 2003. [14]
Los efectos de los bigotes de metal se relataron en el programa Engineering Disasters 19 de History Channel. [15]
Se utilizan varios enfoques para reducir o eliminar el crecimiento de los bigotes, y se están realizando investigaciones en el área.
Los recubrimientos compuestos conformales impiden que los bigotes atraviesen una barrera, lleguen a una terminación cercana y formen un cortocircuito. [12]
Se ha demostrado que los acabados de terminación de níquel, oro o paladio eliminan la formación de bigotes en ensayos controlados. [dieciséis]
Galaxy IV era un satélite de telecomunicaciones que quedó inutilizado y perdido debido a cortocircuitos causados por bigotes de estaño en 1998. Inicialmente se pensó que el clima espacial contribuía a la falla, pero luego se descubrió que se había aplicado mal un recubrimiento conformado, lo que permitió que se formaran bigotes. en el estañado puro encontrar su camino a través de un área faltante de recubrimiento, provocando una falla en la computadora de control principal. El fabricante, Hughes, ha optado por el niquelado, en lugar del estaño, para reducir el riesgo de crecimiento de bigotes. La compensación ha sido un aumento de peso, añadiendo de 50 a 100 kilogramos (110 a 220 libras) por carga útil. [17]
El 17 de abril de 2005, la planta de energía nuclear Millstone en Connecticut fue cerrada debido a una "falsa alarma" que indicaba una caída de presión peligrosa en el sistema de vapor del reactor cuando la presión del vapor era en realidad nominal. La falsa alarma fue causada por un bigote de estaño que provocó un cortocircuito en la placa lógica responsable de monitorear las líneas de presión de vapor en la planta de energía. [18]
En septiembre de 2011, tres investigadores de la NASA afirmaron que identificaron bigotes de estaño en los sensores de posición del acelerador [19] de modelos Toyota Camry muestreados que podrían contribuir a los accidentes con "acelerador atascado" que afectaron a ciertos modelos Toyota durante 2005-2010. [20] Esto contradecía una investigación conjunta anterior de 10 meses realizada por la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) y un gran grupo de otros investigadores de la NASA que no encontraron defectos electrónicos. [21]
En 2012, la NHTSA sostuvo: "No creemos que los bigotes de hojalata sean una explicación plausible para estos incidentes... [la causa probable fue] la mala aplicación del pedal ". [22]
Toyota también sostiene que los bigotes de hojalata no fueron la causa de ningún problema con el acelerador atascado: "En palabras del Secretario de Transporte de EE. UU., Ray LaHood, 'El veredicto ya está disponible. No existe ninguna causa electrónica para la aceleración involuntaria a alta velocidad en los Toyota. Punto . ' " Según un comunicado de prensa de Toyota, "ningún dato indica que los bigotes de estaño sean más propensos a aparecer en los vehículos Toyota que en cualquier otro vehículo del mercado". Toyota también afirma que "sus sistemas están diseñados para reducir el riesgo de que se formen bigotes de estaño en primer lugar". [23]
