月: 2023年4月

¿Qué son los Materiales Semiconductores?

Son todos los materiales utilizados en el proceso de fabricación de dispositivos semiconductores.

En el proceso inicial, las obleas se utilizan para formar chips semiconductores en la superficie, las fotomáscaras se utilizan como placas originales cuando los patrones de circuito, que son información de diseño, se graban en la oblea, y se utilizan gases de materiales semiconductores como el gas de grabado y el gas de limpieza. En las etapas posteriores, se utilizan moldes para los paquetes en los que se colocan los chips, cables de unión que conectan los electrodos de los chips con el exterior y encapsulantes de resina o cerámica que protegen los chips dentro del paquete.

Entre los diversos materiales semiconductores, la oblea que forma el cuerpo del chip es el material más importante, y “materiales semiconductores” se refiere generalmente a las obleas.

Usos de los Materiales Semiconductores

Existen dos tipos de materiales semiconductores (obleas): los semiconductores fabricados a partir de un único elemento y los semiconductores compuestos fabricados a partir de dos o más elementos, que se utilizan en el campo de los semiconductores en función de sus características respectivas.

El silicio (Si) y el galio (Ga) son los semiconductores de un solo elemento más comunes, especialmente las obleas de silicio. Se utilizan en productos semiconductores como los de bajo coste porque son relativamente baratos y las obleas de gran diámetro son fáciles de fabricar.

Entre los semiconductores compuestos se encuentran el carburo de silicio (SiC), el nitruro de galio (GaN) y el arseniuro de galio (GaAs). Los semiconductores compuestos pueden utilizarse en dispositivos de alta frecuencia, ordenadores de alta velocidad, LED y equipos de comunicación óptica, ya que el movimiento de los electrones en el cristal es más rápido que en el silicio y tienen funciones superiores de recepción y emisión de luz.

Principios de los Materiales Semiconductores

Las obleas de silicio, el material semiconductores (wafers) más utilizado, son finas láminas circulares de silicio de gran pureza.

1. Proceso de Extracción de un solo Cristal

En la fabricación de obleas de silicio, primero se refina y purifica el silicio para producir silicio policristalino altamente purificado, que luego puede utilizarse como materia prima para producir lingotes monocristalinos en el proceso de extracción monocristalina.

En el proceso de extracción monocristalina, el silicio policristalino se funde junto con ácido bórico (B) y fósforo (P) en un crisol de cuarzo y se arrastra hasta la superficie del silicio fundido mientras se hace girar una varilla de silicio de cristal semilla sobre la superficie líquida para producir lingotes monocristalinos. Las trazas de ácido bórico y fósforo añadidas en esta fase tienen un efecto significativo en las propiedades eléctricas del producto semiconductor final.

2. Proceso de Elaboración de Obleas

El lingote monocristalino se corta en obleas finas en el siguiente proceso de procesamiento de obleas y, a continuación, se pule hasta conseguir un acabado de espejo para eliminar las irregularidades de la superficie de la oblea. El proceso de pulido también se denomina pulido, y las obleas en esta fase se denominan obleas pulidas.

Las obleas pulidas pueden utilizarse como semiconductores tal cual. En función de las necesidades de los fabricantes de semiconductores, se añaden tratamientos especiales, como las obleas recocidas para productos miniaturizados, en las que se elimina el oxígeno de la superficie de la oblea mediante un tratamiento térmico a alta temperatura (recocido), y las obleas epitaxiales, en las que los monocristales de silicio crecen en la superficie de la oblea mediante crecimiento en fase vapor (crecimiento epitaxial).

Tipos de Materiales Semiconductores

Los semiconductores pueden dividirse en tres tipos principales según el grado de integración funcional. Algunos ejemplos típicos son los semiconductores discretos, los circuitos integrados (CI) y los circuitos integrados a gran escala (LSI).

1. Semiconductores Discretos

Son elementos con una única función y tienen el menor nivel de integración entre los semiconductores. Ejemplos típicos de semiconductores discretos son los diodos y los transistores. Los diodos tienen la función de conducir la corriente en una dirección, mientras que los transistores tienen la función de controlar la corriente. Los semiconductores discretos se utilizan en muchos dispositivos familiares como coches, ordenadores y smartphones.

2. Circuitos Integrados (CI)

Un CI (en inglés: Integrated Circuit) es una integración de varios elementos. Constan de varios transistores y diodos y se clasifican en SSI (Small Scale Integration), MSI (Middle Scale Integration) o LSI (Large Scale Integration) según su grado de integración.

3. LSI (Integración a gran Escala)

LSI es un tipo de CI con un alto grado de integración; CI y LSI suelen utilizarse indistintamente. Los LSI integran diodos, transistores y elementos pasivos y tienen funciones complejas. Se utilizan ampliamente en productos que hacen más cómoda la vida de las personas, como automóviles, ordenadores, smartphones, equipos de audio y cámaras digitales.

¿Qué es un Interruptor de Parada de Emergencia?

Es un interruptor que puede parar el equipo en caso de emergencia.

No es infrecuente que la maquinaria industrial se utilice bajo pares y presiones elevados, superiores a los que pueden soportar los huesos humanos. Cuando máquinas con fuerzas tan elevadas entran en contacto con seres humanos, existe el riesgo de que se produzcan accidentes industriales graves y lesiones personales. Los interruptores de parada de emergencia se instalan para evitar lesiones personales mediante la parada forzosa del equipo. También sirven para evitar que el equipo resulte dañado por la gran fuerza que poseen en caso de que el equipo se descontrole.

Usos de los Interruptores de Parada de Emergencia

Suelen utilizarse en maquinaria industrial en la que la unidad de accionamiento está a la vista.

Además, cuando las cintas transportadoras se utilizan como equipo de transporte en largas distancias, los interruptores de parada de emergencia deben instalarse en una amplia zona. Como los interruptores de pulsador pueden estar fuera de alcance, se suelen utilizar interruptores de tracción como interruptores de parada de emergencia.

Principios de los Interruptores de Parada de Emergencia

Los interruptores de parada de emergencia difieren en su mecanismo dependiendo de su forma.

Los interruptores de parada de emergencia de pulsador se suelen considerar como interruptores de parada de emergencia. Los interruptores de pulsador suelen pintarse de rojo, ya que deben destacar entre los demás pulsadores. Los interruptores de pulsador también se utilizan por el peligro de que se suelten al retirar la mano del pulsador, que queda bloqueado cuando se pulsa el botón. La mayoría son de rearme por giro, que se libera girando el propio pulsador en el sentido de las agujas del reloj. La parte posterior del pulsador tiene contactos para controlar el circuito eléctrico. Es habitual utilizar un contacto B, que interrumpe el circuito cuando se pulsa el pulsador. Si un cuerpo es golpeado accidentalmente por un interruptor de parada de emergencia y el equipo se para, el trabajo en el lugar de producción se verá interrumpido. Por lo tanto, el interruptor suele estar equipado con un anillo de protección a su alrededor para evitar que se detenga aunque un cuerpo lo golpee.

Los interruptores de parada de emergencia por tracción utilizados en cintas transportadoras tienen una estructura en la que se tiende un cable alrededor de la cinta. Al tirar del cable, el interruptor se colapsa y detiene la máquina. Al igual que ocurre con los interruptores de pulsador, una vez activado, el interruptor queda bloqueado hasta que vuelve a ponerse en funcionamiento.

¿Qué son los Engranajes Rectos?

Son un tipo de engranaje con un trazado de dientes cilíndrico, recto y paralelo al eje. Los engranajes rectos pueden utilizarse para una amplia gama de aplicaciones, desde cargas ligeras a pesadas y desde velocidades bajas a altas, dependiendo del diseño. Debido a que son relativamente fáciles de mecanizar, los engranajes rectos son los más utilizados de todos los tipos de engranajes.

Los engranajes rectos tienen muchas opciones en cuanto a material (metal o resina), método de procesamiento (mecanizado, moldeado o sinterizado) y lubricación (tipo y disponibilidad de lubricante), por lo que deben seleccionarse adecuadamente para la aplicación.

Usos de los Engranajes Rectos

Son versátiles y constituyen uno de los elementos de máquina más utilizados. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones debido a su elevada potencia de transmisión, su velocidad de rotación libremente seleccionable y la comodidad de poder cambiar el sentido de giro a transmitir.

Los engranajes rectos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo componentes de transmisión de accionamiento en juguetes para automóviles, componentes de transmisión de accionamiento en el interior de relojes, componentes de transmisión de accionamiento en diversas impresoras, componentes de transmisión de accionamiento en robots industriales y aplicaciones de transmisión de accionamiento en herramientas eléctricas y maquinaria agrícola.

Principios de los Engranajes Rectos

Transmiten el movimiento a otras partes del tren de engranajes mediante el engrane secuencial de los dientes. Dado que los dientes de los engranajes rectos se cortan en paralelo a la dirección del eje, no se genera teóricamente ninguna fuerza axial (carga de empuje), lo que conduce a la miniaturización del dispositivo y a la simplificación de la estructura general.

Con un par de engranajes rectos engranados, el sentido de giro es opuesto, el número de revoluciones es inversamente proporcional al número de dientes y el par es proporcional al número de dientes. Estas teorías de transmisión de la fuerza motriz no dependen del tamaño de los dientes y, por tanto, pueden considerarse del mismo modo para pequeñas y grandes potencias.

Cuando se utilizan engranajes rectos para grandes potencias, es práctica común utilizar metal como material y lubricar las zonas de engrane. Sin lubricación, los engranajes se desgastan en muy poco tiempo. A veces, la superficie del material metálico se endurece para aumentar su dureza, prolongando así la vida útil de los engranajes.

Cuando los engranajes rectos se utilizan en zonas de carga media o baja, se puede utilizar resina como material. Debido al deslizamiento y la resistencia al desgaste de la resina, la potencia también se transmite sin lubricación. En el caso de la resina, también es más fácil obtener ventajas de coste moldeando y fabricando los engranajes.

¿Qué es un Relé de Protección?

Son dispositivos que detectan instantáneamente los cambios bruscos de corriente y tensión que se producen en los equipos del sistema eléctrico y envían señales de control a los interruptores automáticos para aislar el punto defectuoso, también conocidos como relés de protección.

Al desconectar rápidamente los puntos defectuosos en caso de accidente en un sistema eléctrico, los relés de protección no sólo evitan la propagación de los daños causados por las sobrecorrientes, sino que también minimizan la duración de los cortes de energía y garantizan un suministro estable de electricidad.

Con este fin, los relés de eliminación de fallos de los equipos para aislar los equipos defectuosos y los relés de prevención de desbordamiento de accidentes para evitar la propagación de los efectos de los accidentes están dispersos por todo el sistema eléctrico. Los dispositivos de reconexión para la recuperación rápida de accidentes también se consideran un tipo de Relés de Protección.

Usos de los Relés de Protección

Los relés de protección son dispositivos que impiden que los efectos de accidentes como la caída de rayos se propaguen por la red eléctrica y garantizan un suministro estable de electricidad. Los relés de protección se instalan en cada una de las instalaciones que componen el sistema eléctrico, como centrales eléctricas, subestaciones y líneas de transporte y distribución gestionadas por las compañías eléctricas.

Las instalaciones privadas de generación de energía que están conectadas a la red eléctrica de una compañía eléctrica también están obligadas a instalar relés de protección en los puntos de recepción para proteger el sistema eléctrico en caso de fallo de las instalaciones privadas de generación de energía y para proteger las instalaciones privadas de generación de energía en caso de accidente en el sistema eléctrico.

Aparte de las instalaciones de generación de energía, los relés de protección también se utilizan para proteger las instalaciones de recepción y transformación de energía en edificios, fábricas, hospitales, ferrocarriles y otras instalaciones de demanda de energía.

Principios de Funcionamiento de los Relés de Protección

El principio de funcionamiento de los relés de protección depende del tipo de relé de protección. Los principales métodos y principios de funcionamiento de los relés de protección son los siguientes

• Relé de Sobreintensidad (OCR): actúa cuando el valor de la intensidad en el punto donde está instalado el relé de protección supera el valor ajustado. Existen dos tipos de elementos en los que actúa el relé de protección de sobreintensidad: elementos dimensionales y elementos instantáneos. El elemento dimensional funciona detectando una sobreintensidad prolongada debida a una sobrecarga; cuanto mayor sea el valor de la intensidad, antes se protegerá el sistema normal. El elemento instantáneo detecta el flujo instantáneo de una gran corriente muy superior a la corriente nominal debido a un cortocircuito y protege el sistema normal.
• Relé de Sobretensión (OVR: Over Voltage Relés de Protección): actúa cuando la tensión en el lugar donde está instalado el relé de protección supera el valor ajustado. Detecta las sobretensiones en el lado del sistema eléctrico debidas a fallos en los generadores, etc., y protege el sistema y los equipos en el lado de carga.
• Relé de Baja Tensión (UVR): actúa cuando la tensión en el lugar donde está instalado el relé de protección cae por debajo de un valor establecido. Detecta una caída de tensión debida a un fallo de alimentación o a un cortocircuito y protege el sistema y los equipos en el lado de carga.
• Relés de Protección de Fallo a Tierra (GR): funcionan detectando los fallos a tierra causados por cables, etc. que entran en contacto con la tierra. Los relés de protección de fallo a tierra utilizan un alternador de fase cero (ZCT) para detectar las corrientes desequilibradas debidas a un desequilibrio en el circuito trifásico en caso de fallo a tierra. En este momento, como una falta a tierra se detecta sólo por la magnitud de la corriente, no es posible distinguir entre corrientes de accidente en el sistema eléctrico y corrientes de accidente en el lado de la propia línea, lo que puede dar lugar a una falsa detección.
• Relé de Tierra Direccional (DGR): funciona detectando una falta a tierra utilizando la corriente de fase cero y la tensión de fase cero entre la línea y la tierra. Sólo pueden detectarse las corrientes de defecto en la propia línea en el sentido de la diferencia de fase entre corriente y tensión.
• Relé de Protección Diferencial (DFR): actúa cuando la corriente diferencial proporcional a la diferencia vectorial (valor de corriente y fase) entre las corrientes de entrada y salida en la sección protegida supera un determinado valor. Sólo cuando se produce un cortocircuito en la sección de protección, una diferencia en la corriente secundaria del alternador (TC) hace que fluya una corriente diferencial en la bobina de funcionamiento. Este sistema puede funcionar mal si la corriente diferencial no llega a cero durante el funcionamiento normal debido a diferencias en las características del TC.
• Relé Diferencial de Relación (RDFR): Para evitar el mal funcionamiento del relé de protección diferencial, un relé de protección diferencial tiene una estructura con una bobina de supresión adicional que genera una fuerza de supresión cuando una corriente pasa a través de ella. Cuando pasa una gran corriente debida a un accidente externo, se aplica una gran fuerza de supresión para evitar el mal funcionamiento.

Otros métodos de relés de protección incluyen relés de protección de potencia, relés de protección de sobrefrecuencia, relés de protección de subfrecuencia, relés de protección de cortocircuito y relés de protección de dirección de cortocircuito.

¿Qué es un Relé Auxiliar?

Un relé es un dispositivo que controla un disyuntor u otro dispositivo de conmutación en caso de que se produzca algún cambio repentino de potencia o tensión en un sistema eléctrico y desconecta el punto defectuoso del sistema.

Para aumentar la fiabilidad del relé, es necesario detectar con alta sensibilidad los cambios bruscos de potencia y tensión. Al equipar el relé auxiliar con dos contactos (contactos dobles), tiene un mayor grado de contacto que un relé general y puede detectar los cambios mencionados con alta sensibilidad, incluso con una carga muy pequeña. Además de relés auxiliares, también se denominan relés contactores.

Usos de los Relés Auxiliares

Los relés auxiliares se utilizan como relés auxiliares en circuitos de control. Los relés auxiliares se utilizan en relés generales para aumentar la fiabilidad de los contactos, incluso cuando el grado de contacto es bajo.

En muchos circuitos eléctricos, incluidos los de control, existe el riesgo de que se produzca un fallo a tierra cuando parte del conductor entra en contacto con la tierra. Los fallos a tierra pueden dañar los elementos electrónicos, por lo que es necesario reducir el riesgo. Como las corrientes de defecto a tierra son especialmente pequeñas en el caso de las microcargas, se utilizan relés auxiliares que pueden detectar sus valores con gran sensibilidad.

Principios de los Relés Auxiliares

Los relés auxiliares tienen una forma similar a los contactores electromagnéticos, pero difieren en el número de contactos.

Los relés auxiliares tienen la construcción de doble contacto descrita anteriormente, que proporciona una mayor fiabilidad de contacto que los relés generales. Como resultado, pueden manejar cargas tan pequeñas como 5 VCC y 3 mA. Al abrir y cerrar cargas diminutas, la resistencia de los contactos puede ser un problema. Si se produce accidentalmente un valor de resistencia de contacto elevado, puede recuperarse con la siguiente apertura o cierre.

Por lo tanto, no es fácil determinar si un valor de resistencia de contacto que se produce en una microcarga es un fallo o no. Con un relés auxiliares, el número de contactos del relé es grande y se puede aumentar la fiabilidad de los contactos. Esto también aumenta la fiabilidad del valor de resistencia de contacto.

Hay disponibles relés auxiliares con hasta 16 contactos. El mayor número de contactos no sólo aumenta la fiabilidad de los contactos, sino que también permite configuraciones de contactos más flexibles. Los relés auxiliares están disponibles en versiones de montaje superficial y empotrado y pueden seleccionarse en función de la situación.

¿Qué es una Fuente de Alimentación Auxiliar?

Son fuentes de alimentación auxiliares que se conectan a la fuente de alimentación principal y se utilizan para complementar la fuente de alimentación que tiende a escasear, independientemente de la fuente de alimentación principal.

Por ejemplo, si la fuente de alimentación principal de un vehículo ferroviario se utiliza principalmente para conducir el vehículo, se utiliza una fuente de alimentación auxiliar para proporcionar una fuente de alimentación estable para el aire acondicionado y la iluminación del vehículo. Del mismo modo, una fuente de alimentación auxiliar típica es una fuente de alimentación para la pantalla gráfica de un PC.

Cabe señalar que las Fuentes de Alimentación Auxiliares también son fuentes de alimentación que reciben su energía de la misma fuente de alimentación que la unidad principal.

Usos de las Fuentes de Alimentación Auxiliares

Las principales aplicaciones de las fuentes de alimentación auxiliares son el suministro estable de energía para el aire acondicionado y la iluminación en vehículos ferroviarios, como se ha mencionado anteriormente.

La energía de alta tensión (1500-2500 V aprox.) suministrada por los cables aéreos se convierte en energía de baja tensión de 440 V a 100 V a través de una fuentes de alimentación auxiliares. Esto se debe a que la mayoría de los vagones de tren están diseñados para 100 V CA para diversas luces de alumbrado e indicadores, 440 V trifásicos para equipos de aire acondicionado y 100 V CC para dispositivos de apertura y cierre de puertas.

Aparte de este ejemplo, las fuentes de alimentación de tipo acumulador, conocidas como SAI, también se utilizan para evitar la pérdida de datos en PC y ordenadores de red debido a un fallo momentáneo de la alimentación en caso de apagón de la compañía eléctrica, y pueden considerarse fuentes de alimentación auxiliares en el sentido más amplio del término.

Principios de las Fuentes de Alimentación Auxiliares

Existen dos tipos principales de fuentes de alimentación auxiliares para vehículos: MG (motogenerador) y SIV (inversor estacionario).

Los MG (motogeneradores), también conocidos como generadores eléctricos, se utilizan desde hace mucho tiempo como fuentes de alimentación auxiliares. Se trata de un dispositivo que transmite energía de alta tensión desde una línea aérea a un motor, que utiliza la energía para generar electricidad y obtener la potencia de baja tensión deseada.

Los SIV (inversores estáticos), por su parte, utilizan IGBT, que son elementos semiconductores típicos de alta potencia, en el circuito inversor. La potencia de baja tensión necesaria se obtiene conmutando en un inversor de IGBTs de alta tensión y alto rendimiento, también conocido como inversor estático. Los tipos de SIV incluyen inversores de tres niveles, de dos niveles y de dos niveles, ya que las mejoras de la tensión soportada se realizaron en función del periodo de desarrollo de los IGBTs en ese momento. Los SIV también se conocen como inversores controlados por modulación de anchura de impulsos (PWM), que ahora pueden ser soportados por pequeños filtros de CA, lo que contribuye significativamente a la compacidad y alta eficiencia de las fuentes de alimentación auxiliares.

La fuente de alimentación de baja tensión generada por los SIV es una fuente de alimentación de CA, por lo que los 100 V de CC necesarios para los equipos de control se convierten mediante un rectificador.

¿Qué es un Comprobador de Abrasión?

Es un tipo de máquina de ensayo de materiales que presiona un material de contacto contra una probeta para moverla y medir sus características de desgaste.

Mientras que los ensayos de materiales, como los de tracción y flexión, determinan las propiedades físicas y mecánicas en función de la magnitud de la sobrecarga aplicada, en los ensayos de abrasión surgen diferentes propiedades en función de la forma del material de acoplamiento utilizado para aplicar la fuerza de fricción a la probeta, la forma en que se aplica la carga y el entorno del ensayo.

Por este motivo, existen diferentes tipos de comprobadores de abrasión, como los que hacen girar o rotar el material de contacto en línea recta. También hay dispositivos que pueden establecer un entorno cercano a las condiciones reales de funcionamiento, como condiciones húmedas y secas y temperatura.

Usos de los Comprobadores de Abrasión

El ensayo de abrasión es una prueba importante para productos y equipos sometidos a fricción durante su uso, para evaluar su resistencia al desgaste causado por la fricción.

Los comprobadores de abrasión se utilizan para probar materiales en una amplia gama de sectores, como equipos industriales, equipos de construcción, equipos médicos, automóviles, líneas aéreas, raíles, hormigón y textiles.

Además de para evaluar si los componentes y productos cumplen los requisitos de resistencia al desgaste, los comprobadores de abrasión se utilizan para diversos fines, como la selección de materiales para componentes, revestimientos y lubricantes.

Características de los Comprobadores de Abrasión

El desgaste es un fenómeno en el que una parte de una superficie de fricción se deteriora debido a la fricción causada por el roce de objetos entre sí.

Los comprobadores de abrasión reproducen el fenómeno de la fricción según cada situación para aclarar el mecanismo y las características del desgaste, y para comprender los efectos del desgaste cuando se produce.

Dado que los ensayos de desgaste dependen en gran medida de los métodos de ensayo, no existen muchos métodos de ensayo normalizados en comparación con la amplia gama de ámbitos que requieren ensayos de fricción. Además, como los ensayos de abrasión suelen realizarse en condiciones de uso real, los comprobadores de abrasión se caracterizan por una mayor variedad que otras máquinas de ensayo de materiales.

A continuación se enumeran los principales tipos de ensayos de desgaste que se llevan a cabo en los comprobadores de abrasión. Las propiedades que se evalúan incluyen el coeficiente de fricción estática, el coeficiente de fricción cinética, el cambio en el tiempo del coeficiente de fricción, la cantidad de desgaste y una comparación de la resistencia al desgaste de diferentes materiales.

• Ensayo Pin-Disc: ensayo de desgaste en el que se presiona un pin contra la superficie de una probeta plana giratoria (disco).
• Ensayo de Bola sobre Disco: una probeta esférica se pone en contacto con la superficie de una probeta de disco giratoria. La ventaja es que la superficie plana está en contacto con la bola, por lo que el área de fricción es pequeña y se puede mantener un contacto estable.
• Ensayo Anillo sobre Disco: ensayo de desgaste que utiliza una probeta en forma de anillo en combinación con una probeta de disco.
• Ensayo Pasador sobre Placa: se presiona un pasador contra una probeta de placa y ésta se desliza horizontalmente hacia delante y hacia atrás.
• Ensayo de Bola sobre Placa: se presiona una probeta de bola contra la probeta de placa y ésta se hace girar en sentido horizontal.

Existe una amplia gama de máquinas de ensayo de materiales, desde las que pueden realizar sólo uno de estos ensayos hasta las que pueden realizar varios.