UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE FALLAS QUE POR EFECTO DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA SE PRESENTAN EN DISCOS DUROS T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO P R E S E N T A: ALVARO ENRIQUE CONTRERAS GARCÍA DIRECTOR DE TESIS DR. ARMANDO ORTIZ PRADO CD. UNIVERSITARIA 2008 Neevia docConverter 5.1 Neevia docConverter 5.1 ÍNDICE INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………..1 OBJETIVOS …………………………………………………………………………...3 CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO ................................................................4 1.1 Introducción …………………………………………………………………………….4 1.2 Fundamentos de Corrosión ................................................................................................5 1.2.1 Clasificación del Fenómeno de Corrosión ……………………………………………5 1.3 Costos debidos a la Corrosión …………………………………………………………….6 1.4 Conceptos Básicos de Corrosión Atmosférica ………………………………………………7 1.5 Etapas de la Corrosión Atmosférica ……………………………………………………….9 1.6 Efecto de la Temperatura ....................................................................................................9 1.7 Tipos de gases Atmosféricos y su Efecto en la Corrosión Atmosférica ………………………...9 1.8 Efecto de las Partículas …………………………………………………………………..11 1.9 Corrosión en Interiores …………………………………………………………………..11 1.10 Efecto de la Corrosión atmosférica en Dispositivos Electrónicos ……………………………..12 CAPÍTULO 222 UNIDADES DE ALMACENAMIENTO MAGNETICO DE DATOS - DISCOS DUROS …..…………………… 14 2.1 Principios de Operación del Almacenamiento Magnético........................................................ 14 2.1.1 Tipos de dispositivos de Almacenamiento Magnético de Datos ......................................16 2.2 Definición de Disco Duro ………………………………………………………………..17 2.3 Estructura de un Disco Duro ……………………………………………………………...17 2.3.1 Organización de la Información ………………………………………………….....18 2.3.2 Componentes de un Disco Duro ……………………………………………………19 2.4 Funcionamiento Básico de un Disco Duro …………………………………………………23 2.5 Evolución Tecnológica en el Diseño, Manufactura y Materiales de los Discos Duros …………..23 2.5.1 Introducción..........................................................................................................23 2.5.2 Diseño y Materiales Empleados en la Fabricación de Discos. ........................................27 A) Medio Magnético ………………………………………………………….28 B) Cabeza de Lectura/Escritura ………………………………………………...32 C) Tarjeta Controladora ……………………………………………………….36 1) Circuitos Integrados …………………………………………………...37 2) Tarjeta de Circuitos Impresa …………………………………………...39 3) Conectores Electrónicos ……………………………………………….40 4) Materiales Usados en el Encapsulamiento electrónico ................................40 iii Neevia docConverter 5.1 CAPÍCAPÍTULOTULO 3 DETERMINACIÓN DE LAS PRINCIPALES FALLAS EN DISCOS DUROS ……………………………………………......41 3.1 Introducción …………………………………………………………………………….41 3.2 Falla Electrónica ………………………………………………………………………...42 3.3 Falla Mecánica ………………………………………………………………………….42 3.3.1 Efectos de la miniaturización en la IMCP …………………………………………...44 3.3.2 Efectos de la contaminación en la IMCP ……………………………………………47 A) Generación de Partículas …………………………………………………….47 B) Vapores y Compuestos Orgánicos Volátiles …………………………………..50 C) Absorción de Humedad ……………………………………………………..51 3.4 Falla Lógica …………………………………………………………………………….53 3.5 La Corrosión Atmosférica como causa de Falla en componentes de un Disco Duro …………….53 3.5.1 Problemas más Comunes en la Fabricación de Equipo Electrónico ……………………54 3.5.2 Tipos de corrosión en Dispositivos Electrónicos ……………………………………55 3.5.3 Problemática ……………………………………………………………………57 CAPÍTULO 4 DETERMINACIÓN DEL DETERIORO POR CORROSIÓN ATMOSFÉRICA EN DISCOS DUROS ……………...61 4.1 Introducción. ....................................................................................................................61 4.2 Mecanismos a traves de los cuales se genera Corrosión Atmosférica en los Discos Duros……….64 4.3 Metodología para Determinar el Efecto de la Corrosión Atmosférico en el Deterioro de los Discos Duros …...……………………………………………………………………........................67 4.3.1 Metodología para la Evaluación del Deterioro en UDD ……………………………… 72 4.4 Evaluación y Efecto de la presencia de Corrosión Atmosferica en Discos Duros ……………...75 A) Inspección Visual ……………………………………………………………….75 B) Inspección a Bajos Aumentos (1 a 32X) ……………………………………………76 C) Inspección por Microscopía Electrónica ……………………………………………79 1) Análisis Químico de la Superficie de los Platos de los Discos Duros ……………..80 2) Análisis Químico de las Cabezas de Lectura/Escritura de los Discos Duros ……….82 CAPÍTULO 5 SIMULACIÓN ACELERADA DEL DETERIORO POR CORROSIÓN ATMOSFÉRICA EN DISCOS DUROS ……...86 5.1 Introducción ………………………………………………………………………….....86 5.2 Justificación e Importancia de los Ensayos de Simulación Acelerada en Discos Duros………….87 5.3 Requerimientos Necesarios de un Ensayo para la Simulación Acelerada por Corrosión Atmosférica .....................................................................................................................89 5.4 Diseño y funcionamiento de la Cámara de Simulación Acelerada de Corrosión Atmosférica ……89 iiiiii Neevia docConverter 5.1 5.5 Definición de los Requerimientos para la realización del Ensayo de Simulación Acelerada por Corrosión Atmosférica …………………………………………………………………..92 5.6 Ensayos de Simulación Acelerada por Corrosión Atmosférica en Discos Duros ………………..95 5.7 Determinación de la Existencia de corrosión en Discos duros ………………………………..97 5.7.1 Evaluación del Deterioro en Unidades de Disco Duro para 50 Ciclos .…………………98 A) Inspección Visual .…………………………………………………………98 B) Inspección a Bajos Aumentos (1 a 32X) ……………………………………..100 C) Inspección por Microscopía Electrónica ………..…………………………....102 1) Análisis Químico de la Superficie de los Platos de los Discos Duros .................102 2) Análisis Químico de las Cabezas de Lectura/Escritura de los Discos Duros …... 106 5.7.2 Evaluación del Deterioro en Unidades de Disco Duro para 100 Ciclos ……………….107 A) Inspección Visual .……………………………………………………..… 107 B) Inspección a Bajos Aumentos (1 a 32X) ……………………………………..109 C) Inspección por Microscopía Electrónica ………..…………………………....111 1) Análisis Químico de la Superficie de los Platos de los Discos Duros .................111 2) Análisis Químico de las Cabezas de Lectura/Escritura de los Discos Duros …... 114 3) Análisis Químico en Terminales de Conexión (pines) ……………………….116 CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ….118 REFERENCIAS …………………………………………………………………….123 iiiiiiiii Neevia docConverter 5.1 ABREVIATURAS UDD - Unidad de disco duro IMCP - Interfase magnética Cabeza-Plato EM - Espacio magnético DLC - Del ingles: Diamond-like Carbon CMR - Cabezas de lectura/escritura del tipo Magnetoresistiva CPC - Capa protectora de Carbono TCI - Tarjeta de Circuitos Impresa CI - Circuito Integrado C. de L/E - Cabeza de Lectura y Escritura TC - Tarjeta Controladora de la Unidad de Disco Duro DES - Descarga Electrostática AT - Aspereza Térmica iv Neevia docConverter 5.1 ANÁLISIS DE FALLAS QUE POR EFECTO DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA SE PRESENTAN EN DISCOS DUROS Introducción La corrosión es la degradación de los materiales para adoptar estados más estables en la naturaleza, siendo la corrosión metálica un fenómeno electroquímico provocado por el ambiente. Se puede considerar a la corrosión atmosférica como una forma o un tipo de corrosión que resulta de la interacción de una at- mósfera natural y un material metálico expuesto en la misma. Por atmósfera natural debe entenderse tanto la exterior como la interior. Las características físicas más importantes de una atmósfera natural son la temperatura y la humedad relativa. Por lo tanto, los factores que afectan principalmente a los materiales desde el punto de vista de su exposición a la atmósfera son los climáticos y químicos. Los materiales expuestos a la atmósfera sufren daños directamente por corrosión, como por ejemplo problemas derivados de la propia interacción con la humedad, gases contaminantes, cloruros y agentes catalíticos como el ozono y la luz ultravioleta. Estos daños dependen de la composición característica de la atmósfera (tipos de contaminantes y su concentración), variación de la temperatura, así como de la sensibilidad de cada material a las condiciones del ambiente. Los principales contaminantes gaseosos, desde el punto de vista de corrosión atmosférica son el O 3, SO 2, CO 2, NOx y el Cl en varias formas. Estos se encuentran en cantidades abundantes en regiones donde existe una alta densidad de población, y/o concentraciones de plantas productivas. Además de los contaminantes mencionados, juegan un papel fundamental el grado de humedad del ambiente y la variación de temperatura. En las últimas tres décadas se han logrado grandes avances en el perfeccionamientos de los métodos analíticos para estudiar y cuantificar los productos de corrosión y tener una respuesta completa con relación a los parámetros ambientales y su relación con los efectos producidos por la corrosión. Esto lleva a un conocimiento integral acerca de los productos de la corrosión, así como los parámetros ambientales que intervienen. Sin embargo, aún no son completamente conocidas las velocidades con que ocurren las reacciones en los procesos de corrosión, esto resulta ser bastante complejo, ya que se involucran reacciones químicas no solo con la superficie del metal, sino también con los productos de corrosión de manera simultanea. Entender los procesos de deterioro de los materiales es esencial