Vidrio Visión general (II)

Un avance trascendental en la tecnología del vidrio fue el uso de la caña de soplar (véase la Figura 84.5), usado por primera vez en el año 100 a. C aproximadamente. Desde entonces se produjo una rápida evolución en la técnica de fabricación.
El primer vidrio era coloreado debido a la presencia de diversas impurezas, como los óxidos de hierro y cromo. El primer vidrio incoloro se produjo hace unos 1.500 años.
En esa época la fabricación de vidrio se desarrolló en Roma y desde allí se extendió a muchos otros países europeos. Nume- rosas vidrierías se establecieron en Venecia, donde la técnica conoció un importante desarrollo. En el siglo XIII, muchas de las factorías de vidrio se trasladaron de Venecia a la cercana isla de Murano, que siguen siendo centrando en Italia la producción manual de vidrio.
En el siglo XVI se hacía vidrio en toda Europa. En la actua- lidad, el cristal de Bohemia de la República Checa es bien cono- cido por su belleza, y de las fábricas de vidrio del Reino Unido e Irlanda salen vajillas de vidrio de plomo de gran calidad. Suecia es otro centro de producción de artículos de vidrio artísticos.
En América del Norte, el primer establecimiento fabril cons- truido fue precisamente una fábrica de vidrio. Los colonos ingleses comenzaron a producir vidrio a comienzos del siglo XVII en Jamestown, Virginia.
Hoy en día el vidrio se fabrica en todo el mundo. Muchos productos de vidrio se producen en líneas totalmente automatizadas. Aunque el vidrio es uno de los materiales más antiguos sus propiedades son únicas y todavía no han llegado a conocerse en su totalidad.

Vidrio Visión general (I)

El vidrio se formó naturalmente a partir de elementos comunes presentes en la corteza terrestre mucho antes de que nadie pensara siquiera en experimentar con su composición, darle forma o apelar a las innumerables aplicaciones que tiene en la actualidad. La obsidiana, por ejemplo, es una combinación natural de óxidos fundidos por el intenso calor volcánico y vitrificados (convertidos en vidrio) por enfriamiento rápido en contacto con el aire. Su color negro y opaco se debe al contenido relativa- mente elevado de óxido de hierro. Su resistencia química y su dureza se comparan favorablemente con las de muchos vidrios comerciales.
La tecnología del vidrio ha evolucionado a lo largo de 6.000 años y algunos principios modernos son de origen muy remoto. La fabricación de los primeros vidrios sintéticos se pierde en la antigüedad y en la leyenda. La loza la inventaron los egipcios, que moldeaban figurillas de arena (SiO2), el más conocido de los óxidos vitrificables. Se recubría con natrón, el residuo formado por las inundaciones del Nilo, compuesto principalmente por carbonato cálcico (CaCO3), carbonato sódico (Na2CO3), sal común (NaCl) y óxido de cobre (II) (CuO) que, calentado por debajo de 1.000 °C, forma una película vitrificada por difusión de los fundentes CaO y Na2O y la subsiguiente reacción en estado sólido con la arena. El óxido de cobre daba a la pieza un atractivo color azul.
De acuerdo con la definición de Morey, “El vidrio es una sustancia inorgánica que se halla en un estado asimilable al líquido, del que es prolongación, pero que, como resultado de un cambio reversible experimentado durante el enfriamiento, alcanza un grado tan alto de viscosidad que puede considerarse sólido a todos los efectos.” ASTM define al vidrio como “producto inorgánico de fusión enfriado hasta un estado rígido no cristalino”. Tanto los materiales orgánicos como los inorgá- nicos pueden formar vidrios si su estructura es no cristalina, es decir, si no está ordenada de manera predominante.

Reacondicionamientos y actividades de reconstrucción

Durante los reacondicionamientos periódicos o reparaciones en frío de estufas u hornos se presentan numerosos riesgos poten- ciales para la salud y la seguridad. Las actividades de la construc- ción llevan asociadas una amplia diversidad de riesgos: riesgos ergonómicos con la manipulación del material (por ejemplo, ladrillos refractarios); riesgo de inhalación de partículas en suspensión de sílice, amianto, fibras cerámicas refractarias o materias que contienen metales pesados durante demoliciones; o subproductos del corte y soldadura; golpes de calor; trabajo a alturas elevadas; peligro de resbalar, tropezar o caer; riesgos de entrada en espacios reducidos (véase la Figura 84.4); y contacto con fuentes de energía peligrosas.

Manejo del material en la producción, fabricación, embalaje y almacenamiento (II)

El uso de automatismos para eliminar el movimiento manual del material desempeña un papel importante en la prevención de las lesiones ergonómicas. Los automatismos han reducido los esfuerzos ergonómicos y las graves lesiones con desgarro que históricamente se han asociado a la manipulación del material (por ejemplo, vidrio plano) por el personal de producción (véase la Figura 84.3). Sin embargo, la mayor utilización de robots y la automatización de procesos introduce los riesgos propios de la maquinaria móvil y la energía eléctrica, lo cual transforma los tipos de peligros o los desplaza a otros operarios (de los trabaja- dores de producción a los de mantenimiento). El diseño adecuado de controles electrónicos y un ordenamiento lógico, la revisión de las máquinas, la práctica de la interrupción completa de la electricidad y la instauración de procedimientos seguros de uso y mantenimiento son métodos fundamentales para limitar las lesiones de los operarios de mantenimiento y producción.

Manejo del material en la producción, fabricación, embalaje y almacenamiento (I)

El manejo del material y los procesos de fabricación y embalaje son muy diversos en este sector industrial, como lo son el tamaño, la forma y el peso de los productos. La elevada densidad de los materiales en este sector o sus formas voluminosas exponen a riesgos frecuentes. El levantamiento manual y la manipulación del material en la producción, fabricación, embalaje y almacena- miento en esta industria explica muchas lesiones incapacitantes (véase el apartado “Perfil de lesiones y enfermedades”, más adelante). El esfuerzo para disminuir las lesiones se centra en la limitaciones de las operaciones manuales de levantamiento y manipulación de material. Por ejemplo, para eliminar la manipulación del material en determinadas partes de este sector indus- trial comienzan a utilizarse diseños de embalajes innovadores, automatismos para el apilado y paletizado del producto acabado y vehículos de transporte para el almacenamiento guiados auto- máticamente. El uso de transportadores, la ayuda de los monta- cargas de control a distancia (por ejemplo, los montacargas de vacío) y de plataformas de tijeras para la manipulación y paleti- zado de los productos son prácticas generalizadas en la actua- lidad (véase la Figura 84.2).

Encapsulado (I)

El objetivo esencial del encapsulado es acomodar un circuito inte- grado en una montura que cumpla los requisitos eléctricos, térmicos, químicos y físicos asociados a la aplicación del circuito integrado.
Las monturas más extendidas son la de conductores radiales, la montura plana y la doble en línea (DIP). Las monturas de conductores radiales se fabrican casi todas de Kovar, que es una aleación de hierro, níquel y cobalto, con sellos de vidrio duro y conductores de Kovar. Las monturas planas tienen un marco de conductores metálicos, por lo general de una aleación de aluminio combinada con componentes cerámicos, de vidrio y metálicos. Las monturas dobles en línea son las más corrientes
y a menudo utilizan cerámica o plásticos moldeados.
Las monturas de plástico moldeado para semiconductores se producen sobre todo por dos procesos diferentes—moldeo por transferencia y moldeo por inyección. El moldeo por transferencia es el método de encapsulado en plástico predominante. En él, las pastillas se montan sobre marcos de conductores sin cortar y después se cargan en moldes por lotes. Porciones en polvo o bolas de compuestos de plástico termoendurecible para moldeo se funden en una olla caliente y después son impulsados (transfe- ridos) a presión hasta los moldes cargados. Los sistemas de formar porciones en polvo o bolas con compuestos de plástico para moldeo pueden utilizarse con epoxia, silicona o sili- cona/resinas epoxídicas. El sistema suele consistir en una mezcla de:

Sujetar y conectar pastillas (II)

Una vez lograda la sujeción física de la pastilla a la montura, es preciso establecer las conexiones eléctricas entre el circuito integrado y los conductores de la montura. Esta operación se ejecuta por técnicas de termocompresión, ultrasónicas o termosónicas, que conectan hilos de oro o aluminio entre las áreas de contacto de la pastilla de silicio y de los conductores de la montura.
La unión por termocompresión se emplea a menudo con hilo de oro y consiste en calentar la montura hasta unos 300 ºC y formar la unión entre el hilo y las patillas de conexión mediante la aplicación de calor y presión. Se utilizan dos tipos principales de unión por termocompresión—unión con bola y unión con cuña. En la unión con bola, que sólo se utiliza con hilo de oro, éste es suministrado desde un tubo capilar, después es comprimido, y después fundido por una llama de hidrógeno. La llama forma además una nueva bola en el extremo del hilo, bola que será aprovechada en el ciclo de conexión siguiente. La unión con cuña exige utilizar una herramienta de unión en forma de cuña
y un microscopio, que ayuda a colocar en su posición exacta la pastilla de silicio y la montura sobre la patilla de conexión. El proceso se ejecuta en una atmósfera inerte.
La unión ultrasónica emplea un impulso energético de alta frecuencia ultrasónico para inducir un efecto de frotamiento que forma una unión entre el hilo y la patilla de conexión. La unión ultrasónica se realiza sobre todo con hilo de aluminio, y muchos la prefieren a la de termocompresión porque no exige el calenta- miento de la pastilla de circuitos durante la operación de conexión.
La unión termosónica es un cambio tecnológico reciente en la conexión con hilo de oro. En ella se utiliza una combinación de energías ultrasónica y térmica, y exige menos calor que la unión por termocompresión.