Fundamentos de ESD: o que a descarga eletrostática provoca

Uma faísca que ninguém vê pode danificar um componente – imediatamente ou de modo a que só falhe mais tarde. Este guia explica, em passos compreensíveis, como as pessoas e os materiais se carregam, por que razão os componentes eletrónicos reagem de forma sensível e com que três medidas protege a sua produção: ligação à terra, materiais dissipativos e um ambiente controlado. Destina-se a compras, direção de produção e garantia da qualidade.

Como surge a carga estática?

A carga estática surge quando dois materiais se tocam e voltam a separar-se. Nesse processo, os portadores de carga passam de uma superfície para outra. Com a fricção, este efeito é reforçado. Quando caminha sobre uma carpete, o seu vestuário esfrega no tecido e o seu corpo carrega-se. Também retirar uma película, empurrar uma cadeira ou embalar mercadoria gera carga.

A tensão a que o corpo e os objetos se carregam pode atingir vários quilovolts sem que se sinta. O limiar de perceção do ser humano situa-se claramente acima da tensão a que um componente sensível já pode ser danificado. Por isso, uma carga passa muitas vezes despercebida aos colaboradores, enquanto o componente sofre danos.

Também é relevante a rapidez com que a carga se dissipa. Um material isolante retém a carga durante muito tempo, um material dissipativo liberta-a de forma controlada. Esta diferença é abordada pelas normas relativas a materiais de proteção ESD.

Por que razão os componentes são danificados

Uma descarga eletrostática é um impulso de corrente breve, com tensão elevada e duração muito curta. Se atingir um componente sensível, pode perfurar camadas do semicondutor, danificar isolamentos finos ou fundir pistas condutoras. Quanto mais pequenas são as estruturas de um componente, menor é a tensão que suporta.

Os componentes modernos são particularmente sensíveis porque as suas camadas e estruturas são muito finas. Isto aplica-se a muitos semicondutores, sensores, memórias e conjuntos com circuitos integrados. A sensibilidade de cada componente consta da ficha técnica do fabricante. Aí encontra a classe segundo o Human Body Model ou um método de ensaio comparável.

Danos que não se veem

Um componente danificado continua muitas vezes a funcionar inicialmente. Só se nota em funcionamento, por vezes semanas ou meses após a montagem. Estes danos latentes são particularmente dispendiosos, porque só surgem no cliente ou no terreno. As consequências são reclamações, recolhas e casos de garantia.

Por isso, a proteção ESD não começa apenas na verificação. Tem de atuar em cada etapa: ao desembalar, no transporte, na montagem e na reparação. Uma única falha num ponto basta para romper a cadeia.

Os três pilares da proteção ESD

Na prática, tem-se revelado eficaz um princípio simples. A proteção assenta em três pilares e cada um deles tem de estar correto.

1. Dissipar: todas as peças condutoras, pessoas e superfícies são ligadas à terra através de uma resistência definida. Isso é assegurado por pulseiras de ligação à terra, calcanheiras, tapetes de bancada e revestimentos, bem como pontos de ligação à terra.
2. Evitar: a carga é mantida o mais baixa possível. Isso consegue-se com embalagens dissipativas, materiais adequados no posto de trabalho e dispensando isoladores desnecessários.
3. Blindar: os componentes sensíveis são transportados e armazenados em recipientes com proteção ESD, por exemplo em sacos, caixas ou tabuleiros com superfície definida.

Os pilares completam-se. Uma pulseira de ligação à terra não protege se o posto de trabalho estiver isolado. Um tapete dissipativo ajuda pouco se material de embalagem de plástico estiver diretamente sobre o componente.

Um posto de trabalho na prática

Um posto de trabalho ESD típico tem um tapete de bancada dissipativo, um cabo de ligação à terra ou um ponto de ligação à terra, pulseiras de ligação à terra ou calcanheiras para o pessoal e uma possibilidade de ligar à terra ferramentas e equipamentos de ensaio. A isto juntam-se recipientes para componentes e placas de circuitos e uma identificação que torna a zona ESD visível.

É importante a ordem de entrada na zona. Primeiro a pessoa é ligada à terra, depois começa o trabalho. Ao sair da zona, a ligação à terra mantém-se até a pessoa ter saído da zona. Para os visitantes aplica-se o mesmo: recebem uma calcanheira descartável ou uma instrução antes de entrarem na zona.

O vestuário também conta. O vestuário de trabalho ESD de tecido dissipativo evita que o corpo se carregue através da roupa. O vestuário tem de estar ligado ao corpo, ou seja, ser ligado à terra através da ligação à terra da pulseira ou da calcanheira. Vestuário dissipativo sem ligação à terra não ajuda.

Um posto de trabalho tem de ser verificado regularmente. Isso inclui a medição da resistência da pulseira e do ponto de ligação à terra, o controlo de tapetes de bancada e revestimentos e a verificação das embalagens. Os intervalos de verificação são definidos pela aplicação. Uma medição após cada passagem de turno é habitual em muitas produções.

Erros frequentes

• Pulseira de ligação à terra sem contacto: A pulseira está solta, o contacto com a pele está interrompido ou o botão de pressão não está ligado.
• Ponto de ligação à terra errado: O tapete está ligado a um ponto que não está ligado ao condutor de proteção.
• Ligação à terra esquecida nos visitantes: Os visitantes entram na zona sem calcanheira, porque ninguém explicou a regra.
• Objetos isolantes: Copos de plástico, bolsas de plástico ou têxteis sintéticos estão sobre o posto de trabalho.
• Verificação desatualizada: A última medição foi há meses e ninguém sabe se os valores ainda estão corretos.

Conclusão

A proteção ESD é uma questão de sistema. Começa pela perceção de que a carga invisível causa danos reais e termina na verificação regular do posto de trabalho. As normas definem o enquadramento, a ficha técnica de cada artigo mostra o que o artigo oferece. Utilize ambos e a proteção é rastreável.

Clima e humidade do ar

A humidade do ar influencia fortemente a carga. Em ar seco, as cargas mantêm-se durante mais tempo, porque falta humidade nas superfícies que poderia dissipar a carga. No inverno, em espaços aquecidos com pouca humidade do ar, o risco aumenta, por isso. Uma humidificação ou climatização direcionada pode reduzir claramente a carga, mas não substitui a ligação à terra.

A temperatura também desempenha um papel, porque altera as propriedades dos materiais. Meça regularmente a temperatura e a humidade do ar na zona ESD, em especial nas áreas de montagem e de armazenamento. Os valores devem constar da documentação da zona.

Embalagem e transporte

Os componentes sensíveis são frequentemente transportados em embalagens que podem elas próprias transportar carga. Sacos, caixas e tabuleiros dissipativos protegem, porque dissipam ou blindam a carga por percursos definidos. Os sacos de plástico normais, pelo contrário, podem gerar uma carga que passa para o componente assim que o saco é aberto.

Atenda ao procedimento ao abrir e retirar. O componente é retirado do saco depois de a pessoa e a superfície de trabalho estarem ligadas à terra. O saco fica fora da superfície de trabalho. As embalagens vazias não são acumuladas na bancada.

Para saber mais: Montar um posto de trabalho ESD: lista de verificação para montagem e controlo