Como as descargas eletrostáticas podem danificar os componentes eletrônicos?

Você precisar ter muito cuidado para trabalhar com componentes eletrônicos. Os componentes são muito sensíveis. Principalmente com a descarga eletrostática.

Você sabe o que é descarga eletrostática, ou como é chamada, ESD? Você tem tomado medidas preventivas para que não ocorra esse tipo de problema nos seus projetos eletrônicos?

Esse artigo visa mostrar à você a importância desse conceito.

Aqui você irá ver:

• O que é descarga eletrostática (ESD)
• Serie tribo-elétrica
• Exemplos práticos de descarga eletrostática
• Transferência estática
• Mecanismos de falha ESD

Vamos lá? Uma ótima leitura para você!

Estática é simplesmente o acúmulo de carga entre duas superfícies. Surge quando as superfícies se esfregam e isso resulta em um excesso de elétrons em uma superfície e uma deficiência na outra.

As superfícies nas quais a carga se acumula podem ser consideradas como um capacitor. A carga permanecerá no lugar, a menos que tenha um caminho através do qual possa fluir.

Como muitas vezes não existe um caminho real pelo qual a carga possa fluir, a tensão resultante pode permanecer no local por algum tempo e isso dá origem ao termo "eletricidade estática".

No entanto, quando existe um caminho de condução, a corrente flui e a carga será reduzida, gerando assim uma descarga eletrostática. Há uma constante de tempo associada à descarga.

Uma alta resistência significa que uma corrente menor fluirá por mais tempo. Uma baixa resistência dará origem a uma descarga eletrostática muito mais rápida.

Obviamente, os níveis de tensão e corrente produzidos dependem de uma grande variedade de fatores. O tamanho da pessoa, o nível de atividade, o objeto contra o qual a descarga é feita e, é claro, a umidade do ar.

Todos eles têm um efeito pronunciado, por isso é quase impossível prever o tamanho exato das descargas que ocorrerão.

No entanto, um dos principais fatores que afeta as tensões produzidas são os tipos de material que estão sendo esfregados.

Verifica-se que materiais diferentes fornecem tensões diferentes. A tensão produzida depende da posição dos dois materiais em uma série conhecida como série tribo-elétrica.

RESUMO:

A descarga eletrostática é uma carga armazenada (gerada por atrito entre dois corpos) que, quando encontra um caminho de condução, libera essa carga em forma de corrente e tensão. Materiais diferentes fornecem tensões diferentes e dependem da sua posição, conhecida como série tribo-elétrica.

Série tribo-elétrica

A Série tribo-elétrica é uma lista de classificação de vários materiais de acordo com a sua tendência a ganhar ou perder elétrons.

A tendência de um material se tornar positivo ou negativo após o carregamento triboelétrico não tem nada a ver com o nível de condutividade (ou capacidade de descarga) do material.

Quanto mais distantes eles estiverem da série, maior será a tensão. O que estiver mais alto na série receberá uma carga positiva e o mais baixo, uma carga negativa.

Olhando para a lista de séries tribo-elétricas abaixo, podemos ver que pentear o cabelo com um pente de madeira dará origem a uma carga positiva no cabelo, e o pente ficará carregado negativamente.

Existem muitas maneiras pelas quais as cargas podem ser acumuladas.

Mesmo atravessar um tapete pode gerar tensões muito grandes. Normalmente, isso pode dar origem a potenciais de 10kV. Em casos ruins, pode até levar a potenciais três vezes esse valor.

Mesmo o ato de andar sobre um piso de vinil pode levar a potenciais elétricos de cerca de 5kV. De fato, qualquer forma de movimento em que as superfícies estejam esfregando levará à geração de eletricidade estática. Alguém que trabalha em uma bancada usando componentes eletrônicos pode facilmente gerar potenciais estáticos de 500 V ou mais.

RESUMO:

A série triboelétrica é uma lista de materiais que tem o poder de se carregar negativamente ou positivamente.

Exemplos práticos de descarga eletrostática ESD

Um dos exemplos mais visíveis de geração de carga é ao atravessar uma sala. Mesmo essa ocorrência cotidiana pode gerar tensões surpreendentemente altas.

As tensões reais variam consideravelmente dependendo de uma variedade de fatores, mas podem ser feitas estimativas para ilustrar a extensão do problema.

Para ilustrar a extensão do problema, uma variedade de instâncias é detalhada na tabela abaixo:

* Todos esses números são muito aproximados, porque são muito dependentes das condições particulares, mas fornecem um guia de ordem de magnitude para os níveis de ESD que são esperados.

Embora os resultados de descarga eletrostática ESD pareçam muito altos, eles geralmente passam despercebidos. A menor descarga eletrostática que pode ser sentida é de cerca de 5kV, e mesmo assim essa magnitude de descarga pode ser sentida apenas em algumas ocasiões.

A razão é que, embora as correntes de pico resultantes possam ser muito altas, elas duram apenas um período muito curto e o corpo não as detecta porque a carga por trás delas é relativamente pequena.

Tensões dessa magnitude de equipamentos eletrônicos ou elétricos, onde a maior corrente pode ser fonte e por muito mais tempo, terão um efeito muito maior e podem ser muito perigosas.

RESUMO:

Embora os níveis de descarga eletrostática sejam altas, normalmente você não sente, pois o período de tempo dela é muito curta, porque a carga por trás dela é relativamente pequena. Um exemplo de ESD é andar sobre um tapete, onde você pode gerar até 30kV de estática.

Transferência estática

Existem várias maneiras pelas quais cargas estáticas podem ser transferidas para dispositivos semicondutores, resultando em danos causados ​​por ESD. O mais óbvio é quando são tocados por um item carregado e condutor.

O exemplo mais óbvio disso possivelmente ocorre quando um semicondutor está em uma bancada de trabalho e alguém caminha pelo chão, acumulando uma carga e depois a pega.

O dedo carregado então transmite a carga estática muito rapidamente ao semicondutor, com a possibilidade de danos.

As ferramentas podem ser ainda mais prejudiciais.

Chaves de fenda metálicas são ainda mais condutivas e transmitem a carga ainda mais rapidamente e isso resulta em níveis mais altos de pico de corrente.

No entanto, não é necessário tocar nos componentes para causar danos a eles. Itens como copos de plástico carregam uma carga muito alta e colocá-los perto de um CI pode "induzir" uma carga oposta no CI.

Isso também pode danificar o dispositivo semicondutor. As gravatas feitas de fibra sintética também são um risco de ESD, pois podem carregar e facilmente pendurar perto de equipamentos eletrônicos sensíveis.

RESUMO:

Existem diversas maneiras de transferência estática. No caso da eletrônica, é comum você caminhar pelo chão, acumular uma carga e pegar um componente SMD (por exemplo). Transferindo a estática, você pode danificar o componente.

Mecanismos de falha de ESD

Existem diversas várias maneiras pelas quais a descarga eletrostática pode danificar os seus componentes semicondutores. Os resultados mais óbvios da tensão estática muito alta, originando altos níveis de pico de corrente que podem causar queimadura local.

Mesmo que a corrente flua por um período muito curto, os tamanhos mínimos de recursos no circuito integrado significam que os danos são causados ​​com muita facilidade. As áreas de interconexão do próprio chip podem ser fundidos pela alta corrente de pico.

Outra maneira pela qual danos podem ocorrer como resultado de ESD é quando o alto nível de tensão causa a quebra de um componente no próprio dispositivo. Pode quebrar uma camada de óxido no dispositivo, tornando o dispositivo inoperante.

Com dimensões em alguns CIs muito inferiores a um mícron, não surpreende que mesmo tensões relativamente baixas possam causar avarias.

Embora os danos causados ​​pela ESD possam destruir instantaneamente os dispositivos, também é possível que eles criem o que é chamado de falhas latentes.

Isso ocorre porque a ESD não destrói completamente o dispositivo, mas o dano causado o enfraquece, deixando-o em risco de falhar mais tarde na vida.

Esses defeitos latentes geralmente não podem ser detectados. O resultado é que o nível geral de confiabilidade é consideravelmente reduzido ou (mais no caso de dispositivos analógicos) o desempenho pode ser prejudicado.

Falhas latentes causadas por ESD podem ser muito caras, porque o reparo enquanto um item está em serviço é muito mais caro do que consertar um item que falhou na fábrica.

A razão para isso é que um técnico de reparo normalmente precisa reparar o item no local ou precisa ser enviado para uma instalação de reparo.

Falhas latentes podem ser causadas quando uma interconexão é parcialmente fundida por descarga eletrostática. Muitas vezes, parte do condutor é destruída pela descarga estática, deixando-o vulnerável posteriormente.

Outra maneira pela qual os chips são danificados é quando o material resultante do dano é espalhado sobre a superfície do semicondutor, e isso pode resultar em caminhos de condução alternativos.

Como os componentes podem ser facilmente danificados por ESD, a maioria dos fabricantes trata todos os semicondutores como dispositivos SENSÍVEIS à estática e, junto com isso, muitos manipulam todos os dispositivos, incluindo componentes passivos como capacitores e resistores, como também sensíveis à estática.

Ao analisar isso, você deve lembrar que a maioria dos equipamentos produzidos em massa hoje em dia usa componentes de montagem em superfície, onde as dimensões são muito menores que os componentes tradicionais e isso os torna muito mais suscetíveis a danos por ESD.

RESUMO:

São diversos os danos que a descarga eletrostática pode causa nos componentes eletrônicos. Pode ser causado a queima total, o que é preferível, pois é detectado na fábrica mesmo e o conserto pode ser feita instantâneo, ou pode apenas danificar o componentes, deixando a sua vida útil instável. Essa última é muito ruim, em termos de confiabilidade do cliente e custos para a empresa.

Algumas indústrias hoje em dia, tratam qualquer componentes como sensíveis.

Prevenção

Evitar a descarga eletrostática exige um controle e disciplina de todos os envolvidos. Mas é possível!

Hoje você encontra no mercado todo tipo de equipamento ANTI-ESTÁTICO. Se você for soldar, vai encontrar estações de solda com o gabinete ESD, se quiser retirar o componente, vai encontrar pinças ESD. Tanto produtos para proteção do componentes, quanto EPIs, para você utilizar, como por exemplo, luvas, jalecos, pulseiras, dentre outros.

Como o objetivo desse artigo é mostrar a importância da ESD, nós vamos deixar para outro post esse assunto de suma importância, que são os produtos antiestáticos.

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