Com o advento e subseqüente miniaturização de componentes semicondutores, a eletricidade estática passou a ser identificada como um novo perigo que ameaça diretamente a produtividade e a confiabilidade dos produtos eletrônicos. Tornou-se fundamental então criar programas para evitar os riscos da ESD – Electrostatic Discharge. Para tanto, é necessário compreender alguns conceitos eletrostáticos e as leis que os governam.
A geração de cargas estáticas pode ocorrer de muitas maneiras. Entre elas podemos citar eletrização por contato, eletrização tribo elétrica, eletrização por indução, etc. Compreendendo os mecanismos da eletrização estática, é mais fácil evitar o aparecimento das cargas estáticas, ou então reduzi-las a níveis seguros. Atualmente, com a larga utilização de materiais sintéticos altamente isolantes, tanto na cobertura de pisos, mesas, cadeiras, roupas, sapatos e em quase todos os objetos de utilização diária, o aparecimento da eletricidade estática tem sido muito frequente, pois nestas situações as cargas elétricas não podem ser escoadas. Dentre todos os processos de geração de carga estática, o mais comum é o carregamento tribo elétrico, o qual é causado pelo atrito entre duas superfícies. A eletrização tribo elétrica se refere à transferência de cargas devido a contato e separação de materiais. A quantidade de carga gerada por esse processo depende de muitos fatores, como a área de contato, pressão de contato, umidade relativa, velocidade com que uma superfície é atritada sobre a outra. A série tribo elétrica, mostrada na tabela 1, indica a tendência de determinado material acumular cargas positivas ou negativas quando dois materiais da tabela são colocados em contato e separados. O que se encontra em posição mais alta na tabela se torna positivamente carregado.
Os materiais sensíveis à descarga eletrostática são identificados pelo símbolo oficial reproduzido na figura abaixo:
| Símbolo oficial de ESD – material sensível a descarga eletrostática |
Os prejuízos causados pela ESD A eletricidade estática, que para nós é imperceptível, pode danificar um componente semicondutor quando a descarga atinge um ou mais terminais desse componente. Algumas vezes o dano ocasionado por ESD não será imediatamente perceptível, e a falha será latente. O componente que foi atingido sofrerá degradação de desempenho ou redução de expectativa de vida. Outras vezes o componente se danifica imediatamente, e a falha é denominada catastrófica.
| Tipo de Componente | Sensibilidade a ESD (Volts) |
| VMOS | 30 – 1800 |
| MOSFET | 100 – 200 |
| GaAsFET | 100 – 300 |
| JFET | 140 – 7000 |
| CMOS | 250 – 3000 |
| OP-AMP | 190 – 2500 |
| Transistores Bipolares | 380 – 7000 |
| Diodo Schottky | 300 – 2500 |
| TTL Schottky | 1000 – 2500 |
Os danos por ESD em componentes semicondutores de um produto eletrônico podem ocorrer desde a etapa de sua fabricação até sua instalação no usuário final. Normalmente resultam do manuseio inadequado em áreas com pouco ou nenhum controle contra ESD.
Um defeito por ESD é um sério inconveniente quando só é observado depois de o produto chegar ao cliente, porque sua qualidade ficou comprometida por uma falha latente. Na atual concorrência de mercado, significa ameaça a muitos empregos. Na tabela abaixo, podemos ver como alguns componentes são classificados por sua sensibilidade a ESD.
Como evitar o risco
Todas as medidas de proteção dos dispositivos eletrônicos contra eletricidade estática podem ser resumidas no seguinte conselho: evite descarregamento eletrostático sobre componentes sensíveis
A proteção de componentes e placas eletrônicas contra ESD deve considerar uma combinação de métodos de prevenção de geração de cargas com mecanismos de remoção das cargas existentes.
Considerem-se as seguintes áreas para um programa de controle ESD: ambiente, prevenção pessoal e bancada de trabalho.
Deve-se ter o cuidado de evitar o surgimento de cargas eletrostáticas adotando medidas preventivas, como o estabelecimento no ambiente de trabalho de áreas protegidas contra a ESD, que devem ser adequadamente identificadas, possuir piso dissipativo e controle de umidade.
O uso de guarda-pó apropriado em conjunto com um meio de descarregamento das pessoas (pulseira de aterramento ou calçado ESD) que trabalham em contato direto com componentes sensíveis a ESD é o requisito mínimo de prevenção pessoal.
Ainda no campo da prevenção pessoal, as pulseiras de aterramento devem ser ajustadas ao pulso com a parte metálica em contato direto e conectadas com algum ponto de terra por seu cabo. A função da pulseira é propiciar o aterramento pessoal, isto é, dissipar toda a energia estática presente no corpo para a terra. Internamente, a pulseira possui uma resistência para limitar a corrente elétrica de descarga, protegendo e evitando também o choque elétrico do usuário.
Devido ao constante manuseio da pulseira, é muito comum ocorrer um rompimento de sua continuidade. Por esta razão, o valor da resistência da pulseira terá de ser monitorado freqüentemente.
O teste para verificar se a pulseira está em perfeito estado de funcionamento é bastante simples. Com um multímetro digital, seleciona-se a função ohmímetro e depois conecta-se uma das pontas de prova ao lado metalizado da pulseira e a outra ponta ao cabo de aterramento. O valor da resistência a ser medido é 1 Mohm.
Outras formas de aterramento pessoal são os calçados ou calcanheiras ESD, de solado especial com uma determinada condutividade elétrica. Lembrando, porém, que todas as vezes que as calcanheiras estiverem sendo usadas, a tira condutiva deve ser colocada dentro do sapato, sob o pé. Tanto o calçado como a calcanheira só são aplicáveis em áreas com piso dissipativo.
Uma das formas mais importantes para o controle de ESD é a utilização de bancadas aterradas e com superfície dissipativa. A bancada deve ter um ponto de aterramento para a conexão de pulseiras.
Como proteger materiais sensíveis
Todos os dispositivos sensíveis à descarga eletrostática devem ser embalados e transportados com materiais especialmente desenvolvidos para proteger os componentes.
O transporte será feito somente dentro de embalagens especiais – caixas condutivas e sacos metalizados fechados.
Os sacos metalizados são sempre identificados pelo símbolo ESD. Exercem a função de dissipar as descargas promovidas por contato ou aproximação e também oferecem blindagem dos componentes quando expostos a um campo elétrico.
Os sacos metalizados devem estar sempre intactos, isto é, sem nenhum furo ou rasgo. Caso contrário, a proteção contra ESD não existirá e a embalagem perderá sua função principal.
Algumas caixas possuem um revestimento com material condutor, que oferece proteção contra ESD ao material embalado, de forma similar ao saco metalizado. As caixas de módulos também são identificadas com o símbolo ESD.
A abertura destas embalagens também exige cuidados. Fitas adesivas, etiquetas e lacres nunca devem ser retirados bruscamente. O ato de puxar uma fita adesiva gera altas cargas estáticas. As fitas devem ser sempre cortadas com uma lâmina ou tesoura.
As embalagens e materiais que não possuem identificação ESD devem ser colocados afastados dos ESDS.
As placas de circuito impresso devem ser manuseadas sempre pelas bordas. Os módulos, sempre pelo painel frontal. Evitar o máximo de contato com os componentes da placa, trilhas e pontos de conexão.