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Cuidados com a ESD (ART1084)

Com a aproximação do inverno e dos dias secos, principalmente no sul, crescem os problemas com as descargas estáticas. Componentes eletrônicos são extremamente sensíveis, e um simples contacto com objetos carregado pode causar danos diretos com prejuízos que dependem apenas do momento em que a descarga ocorre. Se a descarga danifica apenas o componente o dano é pequeno, mas se ele já estiver montado numa placa, sua troca representa um retrabalho com muito maior perda de tempo e custo. Veja neste artigo como se proteger dos problemas causados pela ESD.

Não é preciso ir muito longe numa pesquisa para se verificar que as descargas eletrostáticas (ESD) causam prejuízos anuais de milhões à indústria. Um estudo feito mostra que 60% das falhas em componentes é causada pela ESD.

Quando falamos em ESD não nos referimos simples às descargas que podem danificar um componente isoladamente, mas que podem danificá-lo em diversas fases de seu uso na fabricação de um produto.

Conforme mostra a figura 1, dependendo da fase do uso do componente, os prejuízos causados por um dano devido à ESD podem variar do custo do componente quando ele é afetado antes do uso a mais de 1 000 vezes esse custo, se ele ocorrer quando o componente já estiver sendo usado numa aplicação instalada.

 


 

 

Justifica-se portanto a série de medidas que qualquer usuário de componentes eletrônicos tome para evitar problemas de descargas estáticas.

 

Como o Problema se Manifesta

A maior parte das cargas estáticas que se tornam potencial perigosas à integridade dos componentes eletrônicos é produzida por atrito. O simples caminhar de uma pessoa sobre um piso isolante pode gerar tensões estáticas de 15 000 volts.

Temos a percepção dessas cargas quando tocamos num objeto com a possibilidade de escoamento para a terra e descarregamos, sentindo um forte choque. São as torneiras "que dão choque" e maçanetas de porta. A percepção das cargas acumuladas numa pessoa varia conforme a tensão acumulada.

Até 3 500 volts não percebemos a descarga. Acima de 3 500 volts, já sentimos um choque. Com 5 000 V já é possível ouvir a descarga e com 8 000 V a descarga já se torna visível. (atrite uma blusa de lã num quarto escuro e você verá e ouvirá as faíscas produzidas pelas descargas estáticas!).

Para que o leitor tenha uma idéia do perigo potencial que isso representa para os componentes eletrônicos, a maioria deles pode ser danificada com tensões na faixa de 100 a 1 000 volts.

A carga acumulada nos objetos e pessoas depende muito da umidade relativa do ar (recomendamos manter um higrômetro nos locais de trabalho com componente para se ter um controle preciso do perigo potencial que a ESD representa para os componentes).

 

A tabela abaixo mostra como a tensão acumulada varia com a umidade relativa:

Evento

10% de umidade relativa (V)

40% de umidade relativa (V)

55% de umidade relativa (V)

Caminhar em carpete

35 000

15 000

7 500

Caminhar em piso de vinil

12 000

5 000

3 000

Movimentos individuais sem aterramento

6 000

800

400

Abrindo um saco plástico

25 000

20 000

7 000

 

O dano ao componente ocorre pela transferência de cargas de um objeto carregado (que esteja sob determinado potencial) para outro que esteja descarregado ou com um potencial diferente. 

Os componentes usados nos trabalhos de eletrônica também possuem diferentes grais de suscetibilidade às descargas. A tabela abaixo dá uma idéia dos valores:

 

Componente Limiar da Suscetibilidade (V)
MOSFET 10 - 100
VMOS 30 - 1800
NMOS 60 - 100
GaAsFET 60 - 2000
EPROM 100 - 500
CMOS 200 - 3000
JFET 140 - 7000
Op-Amp 200 - 2500
Diodos Schottky 300 - 2500
Resistores de Filme 300 - 3000
ECL 500 - 2000
SCR 500 - 1000
TTL Schottky 200 - 2500

Um ponto importante a ser observado é que os componentes continuam sensíveis às descargas eletrostáticas mesmo depois de montados. As descargas podem ocorrer através das conexões e mesmo através de cabos.

 

Prevenção

Roupas comuns não devem ser usadas quando se trabalha com materiais sensíveis a ESD. Essas roupas podem acumular cargas estáticas intensas.

É o caso de uma blusa de lã que já citamos como exemplo, capaz de causar faíscas até visíveis no escuro quando atritada. No trabalho com componentes sensíveis devem ser usadas roupas especiais além de técnicas que incluem o uso de equipamentos de proteção.

Existem diversas técnicas que podem ser adotadas, a custo relativamente baixo, para se evitar os problemas da ESD. Basicamente elas focalizam três pontos fundamentais:

* Evitar a geração de cargas

* Eliminar cargas estáticas da área de trabalho (dissipando ou neutralizando)

* Blindar componentes de forma apropriada evitando campos estáticos.

 

Existem diversos tipos de equipamentos que podem ser adotados para evitar os problemas de descargas estáticas conforme sua origem. Assim, temos:

 

a) Prevenção de Geração de Cargas

São usadas normalmente pulseiras protetoras. Essas pulseiras são aterradas eliminando as cargas que eventualmente se acumulem no corpo, conforme mostra a figura 2.

 


 

 

Este recurso remove dois tipos de cargas: as cargas de origem tribo-elétrica que são originadas quando dois materiais diferentes se atritam e as cargas por capacitância que são induzidas pela aproximação do corpo de um objeto carregado.

Componentes sensíveis podem ser danificados. Além das pulseiras podem ser usadas caneleiras, devendo apenas ser observado que para que esses recursos sejam eficientes eles devem estar em contacto com a pele.

Também existem sapatos especiais que possuem solas capazes de manter o contacto com locais aterrados de modo que nenhuma carga possa ser acumulada no corpo da pessoa.

Na figura 3 mostramos o modo de se usar essas pulseiras. A placa passa, sem problemas, de uma pessoa para outra.

 


 

 

b) Dissipação de Cargas

Uma forma mais lenta, mas também eficiente de se remover cargas elétricas e um ambiente é através da dissipação. Para essa finalidade são usados materiais dissipativos especiais. Esses materiais são intermediários entre os condutores e os isolantes.

Sua resistência é elevada o suficiente para que possamos trabalhar com uma placa de circuito impresso sobre ele e alimentá-la sem que correntes apreciáveis circulem afetando seu funcionamento ou colocando-o em curto, mas baixa o suficiente para permitir o escoamento de cargas estáticas acumuladas.

Um material desse tipo é o 8800 da 3M que suporta bem o trabalho de soldagem e é disponível em diversos tamanhos. Esse material é obtido tanto para uso em bancadas como no próprio chão.

As cadeiras que são usadas pelas pessoas que trabalham com os componentes também devem ser aterradas.

 

c) Neutralização de cargas

A terminologia usada refere-se aos efeitos da ionização sobre materiais não condutores. Podemos citar como exemplo os copinhos de café de plástico.

Por não serem condutores, eles acumulam milhares de volts de cargas estáticas as quais não podem ser neutralizadas por aterramento, justamente porque eles não são condutores.

A melhor forma de se neutralizar a carga acumulada num objeto com essas características é através de ar ionizado.

Na figura 4 temos um exemplo de um ventilador-ionizador da 3M que é utilizado neste tipo de neutralização de cargas. Este equipamento é alimentado por um transformador de 24 V emitindo igual quantidade de cargas positivas e negativas. Trata-se de um ionizador "auto-balanceado".

 

 


 

 

 

d) Blindagens

A blindagem é usada para proteger componentes e placas. Sacos de materiais especiais são empregados para o transporte e armazenamento. Essas embalagens possuem pelo menos uma camada intermediária de material condutor (condutividade quase metálica).

Observe que os sacos plásticos ou embalagens rosa não oferecem proteção. As que oferecem proteção são as de cor cinza ou prateada.

 

Conclusão

O investimento em que recursos que reduzam ou eliminam os problemas de ESD é plenamente compensado pelo menor número de dispositivos ou componentes afetados.

Conforme mostramos, um problema que se manifesta depois que o produto está em uso pode custar até mil vezes mais do que a eliminação do problema no nível do manuseio do próprio componente.

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

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