Como prevenir descarga eletrostática (ESD)
Para combater e prevenir eficazmente a ESD, o equipamento certo deve ser utilizado corretamente. Graças a uma variedade de poderosos dispositivos-de prevenção, monitoramento e ionização de ESD em circuito fechado, a ESD agora pode ser considerada um problema de controle de processo.
A descarga eletrostática (ESD) é uma fonte familiar, porém subestimada, de danos a placas de circuito e componentes em montagens eletrônicas. Afeta todos os fabricantes, independentemente do tamanho. Embora muitos acreditem que estão produzindo em um ambiente seguro-de descarga eletrostática, a realidade é que os danos-relacionados à descarga eletrostática continuam a custar bilhões de dólares anualmente à indústria mundial de fabricação de eletrônicos.
O que exatamente é ESD? A descarga eletrostática (ESD) é definida como a descarga (fluxo de elétrons) de uma carga estática (fixa) previamente existente (elétrons insuficientes ou excessivos). A carga é estável sob duas condições:
Quando fica "preso" em um objeto condutor, mas eletricamente isolante, como uma chave de fenda de metal com cabo de plástico.
Quando reside em uma superfície isolante (como plástico) e não pode fluir através dela.
No entanto, se um condutor com carga elétrica suficientemente alta (como uma chave de fenda) se aproximar de um circuito integrado (CI) com potencial oposto, ocorre a "ponte" de carga, causando descarga eletrostática (ESD).
A ESD ocorre muito rapidamente e com intensidade extremamente alta, normalmente gerando calor suficiente para derreter o circuito interno de um chip semicondutor. Sob um microscópio eletrônico, isso aparece como um pequeno buraco-estampado, causando danos imediatos e irreversíveis.
Ainda mais grave é que apenas em um décimo dos casos esse dano faz com que todo o componente falhe durante o teste final. Nos outros 90%, os danos por ESD causam apenas degradação parcial,-o que significa que o componente danificado passa nos testes finais de forma indetectável, exibindo apenas falha prematura em campo após o envio ao cliente. Esta é a área de maior reputação e custosa para um fabricante corrigir quaisquer defeitos de fabricação.
Contudo, a principal dificuldade no controle da ESD é que ela é invisível, mas capaz de danificar componentes eletrônicos. Uma descarga que produz um "clique" audível requer uma carga relativamente grande de aproximadamente 2.000 volts, enquanto 3.000 volts podem produzir um pequeno choque elétrico e 5.000 volts podem produzir uma faísca visível.
Por exemplo, componentes comuns, como semicondutores de óxido de metal complementar-(CMOS) ou memória somente leitura{2}}eletricamente programável (EPROM) podem ser danificados por diferenças de potencial ESD de apenas 250 volts e 100 volts, respectivamente, enquanto componentes modernos cada vez mais sensíveis, incluindo processadores Pentium, podem ser destruídos por apenas 5 volts.
Este problema é agravado pelas atividades prejudiciais que ocorrem diariamente. Por exemplo, caminhar sobre o piso de uma fábrica de vinil gera atrito entre a superfície do piso e os sapatos. O resultado é que um objeto puramente carregado pode acumular uma carga de 3 a 2.000 volts, dependendo da umidade relativa do ar local.
Até mesmo o atrito gerado pelo movimento natural de um trabalhador em uma bancada pode produzir de 400 a 6.000 volts. Se os trabalhadores manusearem isoladores enquanto desempacotam ou reembalam PCBs em caixas de espuma ou plástico bolha, a carga líquida que pode se acumular na superfície do corpo de um trabalhador pode atingir aproximadamente 26.000 volts.
Portanto, como uma importante fonte de risco de ESD, todo o pessoal que entra em uma Área Protegida Eletrostática (EPA) deve ser aterrado para evitar qualquer acúmulo de carga, e todas as superfícies devem ser aterradas para manter tudo no mesmo potencial, evitando a ocorrência de ESD.
Os principais produtos usados para evitar descargas eletrostáticas são pulseiras feitas de veludo cotelê e superfícies dissipativas ou acolchoamento-ambos devem ser devidamente aterrados. Auxílios adicionais, como calçados dissipadores ou tiras de calcanhar e roupas apropriadas, são projetados para evitar o acúmulo e retenção de carga líquida enquanto o pessoal se movimenta dentro da EPA.
Durante e após a montagem, os PCBs também devem ser protegidos contra ESD provenientes do transporte interno e externo. Muitos produtos de embalagem de PCB estão disponíveis para essa finalidade, incluindo sacos de proteção, caixas de transporte e carrinhos móveis. Embora o uso correto do equipamento acima evite 90% dos problemas{3}}relacionados a ESD, outra camada de proteção é necessária para atingir os 10% finais: ionização.
A maneira mais eficaz de neutralizar equipamentos de montagem e superfícies que podem gerar cargas eletrostáticas é usar um ionizador-um dispositivo que sopra um fluxo de ar ionizado através da área de trabalho para neutralizar qualquer carga acumulada no isolamento.
Um equívoco comum é que, como são usadas alças de mão nas estações de trabalho, a carga no isolamento daquela área, como copos de poliestireno ou caixas de papelão, se dissipará com segurança. Por definição, os isoladores não conduzem eletricidade e não podem ser descarregados, exceto por ionização.
Se um isolador carregado permanecer no EPA, ele irradiará um campo eletrostático, gerando uma carga líquida em quaisquer objetos próximos, aumentando assim o risco de danos por ESD ao produto. Embora muitos fabricantes tentem proibir o isolamento dos seus EPAs, esta abordagem é difícil de implementar. O isolamento é muito comum na vida cotidiana,-desde os tapetes de espuma onde os operadores se sentam confortavelmente até as coisas cobertas de plástico.
Devido ao uso de ionizadores, os fabricantes podem aceitar a presença de algum isolamento nos seus EPAs. Como os sistemas de geração de íons neutralizam continuamente qualquer acúmulo de carga que possa ocorrer nos isoladores, eles são um investimento que vale a pena para qualquer programa de ESD.
Existem dois tipos básicos de geradores de íons em conjuntos eletrônicos padrão:
Desktop (ventilador único)
Unidade aérea (uma série de ventiladores dentro de uma única unidade aérea)
Geradores de íons internos também estão disponíveis, mas agora são usados principalmente em ambientes de salas limpas.
A escolha depende do tamanho da área a ser protegida. Um gerador de íons de mesa cobrirá uma superfície de trabalho única e uniforme, enquanto um gerador de íons suspenso cobrirá duas ou três. Outra vantagem é que os geradores de íons também evitam que poeira estática adira aos produtos, o que pode degradar sua aparência.
No entanto, nenhum programa de proteção está completo sem testes e monitoramento adequados da eficácia dos equipamentos ESD. Os principais especialistas em controle de ESD e ionização relataram exemplos de fabricantes que utilizam equipamentos ESD ineficazes (e, portanto, inúteis) sem perceber sua falha.
Para evitar isso, além do equipamento ESD padrão, os fornecedores de ESD oferecem uma variedade de dispositivos de monitoramento constante que emitem alarmes automaticamente se um desempenho exceder os limites especificados. Os monitores podem ser usados como unidades independentes ou conectados em rede. Também está disponível software de rede para aquisição automática de dados, fornecendo exibições-em tempo real do desempenho do sistema para operadores e estações de trabalho.
Os monitores podem simplificar o planejamento de ESD eliminando muitas tarefas rotineiras, como garantir medições diárias adequadas de fita, balanceamento e manutenção adequada do gerador de íons e pontos de aterramento da bancada de trabalho não danificados.
Conclusão
O primeiro passo na prevenção da ESD é avaliar corretamente como detalhes aparentemente pequenos podem causar danos irreparáveis se forem negligenciados. Um plano eficaz requer não apenas o uso de equipamentos eficazes de proteção contra ESD, mas também procedimentos operacionais rigorosos para garantir a segurança contra ESD para todo o pessoal no chão de fábrica.
Embora muitos fabricantes usem testadores automáticos de fita, é comum ver operadores passarem ou falharem no teste devido a uma fita solta. Muitos operadores tentam passar no teste simplesmente segurando o testador próximo ao pulso com a outra mão.
No entanto, a boa notícia é que a ESD é evitável. O tempo e o dinheiro investidos no equipamento certo e na melhoria dos procedimentos de segurança serão recompensados com maiores taxas de aprovação.