Guinguette Marais Poitevin

Tutorial de ESD Inclui:
Noções básicas de ESD Como a ESD afecta os componentes electrónicos Protecção contra ESD Área protegida ESD Bancada de trabalho ESD Alça de trabalho ESD Alça de trabalho ESD Vestuário ESD Armazenamento ESD Processo ESD num orçamento Design para combater a ESD

p>Descarga electrostática ou ESD é um facto da vida quotidiana e é de particular importância na indústria electrónica de hoje em dia.

Anos atrás, quando se utilizavam válvulas termiónicas / tubos de vácuo não era um problema, e mesmo com a introdução de transístores, poucos o consideravam um problema. Contudo, quando os MOSFETs foram introduzidos, as suas taxas de falha aumentaram, o problema foi investigado e verificou-se que a acumulação estática era suficiente para causar a falha da camada de óxido no dispositivo.

Desde então, a consciência da ESD aumentou consideravelmente porque se demonstrou ter um efeito em muitos dispositivos. De facto, muitos fabricantes consideram hoje em dia que todos os componentes são sensíveis à estática, e não apenas os dispositivos MOS mais susceptíveis de danos.

Como resultado da importância atribuída aos fabricantes de equipamentos electrónicos ESD, gastam muitos milhares de libras para assegurar que os seus locais de trabalho estão protegidos contra os efeitos da estática. Asseguram que os produtos que fabricam não têm altas taxas de falhas durante o teste de fabrico, e são capazes de demonstrar uma alta fiabilidade durante um longo período de tempo.

h2>O que é ESD?

Static é simplesmente a acumulação de carga entre duas superfícies. Surge quando as superfícies se esfregam juntas e isto resulta num excesso de electrões numa superfície e numa deficiência na outra.

As superfícies em que a carga se acumula podem ser consideradas como um condensador. A carga permanecerá no lugar, a menos que tenha um caminho através do qual possa fluir. Como muitas vezes não existe um caminho real através do qual a carga possa fluir, a tensão resultante pode permanecer no lugar durante algum tempo e isto dá origem ao termo “electricidade estática”.

Contudo, quando existe um caminho de condução, uma corrente fluirá e a carga será reduzida. Existe uma constante de tempo associada à descarga. Uma alta resistência significará que uma corrente mais pequena fluirá durante um período de tempo mais longo. Uma baixa resistência dará origem a uma descarga muito mais rápida.

Obviamente os níveis de tensão e corrente que são produzidos dependem de uma grande variedade de factores. O tamanho da pessoa, o nível de actividade, o objecto contra o qual a descarga é feita e, claro, a humidade do ar. Todos estes factores têm um efeito pronunciado, pelo que é quase impossível prever o tamanho exacto das descargas que irão ocorrer.

Contudo um dos principais factores que afecta as tensões que são produzidas são os tipos de material que estão a ser esfregados juntos. Verifica-se que materiais diferentes dão tensões diferentes. A tensão produzida depende da posição dos dois materiais numa série conhecida como série tribo-eléctrica.

Série tribo-eléctrica

Quanto mais afastados estiverem na série, maior será a tensão. Aquela que estiver mais acima na série receberá uma carga positiva, e a que estiver mais abaixo, uma carga negativa. Olhando para a lista de séries tribo-eléctricas abaixo pode ver-se que pentear o cabelo com um pente de plástico dará origem a uma carga positiva sobre o cabelo, e o pente tornar-se-á carregado negativamente.

br>>p>Existem muitas maneiras de se construir cargas. Mesmo caminhar sobre um tapete pode dar origem a algumas tensões muito grandes. Normalmente, isto pode dar origem a potenciais de 10 kV. Em casos maus, pode mesmo dar origem a potenciais três vezes superiores a este valor. Mesmo o acto de atravessar um chão de vinil pode dar origem a potenciais de cerca de 5 kV. De facto, qualquer forma de movimento em que as superfícies se esfregam umas nas outras conduzirá à produção de electricidade estática. Alguém que trabalhe numa bancada utilizando componentes electrónicos poderá facilmente gerar potenciais estáticos de 500 V ou mais.
h2>Exemplos práticos de ESD

Um dos exemplos mais frequentemente visíveis de geração de carga é quando se atravessa uma sala. Mesmo esta ocorrência diária pode gerar algumas tensões surpreendentemente elevadas. As tensões reais variam consideravelmente dependendo de uma variedade de factores, mas podem ser dadas estimativas para ilustrar a extensão do problema.

Para ilustrar a extensão do problema, uma variedade de casos são detalhados no quadro abaixo:

* Estes são números aproximados e assumem uma humidade relativa de até 25%. À medida que a humidade aumenta, estes níveis diminuem: com uma humidade de cerca de 75%, os níveis estáticos podem cair por um factor de cerca de 25 ou mais. Todos estes números são muito aproximados, porque dependem muito das condições particulares, mas dão uma ordem de grandeza guia para os níveis de ESD a esperar.

P>Embora o resultado da ESD pareça muito elevado, normalmente passam despercebidos. A menor descarga electrostática que pode ser sentida é cerca de 5kV, e mesmo assim esta magnitude de descarga só pode ser sentida em ocasiões. A razão é que embora as correntes de pico resultantes possam ser muito elevadas, elas duram apenas muito pouco tempo e o corpo não as detecta porque a carga por detrás delas é relativamente pequena. Voltagens desta magnitude provenientes de equipamento electrónico ou eléctrico onde a maior quantidade de corrente pode ser fonte e por muito mais tempo terá um efeito muito maior e pode ser muito perigoso.

Transferência estática

Existem várias formas de transferência de cargas estáticas para dispositivos semicondutores, resultando em danos causados por ESD. A mais óbvia é quando são tocadas por um item que é carregado e condutivo. O exemplo mais óbvio disto possivelmente ocorre quando um semicondutor está sobre uma bancada de trabalho e alguém atravessa o chão construindo uma carga e depois recolhe-a.

O dedo carregado transmite então a carga estática muito rapidamente ao semicondutor com a possibilidade de danos. As ferramentas podem eventualmente ser ainda mais nocivas. As chaves de parafusos metálicas são ainda mais condutoras e irão transmitir a carga ainda mais rapidamente e isto resulta em níveis mais elevados de pico de corrente.

No entanto, não é necessário tocar nos componentes para lhes causar danos. Artigos como copos de plástico transportam uma carga muito elevada, e colocar um destes perto de um CI pode “induzir” uma carga oposta no CI. Isto também pode danificar o dispositivo semicondutor. Gravatas feitas de fibra sintética são também um perigo de ESD porque podem carregar e pendurar facilmente perto de equipamento electrónico sensível.

mecanismos de falha de ESD

Existem várias formas de ESD poder danificar componentes semicondutores. Os resultados mais óbvios resultam da tensão estática muito elevada, dando origem a níveis elevados de corrente de pico que podem causar queimaduras locais. Mesmo que a corrente flua durante um período de tempo muito curto, o tamanho da característica minuto no circuito integrado significa que os danos são causados muito facilmente. As ligações dos fios de interconexão ou áreas no próprio chip podem ser fundidas pela corrente de pico elevada.

Uma outra forma de dano que pode ocorrer em resultado da ESD é quando o elevado nível de tensão provoca a ruptura de um componente no próprio dispositivo. Pode quebrar uma camada de óxido no dispositivo, tornando o dispositivo inoperacional. Com dimensões em alguns CI de muito menos que um mícron, não é surpreendente que mesmo tensões relativamente baixas possam causar avarias.

Embora os danos causados pela ESD possam destruir instantaneamente os dispositivos, também é possível que estes criem aquilo a que se chama falhas latentes. Isto ocorre porque a ESD não destrói completamente o dispositivo, mas os danos causados apenas o enfraquecem, deixando-o em risco de falhar mais tarde na sua vida. Estes defeitos latentes não podem normalmente ser detectados. O resultado é que o nível global de fiabilidade é consideravelmente reduzido, ou (mais no caso de dispositivos analógicos) o desempenho pode ser degradado. As falhas latentes causadas por ESD podem ser muito dispendiosas porque a reparação enquanto um item está em serviço é muito mais dispendiosa do que a reparação de um item que ahs falhou na fábrica. A razão para isto é que um técnico de reparação necessita normalmente de reparar o item no local, ou este precisa de ser enviado para uma instalação de reparação.

As falhas latentes podem ser causadas quando uma interconexão é parcialmente fundida por ESD. Muitas vezes uma parte do condutor foi destruída pela descarga estática, deixando-o vulnerável mais tarde. Outra forma de danificar os chips é quando o material resultante dos danos é espalhado pela superfície do semicondutor, e isto pode resultar em vias de condução alternativas.

Como resultado do facto de os componentes poderem ser facilmente danificados pela ESD, a maioria dos fabricantes trata todos os semicondutores como dispositivos sensíveis à estática, e juntamente com isto muitos manuseiam todos os dispositivos, incluindo componentes passivos como condensadores e resistências, como sendo também sensíveis à estática. Ao olhar para isto, deve lembrar-se que a maioria dos equipamentos produzidos em massa utilizam hoje em dia componentes de montagem à superfície onde as dimensões são muito menores do que os componentes tradicionais e isto torna-os muito mais susceptíveis a danos causados por ESD.

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