Como a ESD descarga eletromagnética pode danificar o componente elétrico?

A descarga eletrostática (em inglês, ESD ou Electrostatic Discharge) tem como sua principal causa a eletricidade estática, gerada a partir do contato e da separação de materiais. Em alguns casos, como na montagem de placas eletrônicas, a ESD precisa ser evitada, já que pode causar danos permanentes aos componentes eletrônicos manipulados durante a manufatura.

Como a descarga eletrostática ocorre?

Esse tipo de fenômeno, em geral, é oriundo da interação homem-objeto. A eletricidade estática, e consequentemente a descarga, ocorre por conta de um desbalanceamento de elétrons. Há influência do tipo de material, da velocidade de contato e da separação dos corpos, da umidade e de diversos outros fatores. Segundo o artigo “Interferência Eletromagnética”, do autor César Cassiolato, “quando um objeto é carregado eletrostaticamente, um campo elétrico associado a esta carga é criado em torno dele e um dispositivo sujeito a este campo que não esteja aterrado poderá ser induzido, causando uma transferência das cargas entre os dois corpos. Esta transferência de cargas poderá resultar em falhas que reduzem a vida útil, prejudicam o funcionamento ou até mesmo destroem o dispositivo permanentemente.”

Ainda segundo o artigo, os principais fatores que contribuem para a interferência eletromagnética são:

• tensão;
• freqüência;
• aterramento;
• componentes eletrônicos;
• circuitos impressos;
• desacoplamentos.

5 passos para evitar a descarga eletrostática (ESD)

Em uma montadora de placas eletrônicas, tomar todos os cuidados necessários para evitar a descarga eletrostática (ESD) é imprescindível. Um descuido qualquer pode representar a perda do trabalho, pois causa danos irreparáveis no produto.

A duração dessa descarga é de um tempo muito curto, apenas alguns nano-segundos. Em geral o fenômeno sequer é percebido e se manifesta na forma de um pequeno arco elétrico, mas já é capaz de causar danos em uma PCB.

Sendo assim, para prevenir descarga eletrostática em um circuito sensível, algumas precauções devem ser tomadas. Evitar a presença de materiais com alta concentração de cargas e fazer o aterramento de todos os materiais condutivos e pessoais é essencial para que a descarga eletrostática não ocorra na fábrica.

Mesmo durante o transporte do material e de sua estocagem, deve-se tomar o cuidado de utilizar embalagens apropriadas para prevenção de ESD.

Alguns passos para evitar descarga eletrostática em uma montadora de placas eletrônicas são:

1. Usar jaleco antiestático

A utilização de jalecos no ambiente fabril é importante para evitar o contato da roupa do operador com a placa eletrônica a fim de prevenir interações indesejadas. Assim como em um laboratório de microbiologia, cujo objetivo é prevenir a contaminação por microorganismos que não fazem parte do trabalho, nesse caso a ideia é isolar ao máximo os agentes de interferência.

Esse tipo de jaleco que contêm fios de carbono no tecido é responsável pela proteção contra descargas elétricas e serve para proteger tanto os equipamentos quanto os usuários. O jaleco antiestático ajuda a reduzir o problema, mas não o evita completamente. Por isso, os profissionais devem utilizar outros itens de segurança, citados abaixo.

2) Calçar calcanheiras dissipativas

Atentar-se aos pontos de contato com o chão é fundamental quando se quer promover ou evitar aterramento ou descarga eletrostática (ESD). Sendo assim, colocar proteção nos sapatos ou recomendar aos funcionários o uso de um tipo de calçado especial costuma ser a conduta mais utilizada.

Esse tipo de precaução é recomendada principalmente caso seja usado material dissipativo no piso. A calcanheira permite a descarga  pelo sapato, já que grande parte dos calçados possuem solado de borracha, que é isolante.

3) Cobrir bancadas com manta antiestática

As estações de trabalho também são fontes importantes de eletricidade estática. Como estão sempre em contato tanto com o material quanto com o operador, devem ser isoladas adequadamente.

O uso da manta antiestática é indicado para cobrir bancadas ou estações eletrônicas de trabalho. Ela permite a condução e a dissipação da energia estática formada pelo operador, evitando danos e avarias nos equipamentos, componentes e circuitos durante a manipulação.

4) Vestir luvas antiestáticas

É indicada para quem trabalha em ambientes estáticos fazendo a manutenção de componentes eletrônicos. Além de garantir a segurança do profissional (que possui carga estática acumulada em seu próprio corpo), também evita danos nos componentes e peças eletrônicas sensíveis. Em outras palavras, a luva antiestática evita que o campo estático gerado pela roupa e a gordura acumulada nas mãos alcancem a PCB ou outras peças eletrônicas, já que o campo de estática pode causar sérios danos aos componentes, mesmo sem o toque direto.

5) Ter nos punhos pulseiras de aterramento

Ao manusear componentes eletrônicos – circuitos impressos, placas-mãe, processadores – a carga de energia estática acumulada pode ser descarregada sobre eles, causando-lhes danos e até a queima. Para evitar esse problema, um dos equipamentos de proteção mais usados tem sido a pulseira antiestática. A pulseira possui filamentos condutivos, que servem para levar a energia estática do usuário para o sistema de aterramento.

Esses cuidados podem evitar retrabalho e perda de componentes – muitas vezes com alto custo ou difíceis de serem encontrados no mercado. Muitos desses componentes possuem uma sensibilidade à tensão reduzida, e qualquer descarga elétrica pode fazer com que toda uma placa apresente um mau funcionamento ou até mesmo deixe de funcionar por completo.

Por que a descarga eletrostática (ESD) causa danos na placa eletrônica?

Como vimos, a descarga eletrostática começa quando há um desequilíbrio eletrostático, no qual a tendência do objeto é sempre querer voltar ao seu estado normal. Esse fenômeno pode ocorrer não só durante a montagem do dispositivo, como vimos até aqui, mas também em objetos já instalados especialmente se estiverem expostos a condições nocivas. Sendo assim, os cuidados com a placa não estão restritos à montagem.

No artigo “Proteção de placas eletrônicas em ambientes agressivos” os autores Andréia da Silva e José Maria Campos Fernandes analisam danos causados por descargas eletrostáticas em equipamentos de multinacional de grande porte que atua no setor alimentício.

No estudo, os pesquisadores relatam que “embora uma ESD não represente perigo ao ser humano, ela é altamente prejudicial a circuitos microeletrônicos, cada vez mais comuns em instalações do setor elétrico, como usinas e subestações. Descargas com tensões superiores a 10 Volts podem ser prejudiciais a componentes eletrônicos mais sensíveis. Além de danos físicos em um equipamento, uma ESD pode causar falhas operacionais, como o desligamento inadvertido de equipamentos, causando danos de severidade variável de acordo com a importância do sistema afetado.”

Desse modo, o estudo conclui que uma das soluções mais eficientes foi a limpeza das placas com produtos especiais e a aplicação de um revestimento chamado de conformal coating, que protege das intempéries ambientais. Esse revestimento pode ser aplicado na fábrica, como mencionamos outras vezes aqui no blog. Sendo assim, é possível criar produtos mais resistentes ao ambiente, duráveis e que não causem transtornos relacionados à descarga eletrostática.

Entendeu a importância de usar equipamentos a fim de evitar descarga eletrostática (ESD) na montagem de PCBs? Se você ficou com alguma dúvida, deixe sua pergunta no campo de comentários.

Post publicado originalmente em 21/10/2014 e atualizado em 23/05/2019.

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