Programa de Control de ESD

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Todas las zonas donde se manipulen componentes electrónicos y tarjetas de circuitos impresos, deben tener protección contra ESD (Electro Static Discharge).

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  • 1. Todas las zonas donde se manipulen componentes electrnicos y tarjetas decircuitos impresos, deben tener proteccin contra ESD (Electro StaticDischarge). Pgina

2. Los cambios habidos en un tiempo relativamente corto en el campo de laelectrnica, en los que las tecnologas utilizadas han ido progresando desde laintegracin a pequea escala hasta la integracin a sper escala, han dado comoconsecuencia la aparicin de nuevos planteamientos en el tratamiento de loscomponentes y equipos electrnicos en general.El progreso de la tecnologa electrnica unido a los altos costes de reparacin delos equipos que contienen dispositivos sensibles a la electricidad esttica, obliga alos fabricantes y usuarios a tomar las medidas necesarias para minimizar losdaos inducidos por la ESDExisten dos reglas bsicaspara la proteccin contra las descargaselectrostticas, que son: 1. Manejar todos los componentes sensibles a la electricidad estticadentro de un rea de seguridad. 2. Transportar todos los componentes sensibles a la electricidad estticaen contenedores o embalajes blindados contra las descargas estticas ycontra los campos elctricos.Sin embargo, el cumplimientos de estas reglas no puede ser efectiva sin unaadecuada informacin del personal afectado y un control peridico de las reas detrabajo Definicin de TrminosESD = Descarga ElectrostticaESDS = Componente o Equipo Sensible a las descargas electrostticas. Causas de Electricidad EstticaSe produce electricidad esttica cuando se frotan dos materiales uno contra elotro o se separa el uno del otro. Por ejemplo cuando andamos por una alfombra,los zapatos rozan contra la alfombra y producen electricidad esttica. Cada vezque se levantan los pies, los zapatos se separan de la alfombra y producenelectricidad esttica adicional. Se muestra en la siguiente figura lacombinacin de estas dos acciones. Pgina 3. Un zapato al rozar contra laalfombraproduce electricidadesttica.Tambin al levantar elZapato se produce unacarga adicional de electricidadestticaEl cuerpo de una persona llegar a estar cargado electrostticamente y la carga elctricacontina mientras camina. Cuando una persona se acerca a un objeto conectado a tierra, seproduce una descarga elctrica y oir o ver una chispa que salta hacia el objeto. A esto sele llama Descarga de Electricidad Esttica (ESD).ESD es una descarga repentina de electricidad esttica acumulada en un objeto o persona.Esta descarga ocurre cuando un objeto o persona tiene contacto directo con un objeto opersona con carga elctrica diferente con respecto a tierra. Aunque la ESD normalmente noes peligrosa en los humanos, puede daar seriamente un circuito electrnico. Usualmente,el dao no aparece como fallo durante el tiempo de instalacin o prueba del equipo. El daode ESD continua degradndose en el tiempo de instalacin y el deterioro conduce a un fallototal del componente en un perodo de das, meses, o aos.Problemtica planteada por los dispositivos por las descargas electrostticasEn el caso de la microelectrnica, una de las limitaciones es la que se refiere a laproteccin de los semiconductores y microcircuitos de los efectos nocivos de laelectricidad esttica, efectos que pueden producirse por voltajes inducidos porcampos elctricos o por descargas electrostticas. Dichos efectos nocivosdesembocan en daos que pueden ser de dos tipos: 1. Permanentes 2. LatentesEn el primero, el dispositivo se sustituye, volviendo el sistema a sufuncionamiento normal. En el segundo, el problema es ms complejo ya que elfuncionamiento queda degradado o intermitente por lo que puede ser necesarioun gran nmero de horas para detectarlo y resolverlo.Se ha descubierto en los ltimos aos que la ESD es el problema ms importantepara un equipo o componente electrnicoLos daos producidos por este fenmeno pueden surgir en cualquier momentodel ciclo de la vida de un equipo o componente. Por todo ello, han de establecerselos controles necesarios en los lugares donde haya de manejarse talesPgina 4. dispositivos, adems de que cada persona debe estar advertida para manejaradecuadamente dichos dispositivos.Los efectos de la ESD en los semiconductores no han sido consideradosseriamente hasta el desarrollo de la tecnologa MOSEn la figura 1 se puede observar la evolucin de la tecnologa MOS. A medidaque la geometra se reduce, aumenta la sensibilidad a las descargaselectrostticas, pero ms drstico que esta reduccin es lo que supone elaumento de la densidad en los microcircuitos. Actualmente se estn utilizandodispositivos con ms de 500 uniones por milmetro cuadrado.En el desarrollo de los microprocesadores, la capacidad de estos se vienedoblando cada tres aos y en las memorias RAM esta se cuadriplica en elmismo periodo. En conjuncin con el aumento de densidad se aumenta lavelocidad en las instrucciones, disminuyendo la potencia de excitacin.Volviendo a la geometra celular, una simple reduccin en el tamao de unacuarta parte en cada direccin hace que el dispositivo sea 400 veces mssensible a la electricidad esttica. Si se considera la tendencia actual encuanto a consumo de circuitos integrados, la tolerancia a las descargaselectrostticas disminuir en un 50% cada tres aos.Pgina 5. Generalidades sobre electricidad estticaDesde la antigedad se sabe que el mbar, frotado con lana, adquiere lapropiedad de atraer cuerpos ligeros. Al interpretar hoy esta propiedad decimosque el mbar est electrizado. Es posible comunicar carga elctrica a cualquiermaterial slido frotndolo con otra sustancia. As, un automvil adquiere cargapor efecto de su rozamiento con el aire, un peine al frotarlo con el cabello, etc. Portanto, cualquier material, independientemente de ser conductor o aislante, slidoo lquido, es susceptible de cargarse electrostticamente. Cuando un cuerpose encuentra cargado tiene un exceso o defecto de electrones en su superficieo prxima a sta.La experiencia cotidiana muestra los efectos de la acumulacin de cargamanifestada en descargas desagradables o chispas visibles o chasquidos audiblesdesde tejidos. Esta toma de contacto con los objetos cargados ha difundido lanocin errnea de que la carga se "crea" cuando dos superficies se frotan o entranen contacto. La carga no se crea, la carga se transfiere desde una superficie aotra y ambas resultan cargadas con la misma cantidad de carga pero de signocontrario. Este hecho da pie a mencionar el concepto de retencin de la carga porestos materiales que dan lugar a los efectos electrostticos observados y losproblemas que se derivan.Cuando el material se encuentra cargado negativamente existir un exceso deelectrones, con libertad de movimiento en un metal y ligados a la red molecularen el caso de un aislante, dando iones negativos. Recprocamente, si la carga espositiva existir un defecto de electrones originando iones positivos.Produccin de cargas electrostticasLa electricidad esttica se produce por tres causas. La primera de estascausas, y la ms comn, es la triboelectricidad, que se genera cuando dosmateriales diferentes entran en contacto y se frotan. La segunda causa es lainduccin por lo que un cuerpo cargado induce a otro que est prximo. Latercera causa se refiere a la carga almacenada por efecto de la capacidad. Laecuacin Q = C.V nos indica que para una carga constante al disminuir lacapacidad el voltaje aumenta.La fuente principal de produccin de esttica es la propia persona, quiengenera cargas triboelctricamente como resultado de su actividad normal.La siguiente tabla muestra la serie triboelctrica, que no es ms que una seriegalvnica de materiales que generan voltajes electrostticos y clasificadosde tal forma que uno de ellos puede resultar cargado positivamente cuando entraen contacto con otro de la parte ms inferior o cargado ms negativamente si lohace con otro de la parte superior. El voltaje electrosttico generado es funcindel grado de separacin en la lista, de la intimidad del contacto de losmateriales, y de la velocidad de separacin de los mismos, desde luego todo ellomodificado por el grado de humedad. Observando la tabla podemos observarque el algodn, debido a su afinidad higroscpica, permanece en el centro dela tabla y por ello resulta relativamente neutral. Los elementos naturales, talesPgina 6. como la madera y el papel, estn prximos al centro por ser estos materialesigualmente higroscpicos. Los materiales que tienden a rechazar la humedad,obviamente los sintticos como el tefln y el aire estn en los extremos de la tablay por lo tanto son los que ms contribuyen a la triboelectricidad.Pgina 7. Efecto de Humedad en Electricidad EstticaEl vapor de agua en el aire dispersa cargas elctricas, las cargas elctricas seretienen ms con humedades bajas. Por ejemplo si andamos en un suelo delalfombra, el voltaje resultante con humedad baja es 27000 voltios ms alto quecon humedad alta. Se muestran en tabla siguiente algunas situaciones tpicasque producen electricidad esttica. Muestra de voltajes producidos en humedadalta y baja.Todos hemos sentido alguna vez una sacudida al tocar el tirador de unapuerta o cualquier otro elemento cargado electrostticamente. Esto,aparentemente, no tiene ms importancia excepto que para muchos componenteselectrnicos resulta "mortal". Pinsese que muchos de estos componentespueden daarse con tan solo 100 voltios o menos. Algunos centros de trabajoincluyen salas blancas diseadas para mantener un ambiente libre de partculas.En estas salas es frecuente la utilizacin de dediles para eliminar lacontaminacin durante el manejo de dispositivos, pero su uso en conjuncin conotros materiales da como resultado la produccin de muy elevados voltajeselectrostticos.Materiales sintticos que por ser nada porosos, flexibles, y de fcil construccin,son, sin embargo, capaces de generar cargas electrostticas cuando entran encontacto con otros materiales diferentes. Por ejemplo, segn sean las condicionesde humedad, el roce de un dedil con una caja de plstico puede producir6.000 voltios de carga. El roce de un dedo con la misma caja puede producir200 voltios