Qué son Descargas Electrostáticas (ESD) y porque es necesario controlarlas

La electricidad estática en la electrónica

En la década de 1960, la electricidad estática se extendió a un área completamente nueva: “El mundo de la electrónica”.

Algunas personas consideran la aparición de los transistores MOSFET, semiconductores de óxido metálico de efecto de campo; como el comienzo de este período. La electricidad estática definitivamente se había hecho sentir en la electrónica antes del MOSFET, pero era poco conocida. 

La electrostática, sin mencionar la electricidad estática, no era realmente algo que encajara en el sofisticado mundo de la electrónica. Sin embargo, con la aparición de los componentes sensibles, se mostró un alto porcentaje de fallas y lo que es peor, cuando los circuitos complicados tenían fallas latentes, algunos físicos electrónicos consideraron las relaciones entre las cargas en el rango de los nC y con intensidades de campo lo suficientemente altas como para causar una ruptura.

Tales especulaciones, por supuesto, no hicieron ningún daño mientras siguieron siendo especulaciones. 

No obstante cuando los ingenieros sugirieron programas preventivos, la gerencia de las empresas de electrónica a menudo se opuso a esto, porque tal inversión no resultó en un retorno inmediato. 

Los físicos e ingenieros finalmente se impusieron, y ahora se acepta generalmente, que la electricidad estática constituye un grupo de problemas que deben tomarse muy en serio en casi cualquier rama de la electrónica.

ESD el asesino silencioso en la manufactura electrónica

ESD el asesino silencioso en la manufactura electrónica

Las descargas electrostáticas ESD, es uno de los principales factores que contribuyen a las fallas de los dispositivos, dentro de las instalaciones de manufactura de productos electrónicos. Los expertos de la industria estiman que, las pérdidas promedio de producto debido a ESD, podrían oscilar entre el 8% y el 33%.

La ESD es una preocupación importante para cualquier empresa que fabrique, ensamble, pruebe o maneje componentes electrónicos sensibles a ESD. 

Si la descarga ESD es suficientemente grande, provocará una falla catastrófica y puede dañar el circuito interno de un componente al derretir el metal o causar una perforación del óxido, el cual formará un camino conductor a través de las capas aislantes.

Sin embargo, los problemas más impactantes son, las descargas ESD a niveles de voltaje más bajos. Los niveles más bajos de ESD afectarán el metal y el aislamiento interno de un componente, pero no hasta el punto de una falla total o catastrófica. 

A este tipo de problemas se les conoce como: Defectos latentes.

Este defecto puede acortar la vida útil de un dispositivo y provocar un mal funcionamiento  más adelante, cuando el dispositivo está en uso en una tarjeta electrónica; reduciendo considerablemente la confiabilidad general del producto.

A medida que el tiempo transcurre, el tamaño de los componentes semiconductores de estado sólido continúan disminuyendo, sus circuitos internos se vuelven más susceptibles a ser dañados por una descarga electrostática ESD.

Componentes semiconductores de estado sólido pequeños

Para combatir las Descargas Electrostáticas y evitar los daños resultantes, es necesario observar los diferentes escenarios en los que pueden ocurrir y caracterizarlos. Actualmente, existen varios métodos para clasificar los circuitos integrados en cuanto a su sensibilidad a una ESD en formas diferentes y que nos ayuda a tomar las medidas de prevención para evitar su daño. 

A continuación se muestran tres métodos comunes:

Modelo cuerpo humano (HBM)

Este modelo de prueba representa la descarga desde la yema del dedo de una persona de pie, entregada a los pines conductores del dispositivo.
 

Modelo-cuerpo-humano-HBM

Modelo dispositivo cargado (CDM) 

Este modelo simula un circuito integrado que se carga por el efecto triboeléctrico del empaque y luego se descarga en una superficie metálica conectada a tierra. 

Modelo-dispositivo-cargado-CDM

Modelo Máquina (MM)

Este modelo simula una máquina de manufactura cargada, que se descarga a tierra a través del dispositivo.

Modelo-Máquina-MM

¿Por qué se dañan los circuitos integrados?

Las fallas en el campo debido a daños térmicos, pueden ocurrir cuando el calor excesivo que se genera durante un evento ESD, funde las interconexiones metálicas de conductores o resistencias.

 La línea de metal que actúa como un fusible, puede llegar a ser abierta después de la fusión. Si la línea de metal tiene una resistencia R y la I es la corriente ESD que fluye, entonces la energía generada será:

P = I2ESD * R

Conclusión

Bajo los argumentos mostrados, es imperativo el Control de las Descargas Electrostáticas en las áreas de manufactura de componentes electrónicos.

Así como examinamos  nuestro medio ambiente para mejoras  en  el  área de calidad, las  Descargas  Electrostáticas permanecen como un objetivo de gran importancia en la industria electrónica.

Ing. Roberto Martínez

Director Técnico ESD, Auditor, Certificación ID: I18L1-125.

Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica de la Universidad de Guadalajara con Maestría en Física de Bircham International University, con más de 40 años de experiencia en el control de las Descargas Electrostáticas, trabajando para empresas como Motorola e IBM y Miembro activo de la ESD Association desde 1990.