Descarga ElectroestáticaLa descarga electrostática o ESD (Electrostatic discharge) es una corriente eléctrica de corta duración, no repetitiva, que fluye entre 2 objetos cuando éstos entran en contacto, o cuando se aproximan a una distancia de unos pocos milímetros.
La ESD es una de las mayores causas de fallas de componentes electrónicos, especialmente de circuitos integrados. En la figura se muestra el símbolo usado generalmente
como advertencia del riesgo de ESD. Uno de los mecanismos más comunes de generación de electricidad estática es el frotamiento entre 2 objetos. La tensión generada depende de la humedad relativa. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos.
El umbral humano de percepción de la ESD es de alrededor de 3 kV. Como muchos componentes se pueden dañar con potenciales menores, el fenómeno puede pasar desapercibido. Otro mecanismo de generación de electricidad estática peligrosa es la reducción de la capacidad de un objeto cargado con respecto a tierra. Como V = Q / C, si la capacidad disminuye y la carga se mantiene constante, la tensión aumenta, pudiendo alcanzar niveles peligrosos. Por ejemplo, una caja depositada en el piso presenta una cierta capacidad con respecto a tierra. Si la caja es levantada, su capacidad con respecto a tierra disminuye y su potencial aumenta. En las siguientes figuras se muestran dos ejemplos del daño que puede producir una descarga electrostática.
El cráter tiene un diámetro de 1 micrón (10-6 m), y contiene fragmentos de metal fundido. La falla produce una pérdida de aislación entre la
compuerta y el canal del MOSFET, inutilizándolo.
La flecha indica el punto en el cual la ESD causó un cortocircuito entre 2 capas de material conductor. Como el resistor está compuesto por un gran número de capas, la resistencia sólo se altera levemente. En la figura se muestra una ampliación de la zona dañada, en la cual se aprecia la brecha en el material aislante. Este es un ejemplo de un componente dañado parcialmente, con un defecto que resulta muy difícil de pesquisar, ya que el componente no falla totalmente, pero pierde sus especificaciones originales.
Algunos circuitos integrados CMOS son vulnerables a otro tipo de falla gatillada por la ESD cuando están polarizados, denominada "latchup". Este fenómeno consiste en la entrada en conducción de un dispositivo SCR parásito (remanente de la construcción del circuito integrado), proceso que incrementa significativamente el consumo del chip, elevando su temperatura, hasta llevarlo en algunos casos a la destrucción. Si el aumento de temperatura se detecta a tiempo, basta con desenergizar el circuito y polarizarlo nuevamente para restablecer el funcionamiento normal. Los circuitos integrados se protegen de la ESD envolviéndolos en un material conductor, tal como papel metálico, o enchufándolos en esponja conductora, ya que de esta forma se eliminan las diferencias de potencial entre pines. A veces se reemplaza erróneamente la esponja conductora por plumavit, ya que este material protege las patitas de los C.I. evitando que se doblen. Sin embargo, el plumavit es aislante, y por lo tanto no protege al dispositivo de la ESD.
Sobre la mesa y en el piso existen superficies conductoras conectadas a tierra, para eliminar el riesgo de la acumulación de potenciales peligrosos. El operador también está conectado a tierra, por medio de una pulsera conductora. Nótese la presencia de resistencias de 1 Mohm en serie con las conexiones a tierra. Estas resistencias no interfieren con la eliminación de la ESD, ya que las corrientes asociadas a la ESD son muy pequeñas. Las resistencias de 1 Mohm se intercalan en las conexiones a tierra para limitar la corriente en caso de un contacto accidental del operador con la fase de la línea de 220 V. En ningún caso se debe conectar directamente a tierra al operador, ya que quedaría expuesto a recibir una descarga letal.
Sin embargo, en las condiciones de humedad normales para
la zona se deben cumplir cierta reglas, las cuales se muestran en el
recuadro siguiente.
Un técnico o ingeniero que manipula rutinariamente circuitos integrados o dispositivos vulnerables a la ESD debiera desarrollar la capacidad de estimar el nivel de humedad ambiente (usando las fosas nasales y la piel) o mejor aún, utilizar un higrómetro, y extremar las precauciones en ambientes con baja humedad relativa. Juan Vignolo Barchiesi Marzo de 2008 |
Para que
se produzca la ESD, debe existir una diferencia de potencial
significativa entre los objetos, normalmente en el rango de centenares
de V a decenas de kV.
Falla
N° 1: en la figura se muestra un cráter en la compuerta de un
MOSFET generado por una ESD. 
Falla
N° 2: en la figura se muestran las capas en espiral que
conforman un resistor de precisión de película metálica (metal
film). El material oscuro es conductor, y el material claro
es aislante.
En la
figura se muestra una estación de trabajo protegida de la ESD.