Electricidad estática: Protecciones

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ELECTRICIDAD ESTÁTICA

El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico (como un conductor conectado a una toma de tierra) u otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta.

La electricidad estática es algo con lo que todos estamos familiarizados en su más impresionante manifestación: los rayos.
Otro ejemplo de electricidad estática que se puede experimentar fácilmente es la descarga eléctrica que se recibe cuando se abandona un coche. Los materiales sintéticos utilizados en los vestidos así como en el interior de los vehículos son capaces de producir grandes cantidades de carga estática que solamente se libera cuando el conductor o el pasajero ponen sus pies en el suelo.
Cuando dos materiales distintos no conductores inicialmente descargados son frotados juntos, la fricción provoca que se transfiera carga de un material a otro y consecuentemente se eleva el potencial eléctrico que existe entre ellos.


DISPOSITIVOS SENSIBLES A LA ESTÁTICA

Todos los modernos componentes microelectrónicos son propensos al daño producido por cargas eléctricas dispersas pero algunos lo son más que otros. Los dispositivos que son más propensos al daño suelen ser aquellos que están más basados en la tecnología del efecto de campo que en la tecnología de la unión bipolar. Incluyen los dispositivos lógicos CMOS (tales como las puestas lógicas y la lógica MSI (“médium scale integration”), dispositivos MOSFET (como los transistores), circuitos VLSI NMOS y PMOS (utilizados en los dispositivos de memoria dinámica, microprocesadores, etc.). Los transistores de microondas y los diodos (debido a sus pequeños tamaños y pequeñas zonas de unión) son también particularmente sensibles a la estática así como lo son algunos dispositivos optoelectrónicos y pantallas. En caso de duda, el principio básico es tratar cualquier dispositivo semiconductor con mucho cuidado y siempre evitar situaciones en las que las cargas estáticas puedan entrar en contacto con el dispositivo.

Ya que los CMOS tienen una resistencia de entrada extremadamente grande nunca deben dejarse desconectadas, todas tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje, esto es por que los CMOS son, al igual que los MOS muy susceptibles a cargas electrostáticas y ruido que podrían dañar los dispositivos.


LOGOTIPOS DE ESD

Los componentes sensibles a la estática (incluyendo las tarjetas de circuitos impresos, módulos de circuitos, y dispositivos de conexión) están invariablemente marcados con avisos. Estos avisos normalmente están impresos con textos en negro sobre fondo amarillo, como se muestra en la imagen.



MANIPULACIÓN Y TRANSPORTE DE LOS ESD

Se deben tomar precauciones especiales cuando se manipula, transporta, instala o se desmonta un ESD. Estas precauciones incluyen las siguientes:

1. Se deben usar brazaletes especiales cuando se manipulan los ESD. Estos brazaletes (“wrist strap”) consisten en bandas conductoras que se conectan a una tierra efectiva mediante un cable corto Fig 5.12.6. El cable además tiene incorporado una resistencia de 1 M? que ayuda a minimizar cualquier peligro potencial para el que lo lleva (la resistencia en serie sirve para limitar la corriente que pasa a través del usuario en el caso de que se ponga en contacto con un conductor en tensión).
2. Uso de brazaletes en los tobillos que funcionan de forma similar que los brazaletes de muñecas.
3. Uso de suelos y tapetes disipadores de estática.
4. Evitar entornos muy secos (o al menos tomar precauciones especiales cuando la humedad relativa es baja).
5. Disponibilidad de conexiones a tierra
6. Uso de equipos de ensayo conectados a tierra.
7. Uso de equipos de soldadura de baja tensión y antiestática (electrodos de soldadura de baja tensión con los extremos correspondientes puestos a tierra).
8. Uso de herramientas de inserción y desconexión antiestáticas para los circuitos integrados.
9. Evitar las fuentes de alta tensión cercanas (por ejemplo unidades de luz fluorescentes).
10. Uso de materiales de empaquetado antiestática (los componentes sensibles a la estática y las tarjetas de circuitos impresos deberían ser almacenadas en sus envoltorios antiestática hasta el momento de ser utilizados).



LAS SERIES TRIBOELÉCTRICAS

Las series triboeléctricas clasifican los diferentes materiales de acuerdo a como crean electricidad estática cuando se frotan contra otro material. Las series se disponen en una escala de materiales crecientemente positivos y crecientemente negativos.

Materiales ceden electrones y se hacen positivos cuando se cargan al frotarse contra otros materiales (POSITIVOS):

• Aire (el más positivo).
• Piel humana.
• Cuero.
• Piel de conejo.
• Cristal.
• Pelo humano.
• Nylon.
• Lana.
• Plomo.
• Piel de gato.
• Seda.
• Aluminio.
• Papel (el menos positivo).


Materiales que no tienden fácilmente a captar o perder cuando se les pone en contacto o se les frota con otros materiales (NEUTROS):

• Algodón.
• Acero .

Materiales que tienden a atraer electrones cuando se les frota contra otros materiales y pasan a quedar cargados negativamente (NEGATIVOS):

• Madera (el menos negativo).
• Ámbar.
• Goma vulcanizada.
• Níquel, cobre, latón y plata.
• Poliéster.
• Poliestireno.
• Cloruro de polivinidelo PVDC (saran).
• Poliuretano.
• Polietileno.
• Polipropileno.
• Policloruro de vinilo (PVC).
• Silicio.
• Teflón (el más negativo).


MATERIALES PROTECTORES DISPOSITIVOS ESD

Debe tenerse en cuenta que hay tres clases principales de materiales utilizados para proteger los dispositivos sensibles a la estática. Estos son:

Materiales conductores (como laminillas de metal, y materiales sintéticos impregnados de carbono)
Materiales disipadores de estática (una forma más barata de material conductor)
Materiales antiestática (son materiales neutros en la escala triboeléctrica como la madera, el algodón y el cartón).

De todos ellos, los materiales conductores ofrecen la mayor protección mientras que los materiales antiestática ofrecen la menor protección.

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Materiales sensibles a la estática y protecciones antiestática

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