O que são Dispositivos Sensíveis a Descargas Eletrostáticas (ESSDs)
Dispositivos Sensíveis a Descargas Eletrostáticas (ESSDs)
Os avanços na tecnologia eletrônica trouxeram inúmeras inovações, como processadores mais rápidos, memórias de maior densidade e displays mais eficientes. Essas melhorias são, em grande parte, resultado da redução do tamanho físico das junções de semicondutores, o que permite a criação de componentes de maior densidade em circuitos integrados de um determinado tamanho.
No entanto, um problema significativo associado ao manuseio de dispositivos semicondutores é que as junções menores são suscetíveis a danos causados por tensões eletrostáticas. Um exemplo comum de eletricidade estática que o leitor pode ter encontrado é o choque elétrico recebido ao sair de um carro.
Os materiais sintéticos usados em roupas, bem como no interior do veículo, são capazes de produzir grandes quantidades de carga estática, que só é liberada quando o motorista ou passageiro pisa no chão.
Efeito Triboelétrico
Quando dois materiais não condutores diferentes são esfregados, o atrito transfere carga elétrica de um material para o outro. Isso eleva o potencial elétrico entre os materiais e é conhecido como efeito triboelétrico. O acúmulo de carga e a subsequente atração de materiais podem ser observados quando o filme aderente é separado de seu rolo.
A polaridade e a força das cargas elétricas dependem principalmente dos materiais, do acabamento da superfície, da temperatura ambiente e da umidade. A série triboelétrica classifica diferentes materiais de acordo com a facilidade com que criam eletricidade estática quando esfregados com outro material. A série é organizada em uma escala triboelétrica de materiais cada vez mais positivos e cada vez mais negativos.
Materiais que cedem elétrons e se tornam positivos quando carregados (aparecendo, portanto, como positivos na escala triboelétrica) incluem vidro, ar e pele humana seca. Materiais que atraem elétrons tornam-se carregados negativamente (aparecendo como negativos na escala triboelétrica) incluem:
- poliéster
- poliestireno
- polietileno
- poli(cloreto de vinila) (PVC).
Certos materiais que não atraem ou cedem elétrons facilmente quando em contato ou esfregados com outros materiais são neutros na escala triboelétrica; exemplos incluem papelão, algodão e aço.
As maiores quantidades de carga estática resultantes do atrito entre materiais (ou da separação, no caso do filme aderente) ocorrem nas extremidades da escala triboelétrica. Por exemplo, PVC esfregado contra vidro ou poliéster esfregado contra pele humana seca produzem um acúmulo de carga.
Uma ocorrência comum ao trabalhar em uma atmosfera seca é que as pessoas descarregam rapidamente a corrente (às vezes produzindo uma faísca) ao tocar em objetos metálicos. Isso ocorre porque elas têm a pele relativamente seca (que pode se tornar altamente positiva em carga) e é acentuado quando as roupas que usam são feitas de material sintético (como poliéster), que adquirirá uma carga negativa.
O efeito é muito menos pronunciado em uma atmosfera úmida, onde a carga dispersa pode ‘vazar’ inofensivamente para a atmosfera. (Note que a pele úmida tende a dissipar a carga mais facilmente.) Pessoas que acumulam cargas estáticas devido à pele seca são aconselhadas a usar roupas de algodão, pois o algodão é neutro na escala triboelétrica.
Ambiente de Trabalho
O problema para a indústria eletrônica é que altas tensões podem ser acumuladas em pessoas e materiais e, em seguida, descarregadas em equipamentos. Essa descarga pode enfraquecer e/ou danificar componentes eletrônicos. Valores representativos de tensões eletrostáticas geradas em algumas situações de trabalho típicas são mostrados na Tabela 20.1. (Observe a diferença significativa na tensão gerada em diferentes valores de umidade relativa.)
A suscetibilidade à tensão estática varia para diferentes tipos de dispositivos ou componentes semicondutores. Por exemplo, tensões de descarga estática tão baixas quanto 20 V a 100 V podem afetar dispositivos complexos, como microprocessadores. Componentes únicos, como retificadores controlados por silício, não são afetados até que níveis entre 4 kV e 15 kV sejam atingidos.
Dispositivos sensíveis a descargas eletrostáticas (incluindo placas de circuito impresso, módulos de circuito e dispositivos plug-in) são invariavelmente marcados com avisos. Estes são geralmente impressos com texto preto em fundos amarelos, conforme mostrado na Fig. abaixo.
Precauções especiais devem ser tomadas ao manusear ou remover ESSDs. Essas precauções incluem o uso do seguinte:
- pulseiras/calcanheiras
- pisos e bancadas dissipadores de estática
- tomadas de aterramento
- equipamentos de teste aterrados
- equipamentos de solda de baixa voltagem e estações de solda antiestáticas (ferros de solda de baixa voltagem com pontas aterradas)
- ferramentas antiestáticas de inserção e remoção para circuitos integrados
- evitar fontes de alta voltagem próximas (por exemplo, unidades de luz fluorescente)
- embalagens antiestáticas (dispositivos sensíveis à estática e placas de circuito impresso devem ser armazenados em suas embalagens antiestáticas até o momento em que forem necessários para uso)
- materiais de proteção.
Procedimento: Manuseio com Pulseira Antiestática e Transporte por Embalagens Antiestáticas
1. Manuseio com Pulseira Antiestática
O que é?
A pulseira antiestática é um dispositivo de proteção individual projetado para evitar o acúmulo de cargas eletrostáticas no corpo humano. É geralmente composta por uma faixa condutiva ajustável, conectada através de um cabo com um resistor embutido (geralmente 1 Megaohm), ligado a um ponto de aterramento adequado.
Por que utilizar?
- O corpo humano pode facilmente acumular cargas eletrostáticas, especialmente em ambientes secos.
- Ao tocar componentes eletrônicos sensíveis, tais como MOSFETs ou circuitos VLSI, as cargas acumuladas podem gerar danos irreversíveis.
- A pulseira antiestática permite a dissipação gradual e segura dessa carga para a terra.
Procedimento Correto:
- Ajuste a pulseira confortavelmente ao redor do pulso, garantindo bom contato com a pele.
- Conecte o cabo da pulseira ao ponto de aterramento adequado antes de manusear o componente.
- Verifique periodicamente se a pulseira está conectada corretamente e se há integridade do resistor embutido.
- Evite tocar diretamente os pinos dos componentes eletrônicos sempre que possível.
2. Transporte por Embalagens Antiestáticas
O que são?
As embalagens antiestáticas são recipientes especiais, geralmente feitas de materiais condutores ou dissipativos, projetadas para proteger os componentes eletrônicos contra descargas eletrostáticas durante o armazenamento e transporte.
Existem dois tipos principais:
- Embalagem dissipativa (sacos antiestáticos rosados ou transparentes):
- Dissipam lentamente cargas acumuladas, evitando descargas bruscas.
- Embalagem condutiva (caixas ou sacos metálicos escuros):
- Fornecem blindagem completa contra campos eletrostáticos.
Por que utilizar?
- Evita que componentes eletrônicos acumulem ou sofram descargas eletrostáticas no trajeto.
- Protege contra danos permanentes, garantindo maior vida útil e confiabilidade.
Procedimento Correto:
- Sempre armazene componentes sensíveis dentro dessas embalagens específicas.
- Ao retirar o componente, conecte-se primeiro à pulseira antiestática ou à estação de trabalho aterrada.
- Não abra embalagens antiestáticas até que esteja totalmente preparado para instalar ou usar o componente.
- Nunca transporte componentes eletrônicos sensíveis soltos, sem embalagem protetora.
Recomendações Gerais para segurança contra ESD:
- Manuseie componentes sempre por suas extremidades (bordas) evitando contato direto com os terminais.
- Utilize superfícies antiestáticas ou tapetes aterrados para manuseio.
- Mantenha o ambiente com umidade controlada (idealmente entre 40% e 60%) para minimizar a geração de cargas eletrostáticas.
Esses procedimentos, combinados, garantem a proteção adequada dos dispositivos semicondutores contra danos por ESD, aumentando sua durabilidade e evitando falhas prematuras.
Existem três classes principais de materiais usados para proteger dispositivos sensíveis à estática. São eles:
- materiais condutores, por exemplo, folhas de metal
- materiais dissipadores de estática (uma forma mais barata de material condutor)
- materiais antiestáticos, por exemplo, papelão e algodão.
Destes, os materiais condutores oferecem a maior proteção, enquanto os materiais antiestáticos oferecem a menor proteção. O ambiente de trabalho desempenha um papel importante no manuseio seguro de ESSDs; é necessária vigilância extra quando a umidade relativa é baixa, por exemplo, em oficinas com ar condicionado. (Leitura adicional sobre o assunto de EMI e ESSD pode ser encontrada em um livro relacionado da série, Aircraft Digital and Electronic Computer Systems.)
Tabela – Valores representativos de tensões eletrostáticas geradas em situações de trabalho típicas
| Situação | 20% umidade relativa | 80% umidade relativa |
|---|---|---|
| Caminhando sobre um carpete de lã/nylon | 35 kV | 1.5 kV |
| Deslizando uma caixa de plástico sobre um carpete | 18 kV | 1.2 kV |
| Removendo peças de um saco de poliestireno | 15 kV | 1 kV |
| Caminhando sobre piso de vinil | 11 kV | 350 V |
| Removendo embalagem termoencolhível | 10 kV | 250 V |
| Trabalhando em uma bancada usando macacão | 8 kV | 150 V |
Ponto chave de manutenção
O efeito da menor umidade nos componentes ESSD em ambientes de trabalho típicos será o de criar tensões mais altas e representar mais ameaça aos componentes.
DISPOSITIVOS MAIS SENSÍVEIS A DANOS POR ELETROSTÁTICA
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor):
O MOSFET é um tipo específico de transistor muito utilizado em circuitos eletrônicos modernos. Sua estrutura básica inclui três terminais principais:
- Gate (Porta)
- Drain (Dreno)
- Source (Fonte)
Entre o Gate e o substrato semicondutor existe uma camada extremamente fina de óxido isolante (geralmente dióxido de silício). A tensão aplicada ao Gate controla a passagem de corrente elétrica entre Drain e Source.
Por que é sensível à ESD:
O MOSFET possui uma camada isolante de óxido de silício extremamente fina (na ordem de nanômetros). Uma pequena descarga eletrostática pode facilmente romper essa fina camada isolante, destruindo permanentemente o transistor.
Circuitos VLSI (Very Large Scale Integration):
VLSI é uma tecnologia de fabricação que permite colocar milhares ou até milhões de transistores em um único circuito integrado (chip). Esses chips incluem processadores, memórias, microcontroladores e outros circuitos integrados complexos.
- VLSI NMOS: É uma tecnologia baseada em transistores MOS que utilizam predominantemente semicondutores do tipo N (NMOS).
- VLSI PMOS: Utiliza semicondutores do tipo P (PMOS).
As tecnologias NMOS e PMOS, embora hoje frequentemente combinadas na tecnologia CMOS (Complementary MOS), originalmente eram usadas separadamente, cada uma com suas vantagens e limitações específicas.
NMOS:
- Mais rápido que PMOS.
- Consome mais energia que CMOS.
- Bastante utilizado nos primórdios dos circuitos integrados VLSI.
PMOS:
- Menos veloz que NMOS.
- Maior resistência à interferência elétrica comparado ao NMOS.
- Foi amplamente utilizado antes do advento do CMOS.
Por que são vulneráveis à ESD?
A característica mais importante que torna MOSFETs e circuitos VLSI (NMOS e PMOS) extremamente sensíveis à descarga eletrostática é justamente essa camada muito fina e frágil de óxido isolante, necessária para o controle da corrente elétrica. Pequenas descargas podem facilmente atravessar e romper essa camada, levando à falha do componente.
Por isso, eles exigem cuidados especiais, como uso de pulseiras antiestáticas, superfícies aterradas, embalagens especiais e procedimentos específicos de manuseio para evitar danos permanentes por ESD.
Glossário
Descarga Eletrostática (ESD – Electrostatic Discharge): Transferência repentina de eletricidade estática entre dois objetos com diferentes potenciais elétricos. Pode causar danos irreversíveis a componentes eletrônicos sensíveis.
Dispositivos Eletrostaticamente Sensíveis (ESDS – Electrostatic Sensitive Devices): Componentes eletrônicos que podem ser danificados por descargas eletrostáticas. Incluem semicondutores, microprocessadores, e outros circuitos integrados.
Eletricidade Estática: Acúmulo de carga elétrica na superfície de um objeto, geralmente causado por atrito ou contato entre materiais diferentes.
Efeito Triboelétrico: Fenômeno de geração de eletricidade estática através do atrito entre dois materiais diferentes, resultando na transferência de elétrons e na criação de cargas elétricas opostas nos materiais.
Série Triboelétrica: Uma classificação de materiais que indica sua tendência a ganhar ou perder elétrons (e, consequentemente, a se carregar positiva ou negativamente) quando atritados com outros materiais. Ajuda a prever a polaridade e a magnitude da carga estática gerada.
FET (Field Effect Transistor – Transistor de Efeito de Campo): Tipo de transistor que controla o fluxo de corrente através de um campo elétrico. Componentes baseados em FET, como CMOS e MOSFETs, são particularmente sensíveis a ESD.
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor): Tecnologia de fabricação de circuitos integrados que utiliza transistores MOSFET complementares (tipo N e tipo P). É amplamente utilizada em microprocessadores e memórias, mas é altamente sensível a ESD.
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): Um tipo específico de transistor de efeito de campo, fundamental em eletrônica digital e analógica. Sua estrutura o torna muito vulnerável a danos por ESD, mesmo com baixas tensões.
VLSI (Very Large Scale Integration – Integração em Escala Muito Grande): Processo de criação de circuitos integrados que contêm milhões de transistores em um único chip. Circuitos VLSI são complexos e, muitas vezes, incluem componentes sensíveis a ESD.
PMO: Refere-se a dispositivos ou tecnologias que utilizam transistores de efeito de campo de óxido metálico de canal P (P-channel Metal-Oxide-Semiconductor).
Umidade Relativa: A quantidade de vapor de água presente no ar em relação à quantidade máxima que o ar pode reter a uma dada temperatura. Ambientes com baixa umidade relativa tendem a favorecer a acumulação de cargas eletrostáticas, aumentando o risco de ESD.
Pulseira Antiestática: Dispositivo condutor usado no pulso do operador e conectado a um ponto de aterramento. Permite a dissipação segura de cargas eletrostáticas do corpo do operador, prevenindo danos a componentes sensíveis.
Megaohm (MΩ): Unidade de medida de resistência elétrica. As pulseiras antiestáticas geralmente contêm um resistor de 1 MΩ para limitar a corrente e garantir a segurança do usuário.
Aterramento (Ground): Conexão elétrica a um ponto de referência de potencial zero (terra). Essencial para dissipar cargas eletrostáticas de forma segura e proteger equipamentos.
Embalagens Antiestáticas: Sacolas ou recipientes feitos de materiais que protegem os componentes eletrônicos da eletricidade estática. Podem ser metálicas (blindagem) ou dissipadoras de estática (como as de cor rosa).
Materiais Condutores: Materiais que permitem o fluxo fácil de corrente elétrica. Oferecem a maior proteção contra ESD, como folhas de metal.
Materiais Dissipadores de Estática: Materiais que permitem que as cargas eletrostáticas se dissipe lentamente e de forma controlada, evitando descargas rápidas e prejudiciais. São uma forma mais econômica de material condutor.
Materiais Antiestáticos: Materiais que inibem a geração de cargas eletrostáticas por atrito. Oferecem a menor proteção contra ESD em comparação com os condutores e dissipadores, exemplos incluem papelão e algodão.
Pisos e Bancadas Dissipadores de Estática: Superfícies projetadas para dissipar cargas eletrostáticas, criando uma área de trabalho segura para o manuseio de ESSDs.
Equipamentos de Teste Aterrados: Ferramentas e instrumentos de medição que são eletricamente conectados ao aterramento para evitar a transferência de cargas estáticas para os componentes testados.
Solda de Baixa Voltagem e Estações de Solda Antiestáticas: Equipamentos de solda projetados para minimizar o risco de ESD, geralmente com pontas aterradas, para proteger componentes sensíveis durante o processo de soldagem.
Ferramentas Antiestáticas de Inserção e Remoção: Ferramentas especializadas, como pinças e extratores, feitas de materiais dissipadores de estática para manusear circuitos integrados sem gerar ou transferir cargas estáticas.
Umidade Baixa: Condição ambiental que favorece a acumulação de altas tensões eletrostáticas, aumentando o risco de danos a componentes ESSD. Exige vigilância extra em oficinas com ar condicionado.
ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System): Sistema de comunicação digital usado em aeronaves para transmitir dados entre a aeronave e as estações terrestres. (Mencionado nas perguntas de múltipla escolha, mas não diretamente relacionado a ESD no contexto principal).
Ligação Secundária (Secondary Bonding): Prática de aterramento em aeronaves para manter todas as partes da estrutura no mesmo potencial elétrico, ajudando a descarregar eletricidade estática e proteger contra raios. (Mencionado nas perguntas de múltipla escolha).
EMI (Electromagnetic Interference – Interferência Eletromagnética): Ruído ou perturbação que afeta o desempenho de um circuito elétrico devido à radiação eletromagnética. (Mencionado no contexto de redução de EMI com fios de alumínio e leitura adicional).
Static Wicks (Descargas Estáticas): Dispositivos instalados em aeronaves para descarregar eletricidade estática acumulada na fuselagem para a atmosfera, prevenindo interferências em sistemas de comunicação e navegação. (Mencionado nas perguntas de múltipla escolha).
PERGUNTAS E RESPOSTAS
Quiz: Dispositivos Sensíveis a Descargas Eletrostáticas (ESSDs)
Pergunta 1
O que é ESD (Descarga Eletrostática) e por que representa um problema para a indústria eletrônica?
Resposta: ESD (Electrostatic Discharge) é a transferência repentina de eletricidade estática entre dois objetos com diferentes potenciais elétricos. É um problema significativo na indústria eletrônica porque as junções de semicondutores modernas são menores e mais sensíveis, podendo ser danificadas por tensões eletrostáticas. Tensões tão baixas quanto 20V a 100V podem afetar dispositivos complexos como microprocessadores, enquanto componentes únicos como retificadores controlados por silício só são afetados entre 4kV e 15kV.
Pergunta 2
Explique o efeito triboelétrico e cite três materiais de cada extremidade da escala triboelétrica.
Resposta: O efeito triboelétrico ocorre quando dois materiais não condutores diferentes são esfregados, causando transferência de carga elétrica entre eles devido ao atrito. Materiais que cedem elétrons e se tornam positivos incluem: vidro, ar e pele humana seca. Materiais que atraem elétrons e se tornam negativos incluem: poliéster, poliestireno, polietileno e PVC. Materiais neutros (que não atraem nem cedem elétrons facilmente) incluem: papelão, algodão e aço.
Pergunta 3
Por que os MOSFETs e circuitos VLSI são extremamente sensíveis a descargas eletrostáticas?
Resposta: MOSFETs e circuitos VLSI são extremamente sensíveis a ESD devido à camada isolante de óxido de silício extremamente fina (na ordem de nanômetros) entre o gate e o substrato semicondutor. Esta camada frágil é essencial para o controle da corrente elétrica, mas pode ser facilmente rompida por pequenas descargas eletrostáticas, causando danos permanentes ao transistor. A tecnologia VLSI, que integra milhões de transistores em um único chip, multiplica essa vulnerabilidade.
Pergunta 4
Qual é a diferença entre tecnologias NMOS e PMOS, e por que ambas são vulneráveis a ESD?
Resposta: NMOS utiliza predominantemente semicondutores do tipo N e é mais rápido que PMOS, mas consome mais energia. PMOS utiliza semicondutores do tipo P, é menos veloz que NMOS, mas tem maior resistência à interferência elétrica. Ambas são vulneráveis a ESD porque compartilham a mesma característica fundamental dos MOSFETs: possuem uma camada muito fina e frágil de óxido isolante necessária para o controle da corrente elétrica, que pode ser facilmente danificada por descargas eletrostáticas.
Pergunta 5
Como a umidade relativa afeta a geração de eletricidade estática? Cite dois exemplos com valores específicos.
Resposta: A umidade relativa tem impacto significativo na geração de eletricidade estática. Em ambientes secos (20% de umidade), as tensões são muito maiores do que em ambientes úmidos (80% de umidade). Exemplos: Caminhando sobre carpete de lã/nylon gera 35kV a 20% de umidade versus apenas 1,5kV a 80% de umidade. Trabalhando em bancada com macacão gera 8kV a 20% de umidade versus apenas 150V a 80% de umidade. Isso ocorre porque a umidade permite que a carga “vaze” inofensivamente para a atmosfera.
Pergunta 6
Descreva o funcionamento correto de uma pulseira antiestática e sua importância.
Resposta: A pulseira antiestática é composta por uma faixa condutiva ajustável conectada através de um cabo com resistor embutido (geralmente 1 Megaohm) ligado a um ponto de aterramento. Funcionamento correto: ajustar confortavelmente ao pulso garantindo bom contato com a pele, conectar o cabo ao aterramento antes de manusear componentes, verificar periodicamente a integridade da conexão e do resistor. É importante porque permite a dissipação gradual e segura da carga acumulada no corpo humano para a terra, evitando danos irreversíveis a componentes sensíveis.
Pergunta 7
Quais são os dois tipos principais de embalagens antiestáticas e como cada uma funciona?
Resposta: Os dois tipos principais são: Embalagens dissipativas (sacos rosados ou transparentes) que dissipam lentamente cargas acumuladas, evitando descargas bruscas; e Embalagens condutivas (caixas ou sacos metálicos escuros) que fornecem blindagem completa contra campos eletrostáticos. As dissipativas permitem que a carga se disperse de forma controlada, enquanto as condutivas criam uma “gaiola de Faraday” que protege completamente o conteúdo de campos eletrostáticos externos.
Pergunta 8
Liste cinco precauções essenciais que devem ser tomadas ao manusear ESSDs.
Resposta: As cinco precauções essenciais são: 1) Usar pulseiras antiestáticas conectadas ao aterramento; 2) Trabalhar em pisos e bancadas dissipadores de estática; 3) Utilizar equipamentos de teste aterrados e estações de solda antiestáticas; 4) Armazenar componentes em embalagens antiestáticas até o momento do uso; 5) Evitar fontes de alta voltagem próximas (como unidades de luz fluorescente) e usar ferramentas antiestáticas de inserção e remoção para circuitos integrados.
Pergunta 9
Quais são as três classes de materiais usados para proteger dispositivos sensíveis à estática e qual oferece maior proteção?
Resposta: As três classes são: Materiais condutores (como folhas de metal), materiais dissipadores de estática (uma forma mais barata de material condutor) e materiais antiestáticos (como papelão e algodão). Os materiais condutores oferecem a maior proteção porque permitem o fluxo fácil de corrente elétrica e podem criar blindagem completa, enquanto os materiais antiestáticos oferecem a menor proteção, apenas inibindo a geração de cargas por atrito.
Pergunta 10
Por que ambientes com ar condicionado requerem vigilância extra no manuseio de ESSDs?
Resposta: Ambientes com ar condicionado requerem vigilância extra porque geralmente possuem baixa umidade relativa. A baixa umidade favorece o acúmulo de altas tensões eletrostáticas, pois não há umidade suficiente para que as cargas se dissipem naturalmente para a atmosfera. Isso significa que as pessoas e materiais acumulam mais carga estática e por mais tempo, aumentando significativamente o risco de descargas prejudiciais aos componentes eletrônicos sensíveis.
Pergunta 11
O que são dispositivos ESSD e como eles são identificados visualmente?
Resposta: ESSD (Electrostatic Sensitive Devices) são dispositivos sensíveis a descargas eletrostáticas, incluindo placas de circuito impresso, módulos de circuito e dispositivos plug-in que podem ser danificados por eletricidade estática. Eles são identificados visualmente através de avisos ou etiquetas geralmente impressos com texto preto em fundos amarelos, alertando para a necessidade de precauções especiais durante o manuseio, remoção ou instalação desses componentes.
Pergunta 12
Explique por que a pele seca aumenta o risco de ESD e que tipo de roupa é recomendada para pessoas com esse problema.
Resposta: A pele seca aumenta o risco de ESD porque pode se tornar altamente positiva em carga elétrica, especialmente quando combinada com roupas de material sintético (como poliéster) que adquirem carga negativa. Essa diferença de potencial resulta em descargas rápidas ao tocar objetos metálicos. Para pessoas com pele seca, é recomendado usar roupas de algodão, pois o algodão é neutro na escala triboelétrica, não contribuindo significativamente para o acúmulo de cargas estáticas.
Pergunta Bônus
Qual é a faixa ideal de umidade relativa para minimizar ESD e que outras medidas ambientais podem ser tomadas em um ambiente de trabalho eletrônico?
Resposta: A faixa ideal de umidade relativa é entre 40% e 60% para minimizar a geração de cargas eletrostáticas. Outras medidas ambientais incluem: manter superfícies de trabalho antiestáticas ou tapetes aterrados, controlar a temperatura para evitar variações bruscas que possam afetar a umidade, evitar materiais sintéticos desnecessários no ambiente de trabalho, instalar sistemas de ionização do ar quando necessário, e garantir que todos os equipamentos e ferramentas estejam adequadamente aterrados.
GLOSSÁRIO
Ambiente de trabalho
Local onde os componentes são manuseados e montados. Se não for controlado (aterrado, com umidade adequada e superfícies dissipativas), facilita a geração e a descarga de eletricidade estática.
Aterramento
Conexão intencional de pessoas, ferramentas e superfícies a um ponto comum ligado à terra, permitindo que cargas eletrostáticas escoem de forma segura.
Atração eletrostática
Força que faz materiais carregados se aproximarem ou aderirem entre si. É um efeito típico quando há diferenças de carga elétrica entre superfícies.
Bancada dissipativa
Superfície de trabalho com material que escoa lentamente a carga elétrica, reduzindo o risco de descargas bruscas em componentes sensíveis.
Blindagem eletrostática
Proteção contra campos elétricos externos, comum em embalagens condutivas (metalizadas) que funcionam como uma “gaiola” ao redor do componente.
Carga elétrica
Excesso ou falta de elétrons em um material. O acúmulo dessa carga, quando liberado de forma repentina, causa a descarga eletrostática.
Circuito integrado (CI)
Chip que concentra diversos componentes eletrônicos (transistores, resistores, etc.) em uma única pastilha. Muitos CIs modernos são altamente sensíveis à ESD.
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)
Tecnologia de fabricação de circuitos integrados que utiliza transistores complementares. É muito eficiente, porém bastante sensível a descargas eletrostáticas.
Condutor (material condutivo)
Material que permite passagem de corrente elétrica com facilidade (ex.: metais). Em ESD, oferece a maior proteção quando usado para blindagem e aterramento.
Descarga eletrostática (ESD)
Transferência repentina de carga entre objetos com diferentes potenciais elétricos. Pode perfurar isolantes finos em chips e causar falhas imediatas ou futuras.
Dispositivos Eletrostaticamente Sensíveis (ESSD/ESDS)
Componentes que podem ser danificados por ESD, como microprocessadores, MOSFETs e circuitos VLSI. Devem ser identificados e manuseados com precauções.
Dreno (Drain)
Um dos terminais do MOSFET por onde a corrente deixa o dispositivo. Junto com a Fonte e a Porta, compõe a estrutura básica do transistor de efeito de campo.
Efeito triboelétrico
Geração de eletricidade estática pelo atrito ou separação entre materiais diferentes. É a principal fonte de carga no dia a dia (ex.: roupas sintéticas).
Eletricidade estática
Acúmulo de carga na superfície de um material. Em ambientes secos e com materiais sintéticos, aparece com mais intensidade.
Embalagem antiestática – condutiva (metalizada)
Saco ou caixa com material condutivo que fornece blindagem contra campos eletrostáticos. Indicado para transporte e armazenamento de maior proteção.
Embalagem antiestática – dissipativa (rosada ou transparente)
Saco que dissipa lentamente a carga, evitando picos. Protege contra atrito e carregamento, mas oferece menor blindagem a campos externos.
Equipamento de solda antiestática
Ferro/estação com ponta aterrada e baixa voltagem, projetados para não transferir descargas aos componentes durante a soldagem.
Ferramentas antiestáticas
Pinças, extratores e insertores projetados para não acumular cargas e para trabalhar com CIs sem causar ESD.
Fonte (Source)
Terminal do MOSFET por onde a corrente entra no dispositivo. Sua relação com o Dreno é controlada pela Porta.
FET (Transistor de Efeito de Campo)
Transistor que controla a corrente por meio de um campo elétrico aplicado à Porta. MOSFET é o tipo mais comum e sensível à ESD.
Gate (Porta)
Terminal de controle do MOSFET. Uma camada de óxido muito fina isola a Porta do canal — justamente o ponto vulnerável a perfurações por ESD.
Materiais antiestáticos
Materiais que tendem a não acumular cargas com facilidade (ex.: algodão, papelão). Oferecem a menor proteção entre as categorias de materiais para ESD.
Materiais dissipativos
Materiais que escoam carga de forma controlada (nem tão rápida quanto um condutor). São comuns em bancadas, pisos e embalagens rosadas.
Microprocessador
CI complexo que executa instruções de processamento. Por conter estruturas muito finas, pode ser afetado por tensões eletrostáticas muito baixas.
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)
Transistor com camada de óxido extremamente fina entre a Porta e o substrato. Essa camada pode ser danificada facilmente por descargas eletrostáticas.
NMOS / PMOS
Tecnologias de transistores MOS de canal N ou P. Foram usadas isoladamente e hoje aparecem combinadas em CMOS, herdando sensibilidade a ESD.
Placa de circuito impresso (PCI)
Suporte físico que interliga componentes. Conjuntos montados na PCI também podem ser sensíveis a ESD e devem ser manuseados pelas bordas.
Ponto de aterramento
Conexão dedicada em bancadas/equipamentos para ligar pulseiras, tapetes e ferramentas, garantindo que tudo esteja no mesmo potencial elétrico.
Pulseira antiestática
EPI que mantém a pessoa no mesmo potencial da bancada aterrada. Possui um resistor (tipicamente 1 MΩ) em série para segurança.
Resistor de 1 MΩ (na pulseira)
Elemento que limita a corrente entre o usuário e o ponto de terra, garantindo escoamento seguro da carga eletrostática.
Série triboelétrica
Lista que ordena materiais conforme a tendência de ganhar ou perder elétrons. Ajuda a prever quais combinações geram mais carga por atrito.
Tapete/piso dissipativo
Revestimentos que conduzem a carga lentamente até o aterramento, reduzindo acúmulos na área de trabalho.
Tensão eletrostática
Diferença de potencial que existe entre dois corpos carregados. Quanto maior a tensão, maior o risco de uma descarga danosa.
Tomada de aterramento
Ponto elétrico específico para conectar pulseiras, tapetes e equipamentos, assegurando caminho de escoamento da carga para a terra.
Umidade relativa
Quantidade de vapor de água no ar. Faixas moderadas (geralmente entre 40% e 60%) ajudam a diminuir o acúmulo de cargas estáticas.
VLSI (Very Large Scale Integration)
Tecnologia que integra milhares ou milhões de transistores em um único chip. Alta densidade implica estruturas mais finas e maior sensibilidade à ESD.
FAQ
P: Por que componentes modernos são mais sensíveis à ESD?
R: Porque a miniaturização criou camadas isolantes extremamente finas dentro dos chips, especialmente no MOSFET. Uma descarga pequena pode perfurar essas camadas e danificar o dispositivo.
P: Quais tensões podem causar dano em dispositivos complexos?
R: Em componentes como microprocessadores, descargas de apenas dezenas de volts (na faixa de 20 V a 100 V) já podem causar danos. Por isso, controlar ESD é essencial em todo o fluxo de manuseio.
P: Por que a umidade influencia o risco de ESD?
R: Em ar seco, a carga se acumula e permanece por mais tempo na superfície das pessoas e materiais. Com umidade moderada, a carga “vaza” lentamente para o ambiente, reduzindo descargas.
P: Qual é uma faixa de umidade recomendada para reduzir ESD?
R: Manter o ambiente em torno de 40% a 60% de umidade relativa costuma diminuir a geração e o acúmulo de cargas eletrostáticas na área de trabalho.
P: Roupas influenciam a eletricidade estática?
R: Sim. Tecidos sintéticos (como poliéster) tendem a carregar mais; roupas de algodão são mais neutras. Preferir algodão ajuda a reduzir o acúmulo de carga no corpo.
P: Como usar a pulseira antiestática corretamente?
R: Ajuste-a bem ao pulso para garantir bom contato com a pele, conecte o cabo ao ponto de aterramento e verifique periodicamente a integridade do resistor da pulseira.
P: Embalagem dissipativa e condutiva: qual usar?
R: A dissipativa evita picos de carga e é útil no dia a dia. A condutiva (metalizada) oferece blindagem contra campos eletrostáticos e é preferível quando a proteção precisa ser máxima.
P: Que práticas devo adotar ao retirar um componente da embalagem?
R: Conecte-se primeiro à pulseira e à bancada aterrada, abra a embalagem apenas na estação de trabalho preparada e manuseie o componente pelas bordas.
P: Quais superfícies e pisos são adequados para ESD?
R: Tapetes e bancadas dissipativas ligados a um ponto de aterramento comum. Eles escoam a carga lentamente, reduzindo a chance de uma descarga súbita.
P: Andar em certos pisos pode gerar muita carga?
R: Sim. Exemplos como carpete ou piso de vinil podem gerar de centenas a dezenas de milhares de volts, especialmente em ar mais seco — o suficiente para danificar ESSDs.
P: Ferramentas e estações de solda comuns servem para ESSDs?
R: Dê preferência a ferramentas antiestáticas e estações de solda com ponta aterrada e baixa voltagem, projetadas para minimizar o risco de descarga.
P: Como identificar um dispositivo sensível a ESD?
R: Procure o símbolo de sensibilidade à estática e avisos na embalagem/componente. Sempre trate placas e módulos como sensíveis, a menos que você saiba o contrário.
