O que é um dispositivo sensível a ESD?

Dispositivo sensível a ESD, refere-se a componentes electrónicos vulneráveis a danos causados por descarga eletrostática (ESD). Estes dispositivos podem ser afectados por picos de tensão súbitos causados por eletricidade estática. Mesmo as descargas de baixa energia (por exemplo, algumas centenas de volts) podem degradar o desempenho ou provocar uma falha imediata.

Que dispositivos são sensíveis a ESD?

Os dispositivos comuns sensíveis a ESD incluem

1. Circuitos integrados (CIs): Microprocessadores, chips de memória (por exemplo, RAM, Flash) e portas lógicas (por exemplo, CMOS, TTL).
2. Transístores: MOSFETs (Transístores de efeito de campo de óxido metálico semicondutor) e BJTs (Transístores de junção bipolar).
3. Díodos: LEDs (Light-Emitting Diodes) e díodos laser.
4. Sensores de precisão: Sensores de imagem (por exemplo, CCD, CMOS) e sensores MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems).
5. Componentes analógicos: Amplificadores operacionais (Op-Amps) e reguladores de tensão.
6. Semicondutores discretos: Tirístores e IGBTs (Transístores Bipolares de Porta Isolada).
7. Componentes passivos com caraterísticas avançadas: Resistências de película fina e condensadores de alta frequência.

Estes dispositivos são altamente susceptíveis a danos causados por descargas electrostáticas (ESD) devido às suas pequenas e delicadas estruturas internas.

Como é que um dispositivo sensível a ESD pode ser danificado por ESD?

A ESD danifica dispositivos sensíveis através de impulsos de alta tensão/corrente gerados durante a descarga eletrostática. Os principais mecanismos incluem:

1. Sobretensão térmica: A rápida transferência de energia derrete ou vaporiza pequenos caminhos condutores (por exemplo, junções de transístores), causando uma falha permanente.
2. Repartição do isolamento: A alta tensão perfura camadas dieléctricas finas (por exemplo, óxidos de porta de MOSFET), criando curto-circuitos ou fugas.
3. Injeção de carga: A carga estática altera as propriedades dos semicondutores, degradando o desempenho (por exemplo, limiares deslocados na lógica CMOS).
4. Defeitos latentes: Os danos parciais podem enfraquecer os componentes, levando a uma falha prematura durante o funcionamento.

Mesmo as descargas de baixa energia (por exemplo, <100 V) podem danificar a eletrónica moderna à nanoescala.

Ao transportar dispositivos sensíveis a ESD de uma instalação para outra, utilizar?

Para transportar e armazenar com segurança dispositivos sensíveis a ESD, utilize sacos de proteção estática, espuma condutora ou recipientes com ligação à terra seguros para ESD. Mantenha o controlo da humidade, evite o stress físico e rotule as embalagens para garantir a conformidade com as normas ESD, tais como ANSI/ESD S541 & IEC-61340-5-3-2022 .

Qual é a tensão mínima de descarga eletrostática (ESD) que pode danificar dispositivos sensíveis a ESD?

Os dispositivos sensíveis a ESD podem sofrer danos com tensões tão baixas como 20 volts, imperceptíveis para os seres humanos. Os componentes avançados, como os circuitos integrados ou os MOSFET, são vulneráveis mesmo a níveis mais baixos.

Como lidar com dispositivos sensíveis a ESD?

O manuseamento de dispositivos sensíveis a ESD requer uma compreensão abrangente dos materiais com que se está a trabalhar, em particular a sua vulnerabilidade a descargas electrostáticas (ESD). Um bom Programa de controlo ESD baseia-se na identificação dos dispositivos mais sensíveis a ESD, bem como na avaliação dos seus níveis de suscetibilidade. Isto implica familiarizar-se com os Modelo do corpo humano (HBM) e o Modelo de Dispositivo Carregado (MDL) classificações de sensibilidade de todo o equipamento nas suas instalações.

Modelo do corpo humano (HBM)

Uma das causas mais comuns de eventos ESD é a transferência direta de carga eletrostática do corpo humano para o dispositivo ESDS. A Modelo do corpo humano (HBM) imita este cenário, simulando a forma como a descarga eletrostática flui da ponta de um dedo de uma pessoa de pé para um dispositivo. Eis como funciona:

1. Um capacitor de 100 pF é carregado através de um resistor de alta resistência (tipicamente na faixa de megohm) usando um interrutor.
2. A carga armazenada descarrega-se através de uma resistência de 1500 ohms ligada em série ao dispositivo de teste.
3. O dispositivo é então ligado à terra ou cai para um estado de baixo potencial.

Este método, normalizado em ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 (Electrostatic Discharge Sensitivity Testing - Human Body Model), assegura uma avaliação consistente da resistência de um componente a eventos ESD provocados por seres humanos.

Modelo de Dispositivo Carregado (MDL)

Outra causa importante de danos por ESD é o facto de o próprio dispositivo ficar carregado durante os processos de fabrico ou manuseamento, o que pode levar a uma descarga rápida quando entra em contacto com uma superfície condutora com um potencial inferior. A Modelo de Dispositivo Carregado (MDL) reproduz este fenómeno, simulando a descarga rápida da carga estática acumulada de um componente carregado para uma superfície ligada à terra.
Eis como funciona:

1. Fase de carregamento: O dispositivo adquire carga eletrostática por fricção ou contacto com materiais isolantes (por exemplo, embalagens, transportadores), actuando como uma placa de um condensador. A carga armazenada depende da capacitância inerente do dispositivo (normalmente 10-200 pF) e das condições ambientais.
2. Fase de descarga: Quando o pino de um dispositivo carregado entra em contacto com um condutor ligado à terra, a energia armazenada descarrega-se abruptamente através do pino. Esta descarga gera correntes de pico extremamente elevadas (até 20 kA) em nanossegundos devido à resistência e indutância mínimas no trajeto.
3. Configuração de teste: O teste CDM avalia a resistência de um dispositivo carregando-o a uma tensão definida (por exemplo, 250-1000 V por ANSI/ESDA/JEDEC JS-002) e desencadeando a descarga através de um caminho de baixa resistência. A configuração do teste tem em conta a orientação do dispositivo, o tipo de embalagem e a capacitância parasita.

10 dicas críticas para o manuseamento de dispositivos sensíveis a ESD

O manuseamento de dispositivos sensíveis a descargas electrostáticas (ESD) requer uma atenção cuidadosa para evitar danos. Seguem-se dez sugestões essenciais para garantir um manuseamento seguro:

1. Utilizar espaços de trabalho seguros em termos de ESD
   Trabalhar sempre numa Área protegida contra ESD (EPA) equipados com tapetes anti-estáticos e Pavimento ESDsuperfícies de trabalho com ligação à terra e Símbolos ESD.
2. Usar vestuário de segurança ESD
   Utilizar um sistema anti-estático correias de pulso, tiras de calcanhare batas ESD para evitar a acumulação de eletricidade estática no corpo.
3. Aterrar-se corretamente
   Ligue a sua correia de pulso anti-estática a um ponto ligado à terra antes de manusear quaisquer dispositivos sensíveis a ESD.
4. Manusear os dispositivos pelas extremidades
   Evite tocar diretamente nos pinos, conectores ou circuitos. Segure os componentes pelas extremidades para minimizar o risco de ESD.
5. Utilizar embalagens seguras para ESD
   Armazenar e transportar dispositivos sensíveis a ESD em sacos anti-estáticos, espuma condutora ou contentores blindados.
6. Controlar os níveis de humidade
   Manter uma humidade relativa de 30-70% no espaço de trabalho para reduzir a acumulação de eletricidade estática.
7. Utilizar ionizadores para neutralização
   Utilizar ionizadores para neutralizar as cargas estáticas em superfícies e materiais não condutores na EPA.
8. Verificação diária dos dispositivos de ligação à terra ESD
   Utilização Testador combinado ESD verificar diariamente os sistemas de ligação à terra pessoais, para garantir o seu correto funcionamento.
9. Evitar materiais altamente estáticos
   Mantenha os plásticos, o vinil e outros materiais de alta estática afastados dos dispositivos sensíveis a ESD e das áreas de trabalho.
10. Limitar o movimento na EPA
    Minimizar os movimentos desnecessários na EPA para reduzir a produção de eletricidade estática causada por fricção ou correntes de ar.