A Descarga Eletrostática (ESD) é a liberação repentina de energia elétrica estática de um objeto para o solo, entre dois objetos, ou entre um objeto e uma pessoa. Sempre que existir um potencial eletrostático diferente entre dois corpos condutores, uma descarga pode ocorrer. Antes de prosseguirmos, no entanto, vamos abordar rapidamente alguns fundamentos da eletricidade estática.

O que é Eletricidade Estática

A explicação básica geralmente afirma que a eletricidade estática ocorre como resultado de um desequilíbrio entre cargas positivas e negativas em objetos ou materiais. Isso costuma ser causado pelo contato e separação (ou movimento) de um material contra outro, resultando na transferência de cargas negativas, ou elétrons, entre os materiais. O material que perde elétrons se torna positivamente carregado, e o material que ganha elétrons se torna negativamente carregado. Esse desequilíbrio produz um campo elétrico mensurável que pode influenciar outros objetos. 

Embora os elétrons deslocados possam se acumular na superfície do objeto receptor, eles tendem a permanecer estacionários até serem liberados, ou descarregados. Assim, temos uma carga elétrica em repouso, ou, em outras palavras, eletricidade “estática”.

Essa formação de carga eletrostática é conhecida como carregamento triboelétrico. A carga eletrostática é medida em coulombs. Um coulomb (C) é uma unidade de carga elétrica do Sistema Internacional de Unidades (SI), equivalente à quantidade de eletricidade fornecida por uma corrente de um ampere em um segundo. No entanto, mais comumente, a carga estática é expressa como a intensidade do campo elétrico, ou tensão superficial, do material medido.

O carregamento triboelétrico pode afetar, em certa medida, quase todos os materiais, incluindo partículas de água e fuligem na atmosfera, além do corpo humano. Tanto você quanto seu cão ou gato de estimação podem sentir isso juntos simplesmente ao se tocarem depois de caminhar sobre um tapete em um dia seco de inverno.

O Problema com a ESD

Como dissemos, as cargas de eletricidade estática podem se acumular na superfície de um objeto até que existam condições para que sejam liberadas, ou repentinamente descarregadas. A ESD é a rápida transferência de carga eletrostática de um objeto para outro. Basicamente, a ESD ocorre quando qualquer corpo carregado se torna repentinamente eletricamente neutro. A quantidade dessa carga transferida é afetada pelas propriedades dos materiais que compõem os objetos, pela área de contato entre eles, pela umidade relativa do ar e pela velocidade de separação dos objetos, entre outros fatores.

A carga transferida geralmente flui por meio de uma faísca entre os dois objetos condutores à medida que se aproximam um do outro. Esse efeito é conhecido há centenas de anos e pode causar sérios problemas se não for controlado. Por exemplo, há séculos os militares utilizam dispositivos e materiais, como frascos de pólvora de latão, para evitar que a ESD acenda acidentalmente a pólvora em campo. 

Além da fabricação de munições e explosivos, a carga estática e a ESD também podem afetar operações nas indústrias farmacêutica, petroquímica, têxtil, de pintura, de plásticos, de impressão e em muitas outras áreas. O desenvolvimento e a contínua miniaturização dos dispositivos eletrônicos modernos também elevaram os efeitos negativos da ESD em todos os níveis da cadeia de suprimentos eletrônica. Isso pode impactar negativamente o rendimento do produto, o custo, a qualidade, a confiabilidade e, em última análise, a lucratividade. 

Efeito da ESD na Eletrônica

A ESD pode causar danos a muitos componentes eletrônicos diferentes, fazendo com que deixem de atender às especificações publicadas ou até mesmo causando a falha completa do dispositivo. Os componentes suscetíveis podem variar de diodos simples a circuitos integrados (CIs) caros. As tensões de ESD podem variar de alguns volts a quilovolts, mas mesmo descargas de 100V ou menos podem causar problemas. Considerando que simplesmente ao pegar um saco plástico de uma bancada de trabalho você pode gerar de 1.200 a 20.000 volts, dá para perceber o tamanho do problema.

Em dispositivos CI, o fluxo de corrente de ESD pode abrir furos nos chips e causar danos de contato e interface, além de queimas. Os danos causados pela ESD também podem aumentar a geração de calor nos CIs e causar danos térmicos aos componentes próximos na placa.

O acúmulo de carga estática em um dispositivo também significa que um campo eletrostático e linhas de força são gerados ao seu redor. Outros dispositivos condutores que se aproximam desse campo podem ser polarizados por indução. Se outro dispositivo suscetível à ESD entrar no campo enquanto estiver aterrado, pode ocorrer uma transferência de carga.

Os danos por ESD a componentes sensíveis geralmente são causados pela descarga de um material ou pessoa para um dispositivo suscetível, pela descarga de um dispositivo suscetível, ou por cargas induzidas pelo campo. A ocorrência ou não de danos é determinada pela capacidade do dispositivo suscetível de suportar a tensão envolvida ou por sua capacidade de dissipar a energia da descarga. Discutimos algumas das soluções atuais de prevenção e mitigação de ESD em um artigo separado.

Tipos de Danos a Componentes Induzidos por ESD

Os tipos de danos a componentes que podem ser causados por um evento de ESD incluem:

• Falhas Paramétricas – quando um evento de ESD altera um ou mais dos parâmetros de desempenho declarados do componente afetado, mas não torna o componente não funcional.
• Falha Catastrófica – ocorre quando um evento de ESD danifica completamente o componente suscetível, tornando-o não funcional.
• Dano Latente – dano ao componente causado por ESD que não é detectado por medição ou inspeção visual, mas que pode eventualmente causar degradação e falha do dispositivo devido ao estresse operacional sobre o componente e à redução da vida útil.

Mais Informações

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Você também pode aprofundar seus conhecimentos sobre ESD com nosso artigo “Como evitar descargas eletrostáticas”, disponível neste site. 

Resumo

Praticamente todos os materiais, assim como os seres humanos, podem acumular uma carga estática capaz de danificar objetos quando liberada repentinamente. A quantidade dessa carga é determinada pela composição dos materiais, pela velocidade de contato e separação entre eles, pela umidade do ar e por outros fatores. 

A ESD pode danificar dispositivos, incluindo componentes eletrônicos. Esse dano pode ocorrer em qualquer ponto da cadeia de suprimentos, desde a fabricação até os testes, manuseio, envio e a inserção em outro sistema ou serviço em campo. Esse dano pode ser caro, não apenas em termos dos componentes danificados em si, mas também no reparo e retrabalho da placa da qual fazem parte. A suscetibilidade à ESD pode variar amplamente conforme o tipo de componente. Os procedimentos e sistemas de prevenção e mitigação de ESD são úteis e são abordados em outro artigo neste site.