Descarga electrosttica

Smbolo para componentes electrnicos con riesgo de dao por ESD (izquierda) y equipos protegidos contra electrificacin (derecha).

Ladescarga electrosttica(conocido por las siglas en inglsESD, que significanelectrostatic discharge) un fenmenoelectrostticoque hace que circule unacorriente elctricarepentina y momentneamente entre dos objetos de distintopotencial elctrico; como la que circula por unpararrayostras ser alcanzado por unrayo.

El trmino se utiliza generalmente en la industriaelectrnicay otras industrias para describir las corrientes indeseadas momentneas que pueden causar dao al equipo electrnico.

ndice

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1Principales causas

2Historia y antecedentes

3Tipos

3.1Chispa o rayo

3.2Efecto corona

3.3Descarga "cepillo"

4Fenomenologa

5En la industria electrnica

5.1Caractersticas tcnicas de cajas conductivas

6Control y prevencin

7Normativa

8Referencias

Principales causas[editar]

Para comprender el proceso de formacin de dicha corriente hay que considerar que un cuerpo cualquiera est formado por un nmero indeterminado demolculasligadas entre s porfuerzasde atraccin y repulsin que les permite sostenerse en equilibrio sin que entren en contacto. Sabemos que elelectrnes la ms pequea cantidad de agente elctrico, la partcula elemental de electricidad negativa. Sabemos que dichos electrones tienen una estabilidad precaria en eltomoy pueden abandonar su rbita a consecuencia de un choque, friccin, conmocin nuclear y otras muchas circunstancias.

Si tenemos en cuenta que el cuerpo humano acta como (positivo) y los electrones (negativo) y que, adems, dos cuerpos cargados en sentido opuesto se atraen, se comprende por qu se produce una descarga en el dedo cuando se toca la extremidad de un objeto metlico, excelenteconductor elctrico, cargado con electrones, cuya virtud consiste en acumularse en las partes extremas o perifricas de las materias.

Como, por otra parte, la elevacin de temperatura favorece al desprendimiento de electrones, o mejor dicho, laelectrizacin, el roce de las nubes entre si o el de las capas de aire seco, as como los roces de frenos y correas del coche, incrementan considerablemente latriboelectricidad.

Este tipo deelectricidad estticaes la principal causa de las descargas electrostticas, que se generan a menudo a travs de la electrificacin de contactos elctricos o la separacin de cargas elctricas que ocurre cuando dos materiales hacen contacto y despus se separan. Los ejemplos de este tipo incluyen caminar sobre una alfombra, descender de un coche, o quitar algunos tipos de empaquetados de plstico. En todos estos casos estafriccinentre dos materiales cargado con electricidad de distinto signo da lugar a la electrificacin, creando as unadiferencia de potencial elctricoque puede conducir a un acontecimiento de descarga.

Otra causa de las descargas electrostticas es lainduccinelectrosttica. Esta puede ocurrir cuando un objeto elctricamente cargado se pone cerca de un objetoconductoraislado de tierra. La presencia del objeto cargado crea uncampo electrostticoque crea cargas elctricas distribuidas por la superficie del otro objeto. Aun cuando la carga electrosttica neta del objeto no haya cambiado, ahora tendr regiones de exceso de carga positivas y negativas. Un acontecimiento de ESD puede ocurrir cuando el objeto entra en el contacto con una trayectoria conductora. Por ejemplo, las regiones cargadas en las superficies depoliestireno expandidode tazas o de bolsos plsticos pueden inducir un potencial en componentes sensibles prximos de ESD mediante el fenmeno de induccin electrosttica y la descarga puede ocurrir si el componente se toca con una herramienta metlica.

Historia y antecedentes[editar]

Para la mayora de las personas, la electricidad esttica no es ms que el simple calambre que se experimenta al tocar la manilla metlica de una puerta despus de haber andado sobre una alfombra, o de haberse deslizado en el asiento de un automvil.

Sin embargo, el campo de la electrosttica va mucho ms all, puesto que ha sido un grave problema para la industria durante siglos. A principios del siglo XV, los fuertes Europeos y del Caribe usaban ya procedimientos de control y dispositivos para prevenir que las descargas electrostticas hiciesen explotar los almacenes de plvora negra. En la dcada de 1860 aproximadamente, las fbricas de papel de EE.UU. Usaban los aterrizamientos bsicos, tcnicas de ionizacin de flama y tambores de vapor para disipar la electricidad esttica de las redes de papel cuando pasaban a travs del proceso de secado. Cualquier negocio y proceso industrial ha tenido en algn momento sus propios problemas con respecto a la carga y descarga electrosttica. Ejemplos claros pueden ser la municin y explosivos, la farmacutica, agricultura, impresin y artes grficas, textiles, pintura o plsticos. En todos ellos, el control de la electricidad esttica tiene una importancia significativa.

Con la llegada de la era tecnolgica, aparecieron tambin nuevos problemas en este mbito. Conforme los aparatos electrnicos se hacan ms rpidos y pequeos, su sensibilidad con respecto a las descargas electrostticas o ESD, se vea aumentada. Hoy da, las ESD tiene un impacto significativo en cada uno de los aspectos de la electrnica.1

A pesar del gran esfuerzo realizado en el ltimo cuarto de siglo, las ESD an afectan al rendimiento de la produccin, los costes, la fiabilidad del producto, etc. Los expertos de las industrias han estimado que el promedio de prdidas de producto relacionadas con la electricidad esttica va desde un 8% hasta un 33%.

Tipos[editar]

La forma ms llamativa o espectacular de una ESD es la chispa, que ocurre cuando un campo electrosttico fuerte crea un canal conductivo ionizado a travs del aire. Sus efectos pueden llevar desde un pequeo malestar sobre una persona, hasta fuego y explosiones si el aire contiene gases o partculas combustibles, pasando, evidentemente, por causar serios daos sobre los equipos electrnicos.

Muchas de las descargas electrostticas ocurren sin una chispa visible o audible, por ejemplo, una persona porta una carga relativamente pequea y puede que no sienta la descarga, pero sta es lo suficientemente potente para daar componentes electrnicos muy sensibles. Estos tipos de descargas invisibles, pueden causar fallos en los dispositivos, e incluso degradarlos de una forma ms pasiva, afectndolos a largo plazo y dando fe del dao cuando ya ha avanzado bastante su tiempo de vida.

Chispaorayo[editar]

La "chispa" se da cuando la fuerza del campo elctrico supera la fuerza dielctrica del aire (aproximadamente de 4 30 kV/cm). Esto puede causar un rpido incremento del nmero de electrones e iones libres en el aire, provocando que el aire se convierta de pronto en un conductor elctrico mediante un proceso llamado cada dielctrica.

El mejor ejemplo de una "chispa" natural, es la cada de un rayo. En este caso, la diferencia potencial entre una nube y el suelo, o entre dos nubes, es de cientos de millones de voltios. La corriente resultante que fluye a travs del aire ionizado provoca una liberacin de energa de forma explosiva.

Las "chispas" pueden causar graves explosiones debido a las altas temperaturas que se alcanzan durante su desarrollo. Un ejemplo de ello es el desastre deldirigible Hindenburg, que, tras numerosas teoras sobre cmo se produjo el accidente, ste fue atribuido a una descarga electrosttica que prendi fuego a unos paneles manchados con termita, un compuesto que es altamente inflamable. La aeronave haba pasado por una tormenta donde haba adquirido una gran carga electrosttica. La descarga ocurri cuando fueron a amarrar las cuerdas para aterrizar en Nueva Jersey en 1937.

El Hindenburg momentos despus de comenzar a arder.

Efecto corona[editar]

Elefecto coronase produce, por ejemplo, en los conductores de las lneas de alta tensin y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores suelen ser de seccin circular, el halo adopta la forma de corona, de ah el nombre.

La causa se encuentra en la ionizacin del aire circundante al conductor debido a los altos niveles de tensin en la lnea. En el momento que las molculas de aire se ionizan, stas son capaces de conducir la corriente elctrica y parte de los electrones pasan de la lnea al aire. Tal circulacin provoca un incremento de temperatura en el gas, dndole un color rojizo para niveles bajos de temperatura o azulado para niveles altos. Esto provoca que se pueda cuantificar su intensidad segn el color del halo.

El primer registro de esta forma de descarga electrosttica es el Fuego de San Telmo. En clima tormentoso en la mar, a veces aparecan luces como flamas rojizas o azuladas en la parte superior de los mstiles de los barcos. Los marineros lo asociaban con una forma de proteccin y lo nombraron en honor a su patrono, Erasmo de Formia (San Telmo).

Descarga "cepillo"[editar]

Esta forma de descarga electrosttica es un tipo particular de descarga corona, que tiene lugar entre dos electrodos incrustados en un medio no conductor y se caracteriza por dbiles y claras bifurcaciones compuestas por partculas ionizadas.

Estas descargas pueden ocurrir entre plsticos aislantes cargados como el polietileno y un conductor. La energa mxima asociada a una descarga de este tipo no suele superar los 4mJ pudiendo ser inflamables pero es menos probable que provoquen la ignicin del aire que otro tipo de descarga entre dos conductores.

Fenomenologa[editar]

automovilistasy pasajeros conocen de sobra los efectos del fenmeno "ESD" que se produce cuando tocan las extremidades de la puerta o del maletero, con la punta del cap o del ngulo de cualquier montante de la carrocera. Aunque lapotenciade dicha descarga sea dbil y carezca de peligrosidad, el sujeto es sensible a su manifestacin. Se han dado casos excepcionales de automovilistas que, estando cargados sus cuerpos de electricidad esttica, han cogido la manguera de combustible en la estacin de servicio y al ir a introducir el surtidor en el depsito se ha desencadenado una chispa electrosttica que acab por incendiar la manguera. Para evitar ese suceso tan peligroso es recomendable que antes de repostar toquemos una superficie metlica (como la puerta de nuestro coche) para descargarnos de electrosttica.

Cualquiera que sean las distintas formas de receptividad humana, las reacciones son de impotencia. Ante esta serie de hechos, los ms precavidos, prudentes o afectados compran pequeas cintas que incorporan generalmente hilos conductores metlicos, y las colocan en la parte trasera del vehculo, para que por ah se pueda desprender la electricidad esttica. En trminos sucintsimos despejados de todo cientifismo, la electricidad esttica es ms bientriboelectricidad, o sea, electricidad producida por contacto, roce, friccin o frotadura (del griego "tribein", frotar). Su existencia es conocida desde la ms lejana antigedad y la medicina la utiliza desde hace dos siglos para cuidar el sistema nervioso.[citarequerida]

De todos modos, cualquier persona que tengacabello largopuede apreciar, cada vez que lo hace, como la frotadura delpeine atraelos cabellos. Otro ejemplo muy conocido es el de la piel de los gatos que produce triboelectricidad cuando se pasa los dedos sobre ella: por su actitud, el animal manifiesta claramente la realidad del fenmeno. En un coche no faltan las fuentes de triboelectricidad: "ferodos" o pastillas de los frenos enfriccincon disco o tambores y correas de ventilador/alternador, para citar solamente las dos principales.

En la industria electrnica[editar]

Caja utilizada para el transporte protegido de componentes electrnicos sensibles a descargas electrostticas.

Las descargas electrostticas son un serio peligro para la electrnica de estado slido, ya que pueden inutilizar dispositivos electrnicos. Los circuitos integrados se fabrican con materialessemiconductorescomo elsilicioy con materialesaislantescomo el dixido del silicio. Cualquiera de estos materiales puede sufrir dao permanente cuando se expone a pequeas cargas elctricas.

La prevencin de ESD se realiza mediante unrea de proteccin electrosttica(EPA). El EPA puede ser una estacin de trabajo pequea o un rea grande de fabricacin. El motivo principal de un EPA es se: no estar cargando altamente el material en los alrededores de la electrnica sensible a ESD, poner atierratodos los materiales conductores y poner a tierra a los trabajadores. As la acumulacin de la carga en electrnica sensible de ESD se evita. A la hora de planificar y disear un EPA (rea de proteccin electrosttica) es esencial la utilizacin de materiales conductores. La primera y ms esencial unidad de proteccin EPA para proteger el material electrnico expuesto a sufrir daos por descargas electrostticas es todo aquel elemento que est en contacto directo con el material a proteger. Por ello, la manipulacin, transporte y almacenamiento debe realizarse utilizando productos fabricados con materiales conductores.

Los sistemas de almacenaje fabricados enplsticoconductivo son un buen ejemplo de producto creado especficamente con este cometido. Para ello se le aade alpolipropilenocopolmero (PPC) con el que estn fabricados un aditivo conductivo: el carbn black. Esto, adems de otorgarle un caracterstico color negro, les confiere una resistividad superficial especfica que permite derivar a tierra las cargas electrostticas. De esta forma se pueden almacenar, transportar y manipular de manera seguracircuitos,tarjetas,placas, etc

Caractersticas tcnicas de cajas conductivas[editar]

Material de base:Polipropilenocopolmero (PPC)

Aditivo conductivo: Carbn black

Color: Negro

Densidada 23C: 1,04 [grmo|g]]/cm

Punto de ablandamiento Vicat: 154C ISO 306

Temperaturade utilizacin: 80-100C (permanente) 100-120C (tiempo breve)

Resistencia elctricade la superficie: