Como comentamos en un artículo complementario sobre este tema, la ESD es la liberación rápida de una carga de electricidad estática de un objeto a otro en su camino hacia tierra. Esta descarga de fuerza eléctrica puede causar daños significativos a los componentes electrónicos, lo que puede afectar su rendimiento o provocar el fallo completo del dispositivo. La sensibilidad del objeto receptor y la magnitud de la descarga eléctrica determinarán el alcance del daño causado. 

Existen estrategias y productos que abordan el manejo seguro frente a la ESD de los componentes a lo largo de toda la cadena de suministro, desde la producción, el almacenamiento, el envío, la inserción hasta las pruebas y la reparación. Cualquier análisis sobre cómo evitar los problemas que pueden surgir cuando un evento de ESD afecta a componentes electrónicos debería abordar el tema a nivel de componente, a nivel de placa y a nivel ambiental. En este artículo trataremos cada uno de ellos, pero conviene recordar que, al ser una fuerza de la naturaleza, la ESD puede gestionarse, pero su eliminación total resulta difícil.

Establecer una estrategia de ESD

Independientemente del tamaño de su operación, desde el diseño de circuitos de banco hasta la fabricación final, la prevención de la ESD debería ser un tema constante. Esto comienza por comprender su necesidad de protección mediante una evaluación de riesgos, elaborar un plan que satisfaga sus necesidades, elegir dispositivos o sistemas de prevención de ESD adecuados, establecer una zona de trabajo libre de ESD y planificar que su solución se convierta en un protocolo continuo y obligatorio.

En su esfuerzo por controlar los daños por ESD en su entorno de trabajo, ya sea grande o pequeño, también puede encontrar orientación consultando la norma ANSI/ESD S20.20-2021, Protección de piezas, conjuntos y equipos eléctricos y electrónicos, que describe los posibles riesgos de ESD y las estrategias de mitigación. 

Factores del componente

Muchos componentes electrónicos modernos poseen un nivel inherente de tolerancia a la ESD o a otros eventos de sobretensión. Dicho de otro modo, algunos componentes son más susceptibles que otros. Los materiales utilizados para fabricar un componente pueden proporcionar protección, por lo que puede ser una buena idea plantear el tema con su proveedor de componentes desde el principio. Los profesionales de ingeniería de un distribuidor de componentes autorizado, como OnlineComponents.com, pueden ofrecer una ayuda considerable.

En la etapa de diseño, la simple selección de componentes reforzados con resistencia a la ESD puede evitar problemas posteriores. Sin embargo, aunque la eliminación o sustitución de dispositivos demasiado sensibles pueda parecer una solución sencilla, también puede aumentar el costo general del sistema o el precio final del producto por encima de los niveles aceptables para su presupuesto.

Factores de la placa

Una vez identificados y abordados los componentes vulnerables a la ESD en su diseño, el siguiente paso puede ser el diseño simultáneo de un circuito de protección contra ESD integrado en el sistema, para la seguridad de los componentes que no se pueden reemplazar. Estos circuitos utilizan dispositivos como diodos de polarización inversa, varistores, diodos supresores de tensión transitoria o fusibles para desviar la energía hacia una red de puesta a tierra, o para absorber la energía mediante un dispositivo restablecible o consumible antes de que se produzca el daño.

Cabe señalar que los pulsos de ESD son extremadamente rápidos, con tiempos de subida en el rango de los pocos nanosegundos. Cualquier componente empleado en un circuito de protección debe ofrecer tiempos de respuesta suficientemente rápidos para reaccionar ante estas descargas. Los componentes de supresión de ESD, como los varistores multicapa y los supresores a base de polímero, también pueden contribuir a reducir las tensiones de ESD a límites aceptables.  

Aunque un circuito de protección a nivel de placa puede ser útil, es importante recordar que solo funcionará durante la operación de su diseño después de la fabricación, y puede añadir costos de producción significativos a su producto. Además, seguirá teniendo que lidiar con los problemas que puedan surgir durante la producción, las pruebas, el envío y la reparación/retrabajo del producto, es decir, lo que denominamos factores ambientales.

Factores ambientales

En esta categoría incluimos aquellas influencias ajenas a la selección de componentes y al diseño de circuitos que pueden repercutir en los problemas de ESD. Los factores ambientales abarcan las mayores influencias sobre la acumulación y descarga electrostática. La mitigación o prevención de estas influencias puede variar desde soluciones sencillas hasta complejas, según sus necesidades.

Estos factores incluyen niveles bajos de humedad en la instalación de producción o uso, la capacidad de gestionar cargas estáticas errantes antes de una posible descarga, la velocidad de separación entre objetos durante la fabricación, la acumulación de electricidad estática inducida por el personal, el blindaje de componentes o placas sensibles frente a la ESD durante el transporte, y la acumulación de carga estática en objetos distintos de los componentes, incluidas las personas.  

La lista de productos, materiales, sistemas y equipos disponibles directamente relacionados con la prevención de la ESD, desde el banco de trabajo hasta la planta de fabricación, es extensa, y seleccionar lo que necesita puede resultar todo un reto. A continuación, una lista rápida de algunas de las soluciones que podría considerar:

• Plástico de burbujas conductivo, bolsas de plástico y contenedores para transporte, almacenamiento y envío
• Cajas blindadas, láminas de espuma y cinta (además de dispensadores) para el envío
• Alfombrillas de puesta a tierra, correas de muñeca y cables que desvían la electricidad estática a tierra para espacios de trabajo
• Escritorios y estaciones de trabajo conformes para operaciones de ensamblaje
• Ropa, calzado y guantes resistentes a la ESD para técnicos o personal de campo
• Ionizadores para el control de ESD a escala de sala
• Pistolas de aire ionizante y sopladores para eliminar cargas estáticas de superficies o componentes
• Baldosas de suelo, alfombras y esteras antiestáticas o conductivas para resistir o gestionar la acumulación de electricidad estática en toda el área de trabajo
• Productos químicos y tratamientos para la limpieza de superficies con el fin de reducir la generación de electricidad estática 
• Pinturas y recubrimientos conductivos para prevenir la acumulación perjudicial de electricidad estática
• Monitores y probadores para evaluar las amenazas de ESD

Y la lista continúa. Casi no hace falta decir que, si tiene una necesidad específica de prevenir la acumulación de electricidad estática o los eventos de ESD, sin importar cuán grande o pequeña sea, existe una solución. La mayoría de los esfuerzos de gestión de ESD se personalizan según las necesidades individuales, lo que representa otra oportunidad para aprovechar la base de conocimientos de productos de su distribuidor de componentes autorizado.

Nuestros amigos de CircuitBread, quienes se centran en contenido para formar y actualizar a ingenieros electrónicos nuevos y experimentados, también abordan algunos conceptos básicos de puesta a tierra y protección de circuitos en su sitio web, que puede encontrarse aquí: ¿Cómo puedo evitar que las descargas electrostáticas (ESD) estropeen mis componentes?

Una palabra sobre los protocolos de ESD

Cualquier sistema de prevención o mitigación de ESD tendrá un valor protector limitado a menos que todos sus componentes individuales, desde correas de muñeca hasta productos de blindaje, se utilicen de forma continua en las áreas donde se encuentran los componentes sensibles. Una correa de muñeca no servirá de nada si no está conectada a una red de puesta a tierra. Al igual que ocurre con los protocolos antivirus en el ámbito de la salud pública, los esfuerzos de ESD no pueden implementarse y luego olvidarse. Basta con una sola chispa.  

Resumen

La acumulación electrostática y su descarga repentina no son fenómenos nuevos, pero el efecto negativo que pueden tener en los componentes y sistemas electrónicos sigue creciendo a medida que los productos se vuelven más complejos y miniaturizados. Comprender las implicaciones y los efectos de la ESD a lo largo de toda la cadena de suministro, y trabajar continuamente para implementar el uso de productos de ESD junto con protocolos de producción, puede mantener al mínimo cualquier resultado impactante.