La descarga electrostática (ESD) es la liberación repentina de energía eléctrica estática desde un objeto hacia tierra, entre dos objetos, o entre un objeto y una persona. Mientras exista un potencial electrostático diferente entre dos cuerpos conductores, puede producirse una descarga. Sin embargo, antes de continuar, repasemos brevemente algunos conceptos fundamentales de la electricidad estática.

Qué es la electricidad estática

Las explicaciones básicas suelen indicar que la electricidad estática se produce como resultado de un desequilibrio entre cargas positivas y negativas en objetos o materiales. Esto normalmente se debe al contacto y la separación (o movimiento) de un material contra otro, lo que provoca la transferencia de cargas negativas, o electrones, entre los materiales. El material que pierde electrones adquiere carga positiva, y el material que gana electrones adquiere carga negativa. Este desequilibrio genera un campo eléctrico medible capaz de influir en otros objetos. 

Aunque los electrones desplazados pueden acumularse en la superficie del objeto receptor, tienden a permanecer inmóviles hasta que se liberan, es decir, se descargan. Así, obtenemos una carga eléctrica en reposo, o, dicho de otro modo, electricidad “estática”.

Esta formación de carga electrostática se conoce como carga triboeléctrica. La carga electrostática se mide en culombios. Un culombio (C) es una unidad de carga eléctrica del Sistema Internacional de Unidades (SI) equivalente a la cantidad de electricidad transportada por una corriente de un amperio en un segundo. No obstante, lo más habitual es expresar la carga estática como la intensidad del campo eléctrico, o tensión superficial, del material que se está midiendo.

La carga triboeléctrica puede afectar, en cierta medida, a casi todos los materiales, incluidas las partículas de agua y hollín presentes en la atmósfera, así como al cuerpo humano. Tanto usted como su perro o gato pueden experimentarla juntos con solo tocarse después de caminar sobre una alfombra en un día seco de invierno.

El problema de la ESD

Como hemos mencionado, las cargas de electricidad estática pueden acumularse en la superficie de un objeto hasta que se dan las condiciones para que se liberen, es decir, se descarguen repentinamente. La ESD es la transferencia rápida de carga electrostática de un objeto a otro. Básicamente, la ESD se produce cuando un cuerpo cargado se vuelve repentinamente eléctricamente neutro. La cantidad de esta carga transferida se ve afectada por las propiedades de los materiales que componen los objetos, el área de contacto entre ellos, la humedad relativa del aire y la velocidad de separación de los objetos, entre otros factores.

La carga transferida suele fluir a través de una chispa entre los dos objetos conductores a medida que se acercan entre sí. Este efecto se conoce desde hace cientos de años y puede provocar problemas graves si no se controla. Por ejemplo, durante siglos los ejércitos han utilizado dispositivos y materiales, como los frascos de pólvora de latón, para evitar que la ESD encienda accidentalmente la pólvora en el campo. 

Además de la fabricación de municiones y explosivos, la carga estática y la ESD también pueden afectar a operaciones en los sectores farmacéutico, petroquímico, textil, de pintura, de plásticos, de impresión y en muchas otras áreas. El desarrollo y la continua miniaturización de los dispositivos electrónicos modernos también han incrementado los efectos negativos de la ESD en todos los niveles de la cadena de suministro electrónica. Esto puede afectar negativamente al rendimiento del producto, el costo, la calidad, la fiabilidad y, en última instancia, la rentabilidad. 

Efecto de la ESD en la electrónica

La ESD puede causar daños en muchos componentes electrónicos diferentes, provocando que no cumplan con las especificaciones publicadas o incluso ocasionando el fallo total del dispositivo. Los componentes susceptibles pueden ir desde simples diodos hasta costosos circuitos integrados (CI). Las tensiones de ESD pueden variar desde unos pocos voltios hasta kilovoltios, pero incluso descargas de 100V o menos pueden causar problemas. Basta con considerar que simplemente al recoger una bolsa de plástico de una mesa de trabajo se pueden generar entre 1200 y 20 000 voltios para darse cuenta de la magnitud del problema.

En los dispositivos de CI, el flujo de corriente de la ESD puede perforar los chips y causar daños en los contactos y en las interfaces, además de quemaduras. Los daños causados por la ESD también pueden aumentar la generación de calor en los CI y provocar daños térmicos en los componentes cercanos de la placa.

La acumulación de carga estática en un dispositivo también implica que se genera un campo electrostático y líneas de fuerza a su alrededor. Otros dispositivos conductores que se acerquen a este campo pueden polarizarse por inducción. Si otro dispositivo susceptible a la ESD entra en el campo mientras está conectado a tierra, puede producirse una transferencia de carga.

El daño por ESD a componentes sensibles suele deberse a la descarga desde un material o una persona hacia un dispositivo susceptible, a la descarga desde un dispositivo susceptible, o a cargas inducidas por el campo. Que se produzca o no el daño depende de la capacidad del dispositivo susceptible para soportar la tensión involucrada o de su capacidad para disipar la energía de la descarga. Analizamos algunas de las soluciones actuales de prevención y mitigación de la ESD en un artículo aparte.

Tipos de daños en componentes provocados por la ESD

Los tipos de daños en componentes que puede provocar un evento de ESD incluyen:

• Fallos paramétricos: cuando un evento de ESD altera uno o más de los parámetros de rendimiento indicados del componente afectado, pero no lo deja no funcional.
• Fallo catastrófico: se produce cuando un evento de ESD daña por completo el componente susceptible y lo deja no funcional.
• Daño latente: daño en el componente causado por ESD que no se detecta mediante medición o inspección visual, pero que puede eventualmente provocar la degradación y el fallo del dispositivo debido al estrés operativo sobre el componente y a la reducción de su vida útil.

Más información

Nuestros amigos de CircuitBread cuentan con mucha información útil sobre cómo trabajar con componentes electrónicos, incluida la puesta a tierra y la protección de circuitos. Puede consultar sus contenidos en www.circuitbread.com. También recomendamos revisar lo que CircuitBread tiene que decir al respecto: ¿Qué es una descarga electrostática?

También puede ampliar sus conocimientos sobre ESD con nuestro artículo «Cómo prevenir las descargas electrostáticas», disponible en este sitio web. 

Resumen

Prácticamente todos los materiales, así como los seres humanos, pueden acumular una carga estática capaz de dañar objetos al liberarse repentinamente. La magnitud de esta carga depende de la composición de los materiales, la velocidad de su contacto y separación, la humedad del aire y otros factores. 

La ESD puede dañar dispositivos, incluidos los componentes electrónicos. Este daño puede producirse en cualquier punto de la cadena de suministro, desde la fabricación hasta las pruebas, la manipulación, el envío y la posterior instalación en otro sistema o servicio en el campo. Este daño puede resultar costoso, no solo en términos de los componentes dañados en sí, sino también en la reparación y el reprocesamiento de la placa de la que forman parte. La susceptibilidad a la ESD puede variar ampliamente según el tipo de componente. Los procedimientos y sistemas de prevención y mitigación de la ESD son útiles y se tratan en otro artículo de este sitio web.