UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROTEÇÃO E CONTROLE NA FABRICAÇÃO E MANIPULAÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS A ESD (DESCARGAS ELETROSTÁTICAS). Área de Engenharia Elétrica e Telecomunicações por Luiz Marcelo C. Ribeiro Eduardo José Sartori, Prof. MSc. Orientador Campinas (SP), dezembro de 2007

2 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROTEÇÃO E CONTROLE NA FABRICAÇÃO E MANIPULAÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS A ESD (DESCARGAS ELETROSTÁTICAS). Área de Engenharia Elétrica e Telecomunicações por Luiz Marcelo C. Ribeiro Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica para análise e aprovação. Orientador: Prof. MSc Eduardo José Sartori. Campinas (SP), dezembro de 2007

3 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho a minha esposa Andresa e a meu filho Lucas, pela participação, compreensão e motivação.

4 AGRADECIMENTOS Agradeço meu professor e orientador Eduardo José Sartori pela dedicada orientação para a realização deste trabalho. Agradeço também meus colegas de graduação e trabalho que participaram direta ou indiretamente na realização deste trabalho. Em especial aos engenheiros Carlos Braga, Luis Carlos Freitas Junior, Mauro Nunes Martins, José Sponchiato Junior e a Nelson Schuertz, Pedro Franco e Anderson Arlei Belmonte. iv

5 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS... vii LISTA DE FIGURAS... viii LISTA DE TABELAS... ix RESUMO... x ABSTRACT... xi 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA ELETRICIDADE ESTÁTICA CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS Resistividade e resistência SÉRIE TRIBOELÉTRICA DESCARGA ELETROSTÁTICA TIPOS DE FALHAS Falha catastrófica Falha latente TRANSFERENCIA DE ENERGIA DE UMA DESCARGA ELETROSTATICAS MODELOS E MÉTODOS DE ENSAIO PARA ESD Modelo do corpo humano Modelo de máquina Modelo do dispositivo carregado TIPOS DE EVENTOS ESD Descarga para o CI (ou equipamento eletrônico) Descarga para o CI (ou equipamento eletrônico) para outro objeto Descarga por campo induzido SENSIBILIDADE À ESD CONTROLE: PRINCÍPIOS E DIRETIVAS PRINCÍPIOS BÁSICOS Incluir a proteção no projeto de componentes Reduzir o carregamento Dissipar e/ou neutralizar a carga Evitar contato direto com partes expostas dos produtos DIRETIVAS DE CONTROLE Nomear um coordenador e criar várias equipes Identificar as perdas por ESD Entender os processos e perceber as necessidades v

6 Justificar o programa de controle contra ESD Obter apoio da alta gerência Implementar o programa Treinar Manter a qualidade do programa IMPLEMENTANDO O CONTROLE MATERIAIS E DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Pulseiras Roupas Pisos, calçados, biqueiras, calcanheiras, carrinhos, cadeiras e agentes antiestáticos Áreas de trabalho protegidas contra ESD (APESD) Embalagens Materiais de escritório IONIZAÇÃO ATERRAMENTO INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO IDENTIFICAÇÕES Símbolo de suscetibilidade à ESD UMIDADE DO AR FERRAMENTAS ESTUDO DE CASO OBJETIVO DO ESTUDO DESCRIÇÃO DA EMPRESA ONDE FOI FEITO O ESTUDO ESTIMATIVA DE PERDAS POR ESD CUSTOS DE MONTAGEM DE UMA ÁREA APESD CUSTO EM US$ / M² PARA MONTAGEM DE UMA ÁREA APESD VERIFICAÇÕES PERIÓDICAS AUDITORIA NORMAS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GLOSSÁRIO ANEXO 1 Anotação de responsabilidade técnica vi

7 LISTA DE ABREVIATURAS APESD CI CDM ESD ESDS HBM MM TCC USF Área protegida contra ESD Circuito Integrado Modelo de Dispositivo Carregado (Charged Device Model) Descarga Eletrostática (Electrostatic Discharge) Item sensível a ESD (ESD Sensitive) Modelo de Corpo Humano (Human Body Model) Modelo de Máquina (Machine Model) Trabalho de Conclusão de Curso Universidade São Francisco

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Forma de onda típica de uma descarga eletrostática Figura 2: ESD Direta em componente Figura 3: ESD indireta em componente Figura 4: HBM (Human Body Model) Figura 5: Esquema básico do corpo humano [12] Figura 6 : Pulseira de aterramento, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 7: Dedeiras antiestáticas, jaleco e luvas, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 8 : Calcanheira condutiva dupla face, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 9: Biqueira condutiva reforçada e tira condutiva, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 10 : Carrinho antiestatico, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 11: Superfície condutiva, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 12 : Superfície condutiva interligada entre si e ao aterramento Figura 13: Piso antiestático tipo paviflex, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 14: Piso antiestático e fita de identificação de área protegida, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 15: Manta para uso em campo, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 16 : Área controloda APESD, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 17:Embalagens antiestáticas, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 18: Ionizador de ar, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 19: Cortina de ar ionizado, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 20: Caixa com barra de equipotencial dentro de uma célula APESD, fonte: Eletrocamp Const. Elet. Ltda Figura 21: Medidor de resistência elétrica superficial, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 22: Medidores de equipamentos pessoais 1, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 23: Medidores de equipamentos pessoais 2, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 24: Símbolo de suscetibilidade à ESD, fonte : ESD Systems Figura 25: Símbolo e mensagem de alerta, fonte: Henderson Ind. e Com. Ltda Figura 26: Fitas de proteção e sinalização antiestáticas, fonte: Henderson Ind. e com. Ltda... 40

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Exemplo de série triboelétrica... 6 Tabela 2. Sensibilidade à ESD Tabela 3. Classes de sensibilidade à ESD (norma ESD STM para modelo do corpo humano) Tabela 4. Classes de sensibilidade à ESD (norma ANSI/ESD S para o modelo de máquina) Tabela 5. Classes de sensibilidade à ESD (norma EOS/ESD DS para o modelo do dispositivo carregado) Tabela 6: Efeitos de correntes elétricas nos seres humanos Tabela 7: Composição de custo por m² para montagem de uma APESD... 43

10 RESUMO C. RIBEIRO, Luiz Marcelo. PROTEÇÃO E CONTROLE NA FABRICAÇÃO E MANIPULAÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS A ESD (DESCARGAS ELETROSTÁTICAS). Campinas, Ano 2007 f. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade São Francisco, Campinas, Ano A eletricidade estática há tempos tem sido considerada um problema, podendo causar desde explosões em depósitos de munição em minas de carvão, até danos, para nós imperceptíveis, tais como prejuízos a componentes eletro-eletrônicos com conseqüente redução da confiabilidade dos mesmos [11]. O desenvolvimento de procedimentos de segurança, mecanismos de proteção e treinamento de pessoas que trabalham com equipamentos sensíveis a descargas eletrostáticas, é fundamental para evitar redução dos lucros, atender as metas empresariais e garantir menor risco para a segurança das pessoas. Esse trabalho apresenta conceitos para proteção, controle e manipulação de equipamentos eletrônicos sensíveis a ESD, propondo-se como uma ferramenta de consulta para implementação de um local APESD (Área protegida contra ESD). Para tanto, serão explorados conceitos de eletricidade estática e de descarga eletrostática, princípios de controle, apresentação de equipamentos e procedimentos que podem ser utilizados, com informações sobre treinamento e normatização. Palavras-chave: ESD, ESDS, APESD, DESCARGAS ELETROSTÁTICAS.

11 ABSTRACT The static electricity has times has been considered a problem being able to cause since explosions in ammunition deposits in mines until damages for imperceptible we as damages the electroelectronic components as well as reducing the trustworthiness of the same ones. The development of procedures of security, mechanisms of protection and training of people who work with sensible equipment the electrostatic discharges is basic to prevent profitability reduction and to take care of to the goals company and to guarantee minor risk for the security of the people. This work presents concepts for protection, control and manipulation of sensible electronic equipment. Generating a tool of consultation for implementation of a place APESD (Area protected against ESD). For in such a way concepts of static electricity and electrostatic discharge, principles of control, equipment presentation and procedures that can be used, with information on training and normatizacion will be explored Keywords: ESD, ESDS, APESD

12 1. INTRODUÇÃO A eletricidade estática é objeto de grande preocupação em áreas como refinarias, aeroportos, montadoras de automóveis, gráficas, tecelagens, fábricas de remédio e local onde são manipulados equipamentos eletro-eletrônicos. Até mesmo no espaço ocorrem problemas com satélites, provocados pela eletricidade estática [11]. Cargas estáticas podem ser geradas de várias maneiras. Entre elas podemos citar eletrização por contato, eletrização triboelétrica, eletrização por indução. Compreendendo os mecanismos da eletrização estática, torna-se mais fácil evitar o acúmulo de cargas estáticas, ou então, reduzi-las a níveis seguros. Atualmente, com a larga utilização de materiais sintéticos altamente isolantes, tanto na cobertura de pisos, mesas, cadeiras, roupas, sapatos e em quase todos os objetos de utilização diária, o aparecimento de eletricidade estática tem sido muito freqüente, pois nessas situações, as cargas elétricas não podem ser escoadas. Dentre todos os processos de geração de carga estática, o mais comum é o carregamento triboelétrico, o qual é causado pelo atrito entre duas superfícies dielétricas, por exemplo. A quantidade de carga gerada por esse processo depende de muitos fatores, como a área de contato, pressão de contato, umidade relativa e velocidade com que uma superfície é atritada sobre a outra [11]. Os danos por ESD em componentes semicondutores de um produto eletrônico podem ocorrer desde a etapa de sua fabricação até sua instalação no usuário final. Normalmente resultam no manuseio inadequado em áreas com pouco ou nenhum controle contra ESD [11]. Um defeito por ESD é um sério inconveniente, principalmente, quando só observado depois do produto chegar ao cliente, porque sua qualidade ficou comprometida por uma falha nem sempre evidente. As medidas de proteção podem ser resumidas na seguinte recomendação: evite descarregamento eletrostático sobre componentes sensíveis [13].

13 1.1. OBJETIVOS Os objetivos do presente trabalho são: A geração de um manual orientativo para projeto e implementação de locais APESD. Conceituar eletricidade estática, descarga eletrostática, materiais, resistividade, tipos de carregamento, tipos de falha, modelos de ensaio, tipos de eventos, proteções físicas de pessoal e equipamentos, ionização, aterramento, instrumentos de medição, implementação de controle e treinamento de pessoal. Apresentar um glossário, normas relacionadas, verificações necessárias sobre ESD. Apresentar um estudo de caso, baseado na implementação real de um sistema completo de controle antiestático, em uma indústria de fabricação de placas-mãe para computadores, com estudo detalhado da relação custo x benéfico dessa operação METODOLOGIA O presente trabalho foi efetuado através das seguintes etapas: Pesquisas técnicas em normas Brasileira e Internacionais, livros, artigos e manuais de fabricantes de equipamentos sobre APESD, ESDS e ESD. Definição dos conceitos de controle e implementação de APESD. Descrição e justificativa para a implementação de controle de ESD. Apresentação de um estudo de caso com custos atuais e reais de implementação. 2

14 2. ELETRICIDADE ESTÁTICA Eletricidade estática é definida como a carga elétrica resultante do desbalanceamento de elétrons na superfície de um material. O desbalanceamento gera um campo elétrico que pode afetar outros objetos à distância [1]. A eletricidade estática é mais freqüentemente criada pelo contato e separação de dois corpos. Um exemplo típico é o caso de uma pessoa andando sobre carpete de material sintético. O carregamento é gerado a partir do contato e posterior separação entre a sola do sapato e o carpete. A intensidade da carga depende de variáveis tais como as características dos materiais envolvidos no evento de contato e separação, a velocidade de separação e a área de contato, além de variáveis ambientais como temperatura, quantidade de partículas no ar e, principalmente, a umidade do ar [13]. O acúmulo de cargas produzido a partir do contato e separação entre objetos é chamado de carregamento triboelétrico. Os átomos de um objeto sem carga eletrostática têm o mesmo número de elétrons e prótons. No carregamento triboelétrico o contato e separação entre os objetos faz com que ocorra transferência de elétrons e, conseqüentemente, o desbalancemanto. Em outras palavras, um dos corpos ganha elétrons e o outro perde. O corpo que perde os elétrons fica carregado positivamente e o que recebe os elétrons fica carregado negativamente. Praticamente todos os materiais, até mesmo a água e a sujeira do ar, podem efetuar um carregamento triboelétrico [11]. Existem outras formas de um objeto ficar carregado como, por exemplo, por indução, e bombardeamento de íons. Porém o carregamento triboelétrico é o mais comum.

15 2.1. CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS Resistividade e resistência As características elétricas que são usadas na identificação dos tipos de materiais são as resistividades e a resistências superficiais e volumétricas. Tais parâmetros são encontrados a partir de medições efetuadas com instrumentos especiais, tais como o Megôhmetro. Pela norma NBR [7], tem-se as seguintes definições: Resistividade superficial: Quociente entre o campo elétrico em corrente contínua, e a densidade elétrica em corrente contínua, e a densidade linear da corrente na camada superficial do material isolante. Na prática é tida como a resistência superficial reduzida para a de uma área quadrada. Resistência superficial: Quociente entre a tensão contínua aplicada entre dois eletrodos colocados na superfície do corpo de prova e a corrente entre os eletrodos em um dado tempo de eletrificação, negligenciando a possibilidade do fenômeno de polarização nos eletrodos. Resistividade volumétrica: Quociente entre o campo elétrico em corrente contínua e a densidade de corrente normal de equilíbrio através do material isolante. Na prática isto é tomado como resistência volumétrica reduzida para a de um cubo de volume unitário Resistência volumétrica: Quociente da tensão contínua (VCC) aplicada entre dois eletrodos em contato em faces opostas com o corpo de prova e a corrente normal de equilíbrio entre os eletrodos, excluindo a corrente superficial e negligenciado a possibilidade do fenômeno de polarização nos eletrodos. 4

16 2.1.2 MATERIAIS ISOLANTES Um material que impede ou limita fortemente o fluxo de elétrons é chamado de isolante ou dielétrico. Como o isolante não facilita o fluxo de elétrons, cargas negativas e positivas podem existir na superfície do material simultaneamente, porém em partes distintas e especificamente localizadas. Pela norma NBR 14163[7] a definição de material isolante é: Material que possui resistividade superficial maior que 1 x Ω.m ou resistividade volumétrica maior que 1x10 11 Ω.cm MATERIAIS CONDUTIVOS Um material que facilita o fluxo de elétrons é chamado de condutivo ou condutor. Quando um material condutivo é carregado, a carga é rápida e uniformemente distribuída pela sua superfície e ele fica carregado até que entre em contato com algum outro objeto quando então os elétrons são rapidamente transferidos. Se o material condutivo for aterrado o desbalanceamento será rapidamente neutralizado pelo fluxo de elétrons de ou para o terra. Pela norma NBR 14163[7], a definição de material condutivo é: Material que possui resistividade superficial nenor que 1x10Ω.m ou resistividade volumétrica menor que 1 x 10Ω.cm MATERIAIS DISSIPATIVOS São materiais que possuem características de resistividade entre a dos isolantes e a dos condutivos. Nesses materiais ocorre fluxo de elétrons, porem limitados pela resistência de superfície. A definição da norma NBR [7] para material dissipativo é: Material que possui resistividade superficial entre 1x10 e 1x10 Ω/m ou resistividade volumétrica entre 1x10 e 1x10Ωcm. 5

17 2.2. SÉRIE TRIBOELÉTRICA Quando dois materiais entram em contato e se separam, a polaridade e a magnitude da carga podem ser indicadas pela posição dos materiais em uma tabela chamada série triboelétrica (Tabela 1). O material que estiver mais acima na tabela ficará com carga positiva, e quanto mais distantes entre si estiverem os materiais, maior será a carga. Segundo a norma NBR14163 [7], da ABNT, a Série Triboelétrica é uma: Lista de substâncias ordenadas de forma que uma pode ser carregada positivamente quando atritada com outra colocada mais abaixo na lista. A maior utilidade da série é indicar o sinal da carga após a geração triboelétrica. Entretanto, esta série é derivada de materiais limpos e especialmente preparados e testados em condições bem controladas. Nas circunstâncias do dia a dia, materiais próximos entre si na série podem produzir cargas de polaridade oposta àquela esperada. Esta série é apenas um guia. Tabela 1. Exemplo de série triboelétrica + Asbesto Positivo Acetato Vidro Mica Cabelo Nylon Lã Chumbo Seda Alumínio Papel Algodão Âmbar Borracha dura Níquel Cobre Prata Latão Ouro, Platina Celulóide Acrílico Poliuretano Poliéster Polietileno Polipropileno PVC (Vinyl) Silício Negativo Teflon - Borracha de silicone 6

18 3. DESCARGA ELETROSTÁTICA Uma vez que dois corpos estejam carregados e seus potenciais sejam diferentes, se eles entrarem em contato, ou se aproximarem, ocorrerá uma transferência de carga que é denominada Descarga Eletrostática, mais conhecida por ESD (Electrostatic Discharge). Descargas com mais de 6KV normalmente podem ser vistas e descargas maiores que 3KV já podem ser percebidas como choques elétricos, porém descargas menores que 3KV normalmente são imperceptíveis para o ser humano e podem ser bastante destrutivas para itens sensíveis. Pela norma NBR14163 [7], um item sensível à ESD é denominado ESDS (ESD Sensitive), cuja definição é: Todo componente, circuito, dispositivo ou sistema eletrônico que pode ter suas características comprometidas por uma ESD.. E o local aonde um item ESDs pode ser manipulado com segurança é denominada APESD (Área Protegida contra ESD), cuja definição é: Área construída e equipada com materiais necessários para a proteção contra ESD e com equipamentos para limitar a tensão abaixo de níveis de suscetibilidade de itens ESDS lá manipulados. Com o rápido avanço nas tecnologias em microeletrônica, principalmente os CI se tornaram mais sensíveis a todo tipo de dano, em especial aos causados por transientes elétricos, dentre os quais as descargas eletrostáticas. Esse cenário dinâmico e evolutivo tem forçado o aparecimento de toda uma tecnologia de proteção contra transientes, a começar pela própria estrutura interna dos CIs que, na maioria das vezes, já contém circuitos específicos de proteção [5]. Na figura 1 é apresenta a forma de onda de corrente típica de uma descarga eletrostática ocasionada pelo toque de um ser humano eletricamente carregado em uma superfície aterrada [5]. 7

19 Figura 1. Forma de onda típica de uma descarga eletrostática TIPOS DE FALHAS Um dano causado por ESD em CI pode ocorrer em qualquer etapa desde a produção ao usuário final. Os danos normalmente resultam do manuseio em áreas com pouco ou nenhum controle contra ESD. Os danos geralmente são classificados como falha catastrófica ou falha latente Falha catastrófica Quando um CI subitamente deixa de funcionar devido a um evento ESD, diz-se que ocorreu uma falha catastrófica por ESD. Pode ter ocorrido um fusão de metalização, uma queima de junção ou uma perfuração da camada óxido, por exemplo. Esse tipo de falha pode ser detectada antes do produto sair da fábrica, desde que sejam feitos testes. Se o evento ESD ocorrer após o teste, a falha só será detectada quando o produto for posto em operação. Pela norma NBR [7], tem-se as definições: Falha catastrófica: Falha simultaneamente repentina e completa (NBR5462). 8

20 Fusão da metalização: Fusão de camadas de metal pela alta temperatura, proveniente de EOS (Electrical Overstress). Electrical Overstress: Fadiga catastrófica do material, provocado por tensão ou campo elétrico que ultrapasse os limites tolerados por este material. Queima de junção: Mecanismo de falha que altera drasticamente os parâmetros da junção pelo derretimento de metal ou difusão de impurezas, devido às temperaturas locais elevada. Perfuração da camada de óxido: Ruptura do dielétrico de uma camada de óxido em um semicondutor Falha latente De forma geral, um evento ESD produzirá um ponto de alta temperatura que provocará um dos fenômenos mencionados anteriormente, podendo causar a falha instantaneamente ou causando um dano que só irá se tornar uma falha no futuro, daí o nome de falha latente. Pela norma NBR14163 [7] tem-se que uma falha latente é uma: Falha oculta não imediatamente detectável. Geralmente a falha latente reduz drasticamente a vida útil do CI e, conseqüentemente, do produto final. Como o produto já estará em operação quando falhar, o custo torna-se muito grande, pois além de todo o processo de confecção do produto final, embalagem e transporte até o usuário, há os custos pela perda de produção (enquanto o equipamento estiver parado) e pelo reparo que por sua vez pode ser muito caro uma vez que envolve deslocamento de pessoal. Se o equipamento for responsável por alguma tarefa muito importante, esses custos podem ser altíssimos (ver estudo de caso) TRANSFERENCIA DE ENERGIA DE UMA DESCARGA ELETROSTATICAS A energia de uma descarga eletrostática pode ser transferida para o equipamento de duas formas básicas, descargas diretas e indiretas, conforme descrição abaixo [12]: 9

21 Descarga direta A corrente da descarga passa diretamente através do circuito vítima. Neste caso, mesmo que o equipamento não queime, pode haver a ocorrência de interferência eletromagnética. A Figura, apresentada a seguir, mostra a ocorrência de uma descarga eletrostática direta sobre um semicondutor.[12] Figura 2: ESD Direta em componente Descarga indireta Uma parte da energia da descarga é transferida para o equipamento vítima através de indução ou acoplamento capacitivo. A Figura abaixo apresenta uma descarga eletrostática indireta. No caso apresentado nesta imagem, a descarga sobre um capacitor terá pouco efeito sobre o componente, mas a indução ou o acoplamento capacitivo irão transferir uma parte da energia da descarga para o circuito integrado situado nas proximidades. Como este circuito opera com pequenos sinais elétricos, possivelmente ocorrerá interferência eletromagnética [12]. Figura 3: ESD indireta em componente 10

22 3.2. MODELOS E MÉTODOS DE ENSAIO PARA ESD Modelo do corpo humano Os componentes eletrônicos devem ser ensaiados a fim de que possam ser determinadas suas suscetibilidades à ESD. Para tal fim foram idealizados modelos de teste de sensibilidade sendo que o mais simples e popular é o que caracteriza uma pessoa tocando um item sensível. Um diagrama esquemático deste modelo é ilustrado na Figura 4. É também conhecido como HBM (Human Body Model) [11]. A capacitância C varia de 50 a 450 pf, conforme o tamanho da pessoa, a resistência R varia de 100 e 100KΩ, conforme as condições da pele da pessoa. Usualmente utiliza-se R=1,5KΩ e C=100pF. O modelo simula, através do fechamento da chave S, a descarga que ocorre quando uma pessoa carregada (ou seja, não protegida por pulseira ou calcanheira de aterramento, por exemplo) entra em contato com o componente eletrônico ou com a placa de circuito impresso. Figura 4: HBM (Human Body Model). 11

23 No momento de uma descarga eletrostática o corpo humano pode ser representado como um capacitor carregado com uma determinada energia. A Figura 5 apresenta o modelo elétrico básico do corpo humano [12]. Figura 5: Esquema básico do corpo humano [12] Nos locais não condutores, a proteção passiva contra contatos indiretos é garantida se uma pessoa não puder entrar em contato simultaneamente com duas massas ou com uma massa e um elemento condutor estranho à instalação. Caso tais elementos sejam suscetíveis de encontrarem-se em potenciais elétricos diferentes no caso de falha da isolação principal das partes vivas. Para isso o afastamento entre massas e elementos condutores não deve ser inferior a 2m [3] Modelo de máquina. É basicamente o Modelo do Corpo Humano (ver item 3.2.1) com R=0Ω e simula uma descargas provenientes de objetos como ferramentas, por exemplo, tipicamente usa-se C=200pF. 12

24 Encontra-se também a utilização de um pequeno indutor (L=0,5µH) no lugar do resistor. É conhecido como MM Machine Model Modelo do dispositivo carregado Modelo que simula uma descarga do componente eletrônico para partes metálicas do equipamento por onde ele está transitando. É conhecido por CDM Charged Device Model TIPOS DE EVENTOS ESD Basicamente existem três tipos de eventos que podem gerar uma falha catastrófica ou uma falha latente: uma ESD para o componente CI, uma ESD do CI para algum outro corpo e uma ESD por campo induzido Descarga para o CI (ou equipamento eletrônico) A descarga ocorre quando um corpo humano ou outro material carregado entra em contato com o CI ou com a placa de circuito impresso a que este está fixado. Uma descarga proveniente de um corpo humano pode ser simulada pelo HBM e uma descarga proveniente de um outro corpo como uma ferramenta poder ser simulada pelo MM Descarga para o CI (ou equipamento eletrônico) para outro objeto Em linhas de montagem automatizadas praticamente não há contato entre os CIs e pessoas, pelo menos é o que se espera, porém pode ocorrer descargas do CI para partes metálicas do equipamento por onde ele está transitando. O carregamento pode ocorrer quando o CI é retirado do alimentador (parte da linha de montagem que fornece os componentes) e a descarga pode ocorrer 13

25 quando a cabeça de inserção, (parte da linha de montagem que pega o CI e o coloca na placa de circuito impresso), tocar o CI. Esse tipo de evento é chamado de CDM ( Charge Device Model) e pode ser mais destrutivo que um evento HBM ou MM. Esse tipo de descarga tem uma duração muito curta, freqüentemente menor que 1 nanosegundo, porém o pico de corrente pode alcançar dezenas de Amperes, o que implica na ocorrência de pontos de alta temperatura, com conseqüentes danos por fusão de partes do semicondutor [5] Descarga por campo induzido Se um componente eletrônico é aproximado de um objeto carregado, o campo eletrostático desse objeto polarizar o componente, se este for aterrado enquanto em presença de campo, irá ocorrer um evento ESD SENSIBILIDADE À ESD Através da aplicação de métodos e normas de ensaios que visam a determinação de valores suportáveis por componentes e tecnologias, pode-se classificar estes dispositivos por suas sensibilidades à ESD. As tabelas 2, 3, 4 e 5 são bastante utilizadas. Tabela 2. Sensibilidade à ESD Tipo de dispositivo Sensibilidade à ESD (Volts) Vmos Mosfet, GaAsfet, Eprom JFET Op-Amp Diodo Schottky Resistor de filme Schottky TTL

26 Tabela 3. Classes de sensibilidade à ESD (norma ESD STM para modelo do corpo humano) Classe Faixa de tensão (V) A B C A B 8000 Tabela 4. Classes de sensibilidade à ESD (norma ANSI/ESD S para o modelo de máquina) Classe Faixa de tensão (V) M1 <100 M M M4 400 Tabela 5. Classes de sensibilidade à ESD (norma EOS/ESD DS para o modelo do dispositivo carregado) Classe Faixa de tensão (V) C1 <125 C C C C C C CONTROLE: PRINCÍPIOS E DIRETIVAS O controle de ESD é sabidamente fundamental para a qualidade dos produtos eletrônicos, mas por vezes é uma tarefa muito difícil. Uma forma de começar a abordar o assunto é através dos princípios e das diretivas de controle.[13] 4.1. PRINCÍPIOS BÁSICOS 15

27 Incluir a proteção no projeto de componentes Há diversas topologias de proteção interna dos componentes eletrônicos, porém o conceito é sempre o mesmo : deve-se drenar a descarga para fora do componente eletrônico sem alterá-lo funcionalmente. Isso significa que se gasta área de silício com componentes que não devem interferir na funcionalidade do componente, mas simplesmente protegê-lo [13] Reduzir o carregamento Dependendo da situação, a proteção interna existente nos componentes eletrônicos pode não ser suficiente. Em locais, onde o manuseio dos equipamentos, dispositivos ou componentes eletrônicos se faz necessário, deve-se procurar reduzir e até eliminar o carregamento elétrico. A lógica é simples: sem carga, sem descarga. Deve-se evitar o uso de matérias que facilmente se carregam triboeltricamente com plásticos comuns. Pode-se também utilizar produtos químicos que aplicados em superfícies reduzem a capacidade de carregamento delas [13] Dissipar e/ou neutralizar a carga Normalmente não se consegue eliminar todo o carregamento; portanto deve-se manter tanto quanto possível todo o ambiente no mesmo potencial, pois para ocorrer uma descarga deve haver diferença de potencial. Para isso utilizam-se caminhos para o terra como pisos dissipativos que, utilizados em conjunto com calçados condutivos, dissipam constantemente a carga ocasionada pelo deslocamento das pessoas. Carrinhos com rodas especiais fazem o mesmo com o transporte de objetos. Cadeiras, roupas e pulseiras condutivas ou dissipativas reduzem o carregamento causado pelo mero movimento das pessoas [13]. Quando a existência de materiais isolantes é indispensável (partes de máquinas ou do próprio produto que está sendo produzido, por exemplo) e uma vez que isolantes não podem ser aterrados, a ionização é uma solução, pois os íons produzidos pelo ionizador são atraídos pelas superfícies carregadas e lá colidem, neutralizando-as [13] Evitar contato direto com partes expostas dos produtos O produto final pode possuir partes expostas que sejam caminhos até as partes sensíveis. Essas partes expostas devem ser protegidas com um aterramento que impeça a descarga de atingir as partes sensíveis ou isoladas por meio de embalagens especiais [13]. 16

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