ESD es una abreviatura que se encuentra a menudo en entornos industriales. Estas tres letras significan «descarga electrostática».

En nuestra vida cotidiana, es casi seguro que todos hemos experimentado alguna vez lo que se siente al sufrir una descarga electrostática, por ejemplo, al tocar el pomo metálico de una puerta o al dar la mano a alguien. ¡Entonces, literalmente, recibes una descarga! Comencemos por definir qué es una descarga electrostática. Una descarga electrostática de este tipo es el resultado de la igualación incontrolada de cargas eléctricas entre dos objetos cargados con voltajes diferentes. El umbral de percepción humana de esta descarga es de unos 3500 voltios. Si bien un voltaje de esta magnitud es desagradable pero no peligroso para los seres humanos, la historia es diferente para los componentes sensibles a las ESD (ESDS = sensibles a las descargas electrostáticas). Incluso una descarga de 5 voltios es suficiente para causar un defecto, y este tipo de daños a menudo solo se detectan en una fase posterior. Esto puede dar lugar, por ejemplo, a la recepción de reclamaciones oficiales. Por lo tanto, las empresas que producen o procesan componentes de este tipo deben prestar mucha atención a las ESD y a las medidas de seguridad adecuadas contra las ESD, incluyendo tanto un concepto de seguridad integral como el uso de componentes seguros contra las ESD.

¿Cómo se produce exactamente una descarga electrostática (ESD)?

Es muy común que se acumulen cargas electrostáticas cuando dos materiales con diferentes potenciales electrostáticos se rozan entre sí o se separan. Sin embargo, esto también puede ocurrir simplemente cuando entran en contacto entre sí. Esto también se conoce como efecto triboeléctrico, que toma su nombre de la serie triboeléctrica (véase más abajo). Esta serie indica la fuerza y la polaridad de la carga de un material. En otras palabras, se aprecia inmediatamente qué materiales tienden a ceder electrones y a cargarse positivamente. Cuando se acumula una carga electrostática, los materiales del extremo positivo de la serie triboeléctrica transfieren electrones a los materiales del extremo negativo. Lo contrario ocurre en el extremo negativo de la serie.

Muchos de estos materiales «positivos» se utilizan en la producción industrial. Por lo tanto, garantizar una protección adecuada durante la fabricación y la manipulación de componentes sensibles a las descargas electrostáticas es una prioridad absoluta. En este sentido, es importante tener en cuenta que la carga también puede transferirse a través de materiales cercanos que ya estén cargados. Incluso cuando las personas caminan con normalidad, a menudo acumulan carga electrostática. Su calzado roza el suelo, especialmente teniendo en cuenta que las suelas se separan del suelo con cada paso. Estos procesos triboeléctricos generan un voltaje que pasa a nuestro cuerpo a través de la ropa y se almacena en diversos lugares, como la piel y el cabello. Las prendas que llevamos puestas y que actúan como aislantes, como el caucho sintético y las suelas de plástico, aumentan aún más este efecto. Por consiguiente, el calzado de trabajo normal no ofrece una protección ESD adecuada.

Importancia y consecuencias de los daños causados por ESD para las empresas

Los daños causados por descargas electrostáticas (ESD) en los componentes electrónicos suelen producirse por contacto entre personas y aparatos electrónicos (por ejemplo, a través de las manos o herramientas) o al tocar componentes cargados. Prácticamente todos los tipos de sistemas electrónicos con circuitos integrados están expuestos al riesgo de ESD. Estos sistemas contienen una combinación de múltiples elementos semiconductores electrónicos, como transistores, diodos y otras piezas activas y pasivas, que están unidos entre sí. Debido a las rutas y estructuras microscópicas de los circuitos de los componentes electrónicos, incluso los voltajes relativamente bajos resultantes de la ESD tienen consecuencias devastadoras. La compensación de potencial asociada es similar a un pequeño rayo. Otro factor a tener en cuenta es que la creciente miniaturización de los componentes electrónicos hace que los circuitos sean cada vez menos resistentes. Como resultado, la seguridad frente a la ESD será aún más importante en el futuro.

Ejemplo de las consecuencias de daños por ESD no detectados

Debido a que la ESD es «invisible», los daños causados por ella a menudo solo se detectan en una fase muy tardía. El ejemplo que se describe a continuación es un escenario realista. La fricción entre el suelo y las suelas de un empleado que camina por un taller ha acumulado una carga electrostática corporal de unos 1500 voltios. En cuanto el empleado toca un componente electrónico durante el proceso de embalaje, se produce una descarga incontrolada en el sistema electrónico y se daña una de las vías de circuito microscópicas de un chip. Sin embargo, como la tensión de descarga era inferior a 3500 voltios, pasa totalmente desapercibida, pero 50 voltios ya son suficientes para causar algún daño. Dado que la ruta del circuito solo sufrió daños leves, permanece intacta durante un cierto periodo de tiempo. En consecuencia, este defecto tampoco se detecta durante el proceso de control de calidad. Tras la entrega al cliente, todo funciona perfectamente al principio.

Con el tiempo, los pulsos de corriente durante el funcionamiento normal empeoran progresivamente el daño causado por la ESD. La ruta del circuito acaba dañándose hasta tal punto que provoca un cortocircuito. El problema principal es el largo retraso con el que se manifiesta el daño. El fallo se produce en un punto muy crítico del proceso de producción. Con un daño de este tipo, normalmente se tarda unas ocho horas en identificar y sustituir la pieza defectuosa. En virtud de su garantía, el fabricante está obligado a sustituir el componente, lo que le supone un coste adicional. Sin embargo, esa no es la única consecuencia de los daños causados por las descargas electrostáticas. La confianza del cliente en la empresa también se ha visto muy afectada. En consecuencia, es posible que este cliente busque un fabricante alternativo. Es especialmente importante no subestimar la pérdida de imagen y confianza asociada a los daños causados por las descargas electrostáticas.

Foco en el área protegida contra descargas electrostáticas (EPA)

Esto plantea la pregunta de cómo se pueden prevenir los daños causados por la ESD y sus consecuencias. Se requiere un concepto integral de seguridad ESD, que incluya la designación de un coordinador central de ESD, la formación adecuada del personal y la comprobación periódica de la función de seguridad ESD. Nuestro informe técnico gratuito «Las 10 reglas de oro de la seguridad ESD» le ofrece toda la información que necesita saber sobre lo que debe incluir un concepto de seguridad ESD. En esta publicación, nos centramos en el área protegida contra la electricidad estática (EPA), ya que ilustra claramente los principios básicos de la seguridad ESD. Los componentes electrónicos deben manipularse y montarse siempre en un área de este tipo, donde todos los materiales utilizados deben ser disipadores electrostáticos y estar conectados a tierra con el mismo potencial. Esto significa que se pueden prevenir específicamente las cargas electrostáticas y las diferencias de potencial. Básicamente, las EPA pueden ser desde una sola estación de trabajo o un espacio definido hasta un edificio completo.

El práctico configurador gratuito de bancos de trabajo de item facilita la definición de una zona de protección contra descargas electrostáticas (EPA) para un banco de trabajo concreto, que luego se visualiza. La herramienta en línea indica expresamente cuándo se colocan componentes no seguros contra descargas electrostáticas en esta zona. Lo contrario de una EPA también tiene su propio término y abreviatura. Se conoce como zona no protegida (UPA). Mientras que el acceso a esta zona no protegida es libre, solo el personal cualificado y los visitantes debidamente informados y con el equipo de protección necesario pueden entrar en una EPA. Solo el personal cualificado está autorizado a manipular componentes sensibles a las descargas electrostáticas. Dentro de la EPA se aplican normas especiales de embalaje a los componentes sensibles a las descargas electrostáticas. Si por motivos relacionados con el proceso es necesario utilizar materiales en los que se pueden acumular cargas electrostáticas dentro de la EPA, su campo electrostático no debe superar los 100 V/cm. De lo contrario, la intensidad del campo debe reducirse tomando medidas adicionales, como la ionización o el aumento de la humedad.

El área protegida electrostáticamente (EPA) debe estar claramente delimitada del área no protegida (UPA).

Suelos y calzado de trabajo para proteger contra descargas electrostáticas incontroladas.

Los suelos ESD son una parte esencial de cualquier EPA. Se establece una conexión conductiva a tierra para garantizar que las cargas electrostáticas se disipen de forma segura. La norma DIN EN 61340-5-1 ff. estipula que un suelo instalado de forma permanente debe constar de varias capas, con múltiples tiras de cobre que garanticen la descarga a tierra. Las empresas pueden elegir entre suelos ESD instalados de forma permanente y suelos ESD temporales. Ambas opciones tienen sus ventajas y desventajas. Un suelo permanente dura mucho tiempo, sus propiedades permanecen inalteradas y, en algunos casos, tiene una capacidad de carga extremadamente alta, pero es relativamente caro. Los revestimientos de suelo temporales son más asequibles y permiten realizar cambios rápidamente en áreas que ya han sido acondicionadas. Sin embargo, tienen una baja capacidad de carga, sobre todo teniendo en cuenta que su vida útil es limitada. Por lo tanto, la elección depende totalmente de la situación específica.

Dada su gran relevancia para la seguridad ESD, los suelos ESD deben mantenerse siempre en perfectas condiciones. Es importante tener en cuenta que los productos de limpieza y cuidado de suelos a base de cera no son adecuados. El calzado de trabajo con protección ESD también es de vital importancia. Al fin y al cabo, si no hay contacto eléctrico entre una persona y un suelo ESD conductivo y conectado a tierra, no se logrará el efecto deseado. El calzado normal, incluido el calzado de trabajo, suele actuar como aislante. Por el contrario, el uso de calzado conductor y seguro contra ESD o de correas de conexión a tierra establece una conexión conductora entre el cuerpo y el suelo ESD. Esto disipa de forma segura las cargas electrostáticas que se acumulan al caminar. La conexión eléctrica conductora del personal a través de su calzado de trabajo debe comprobarse diariamente. Para ello se utilizan comprobadores de conexión a tierra del personal (PGT).

Productos especiales para uso en la EPA

Huelga decir que lo que se aplica en general a la EPA es obligatorio para las mesas de trabajo situadas en esta zona. En la medida de lo posible, no deben utilizarse materiales en los que se puedan acumular cargas electrostáticas en la zona de manipulación. Si es imprescindible utilizar teléfonos o terminales informáticos, es absolutamente vital mantener distancias de seguridad con respecto a la zona de manipulación. En términos generales, toda la zona de trabajo debe estar conectada a tierra y ser disipadora de electricidad estática. Esto se aplica en particular a:

• Bancos de trabajo
• Sillas
• Cajoneras bajo banco
• Cajones
• Estanterías
• Carros de transporte

Las mesas de trabajo ESD de item, por ejemplo, están equipadas con un tablero conductor de volumen. En un tablero ESD, la conductividad de volumen se consigue utilizando aglomerado que incorpora polvo de grafito. La capa de recubrimiento del tablero también tiene una conductividad de volumen total gracias a sus partículas a base de carbono. Las alfombrillas ESD también son adecuadas para operaciones de manipulación en áreas pequeñas. Además, se debe usar una muñequera ESD para la conexión a tierra del personal cuando se trabaja en un banco de trabajo ESD. Todos los componentes, desde la superficie de la mesa hasta los accesorios, están conectados a tierra a través del marco de la mesa.

Los contenedores de piezas, las cajas de almacenamiento, las cubiertas y las herramientas también deben estar fabricados con material disipador de electricidad estática. Las herramientas como destornilladores, soldadores y dispositivos de medición entran en contacto directo con componentes sensibles a las descargas electrostáticas. Si son disipadores de electricidad estática, cualquier carga que se acumule puede disiparse de forma controlada. Por cierto, al igual que el calzado de trabajo normal, las sillas de oficina representan un factor de riesgo significativo desde el punto de vista de la seguridad ESD. Debido a la gran cantidad de materiales utilizados para fabricar estas sillas, a menudo no son disipadores electrostáticos. Por lo tanto, la norma DIN EN 61340-5-1:2009; Parte 5-1 (Suplemento 1) estipula que solo se pueden utilizar asientos (sillas) electrostáticamente seguros cuando se trabaja en una EPA.

Carros de transporte y suministro de materiales con protección ESD

Con fricción y movimiento por todas partes, proteger los componentes electrónicos durante el transporte y el almacenamiento es especialmente importante. La seguridad ESD se puede garantizar utilizando embalajes protectores especiales, contenedores adecuados y, sobre todo, carros de transporte y suministro de material que disipen la electricidad estática. Los perfiles y la tecnología de fijación de item son generalmente ideales para diseños que disipan la electricidad estática, ya que están fabricados en aluminio. Además, hay disponibles numerosos componentes que se han desarrollado específicamente para proteger contra descargas electrostáticas incontroladas. Accesorios como las cadenas portacables ESD y las ruedas antiestáticas proporcionan a los carros de transporte una protección adicional. Como principio básico, las mesas de trabajo y los equipos de fábrica ESD-safe de item se someten a una medición de control antes de su entrega para evaluar su capacidad de disipar las cargas electrostáticas.

La cadena portacables ESD del carro de transporte (izquierda) garantiza un contacto continuo con el suelo. De este modo, también aquí se pueden evitar descargas electrostáticas incontroladas.