Medidas Antiestáticas en Salas Limpias

1. Generación y Peligros de la Electricidad Estática

La electricidad estática es el resultado del movimiento de electrones dentro o entre materiales (incluyendo polarización y conducción). Cuando dos materiales diferentes entran en contacto o están a una distancia muy corta (por ejemplo, 10–25 cm), los electrones atraviesan la interfaz debido al efecto túnel cuántico, lo que lleva al intercambio de electrones. Cuando se alcanza el equilibrio, se forma una diferencia de potencial entre los materiales, resultando en cantidades iguales de cargas positivas y negativas en cada lado de la interfaz. Si los materiales se separan después del contacto, llevarán cargas iguales pero opuestas. Este es el principio fundamental de la generación de electricidad estática.

La electricidad estática se genera principalmente de tres maneras:

• Carga Triboeléctrica : Cuando dos materiales diferentes entran en contacto o se frotan entre sí, los electrones se transfieren del material con menor capacidad de unión electrónica al que tiene una mayor capacidad de unión, provocando que un material se cargue positivamente y el otro negativamente.

• Carga Conductiva : En los conductores, los electrones se mueven libremente sobre la superficie. Cuando un conductor entra en contacto con un objeto cargado, los electrones se transfieren hasta alcanzar el equilibrio de carga, resultando en electricidad estática.

• Carga Inductiva : Cuando un conductor se coloca en un campo electrostático externo, los electrones se redistribuyen debido a la repulsión entre cargas iguales y la atracción entre cargas opuestas, causando un desequilibrio de carga y electricidad estática.

Desde los principios y métodos básicos de generación de electricidad estática, es evidente que muchas etapas en la producción y fabricación de productos electrónicos generales pueden generar electricidad estática. Durante la fabricación electrónica, operadores, mesas de trabajo, herramientas, componentes y embalaje pueden llegar a cargarse. Dondequiera que exista electricidad estática, ocurrirá un evento de ESD (Descarga Electroestática). Los principales riesgos incluyen la corriente de descarga instantánea induciendo ruido en los circuitos y causando fluctuaciones en los potenciales de tierra de referencia (por ejemplo, masa del producto, masa de señal), interfiriendo así en el funcionamiento normal del circuito.

Los riesgos de la electricidad estática tienen características únicas en comparación con los de un rayo o la interferencia electromagnética:

• Naturaleza Oculta : Los eventos de ESD suelen ser imperceptibles para los seres humanos, pero los componentes pueden dañarse sin que se note.

• Latencia y Efecto Acumulativo : Algunos componentes pueden experimentar una degradación del rendimiento tras la exposición a ESD sin fallar inmediatamente, pero podrían fallar más adelante durante su uso.

• Aleatoriedad : El daño por ESD puede ocurrir en cualquier etapa: producción, fabricación o mantenimiento, y durante el contacto con cualquier objeto cargado, lo que lo hace muy impredecible.

• Complejidad : A menudo se confunde el daño por ESD con otros tipos de fallos, lo que lleva a diagnósticos incorrectos.

En el ensamblaje de productos electrónicos, la electricidad estática afecta severamente la calidad del producto, el rendimiento y la fiabilidad. Se deben implementar medidas antiestáticas sistemáticas en salas limpias para minimizar los riesgos de ESD durante la producción.

2. Protección contra la electricidad estática

Una protección efectiva contra la electricidad estática generalmente sigue tres principios básicos:

1. Reducir o evitar la acumulación de cargas electrostáticas.

2. Establecer caminos seguros para la descarga electrostática.

3. Implementar sistemas de monitoreo electrostático necesarios y efectivos.

2.1 Sistema de puesta a tierra

Un sistema de puesta a tierra robusto es esencial para evitar la acumulación de carga y proporcionar caminos seguros para la descarga. La puesta a tierra electrostática implica conectar objetos cargados o objetos propensos a generar electricidad estática (no aislantes) a la tierra mediante conductores, asegurando que permanezcan al mismo potencial que el suelo. Esto acelera el movimiento y fuga de carga, liberando eficazmente las cargas estáticas para prevenir su acumulación.

2.2 Control ambiental

La generación y magnitud de la electricidad estática están estrechamente relacionadas con la humedad ambiental y la concentración de iones en el aire. El potencial electrostático es inversamente proporcional a la humedad. En ambientes ultra limpios como salas limpias, las bajas concentraciones de iones hacen que la electricidad estática sea más fácil de generar.

La misma acción puede generar voltajes electrostáticos que difieren en un orden de magnitud bajo distintos niveles de humedad. Sin embargo, una humedad excesivamente alta no es recomendable, ya que podría causar condensación en el equipo. La humedad debe mantenerse dentro de un rango razonable, como por ejemplo 30%–75%.

3. Monitoreo de Electricidad Estática

Una alta humedad puede reducir la electricidad estática a niveles imperceptibles para los humanos, pero aún así podría dañar componentes sensibles. El enfoque correcto es reconocer que la alta humedad suprime la generación de estática, mientras que una baja humedad la intensifica. Para productos que requieren un control estricto de estática, además de las medidas tradicionales de protección, es necesario monitorear y registrar la generación de electricidad estática. Soluciones prácticas incluyen sistemas de control de acceso antiestáticos y sistemas de monitoreo en línea de electricidad estática en tiempo real.

3.1 Sistema de Control de Acceso Antiestático

Para controlar la electricidad estática en su origen, se implementan sistemas de control de acceso antiestáticos en áreas críticas. Estos sistemas verifican si el personal que ingresa a zonas controladas por estática cuenta con las medidas o equipos antiestáticos adecuados. Los módulos funcionales incluyen:

• Verificación de identidad y permisos

• Prueba de pulseras y calzado antiestáticos

• Paneles de control de niveles

Para mejorar la efectividad, en entornos que requieren alta limpieza, el sistema de control de acceso puede integrarse con sistemas de ducha de aire. Al incorporar las señales de acceso en el sistema de control de puertas de la ducha de aire, se garantiza la validez del equipo antiestático desde el momento en que el personal ingresa al área de trabajo.

3.2 Sistema de Monitoreo Electroestático en Tiempo Real

En la fabricación electrónica en general, los probadores electrostáticos suelen utilizarse para verificar las pulseras antiestáticas de los empleados. Para cumplir con la norma ISO 9001, los registros suelen marcarse manualmente en formularios. Sin embargo, si una pulsera antiestática falla durante la operación, o si una parte del sistema de puesta a tierra se desconecta, es difícil detectar el fallo de inmediato.

Para abordar este problema, algunas fábricas electrónicas incorporan módulos de monitoreo en línea en tiempo real en sus sistemas de puesta a tierra. Aprovechando la integridad del circuito de puesta a tierra, el sistema activa una alerta luminosa roja (y opcionalmente una alarma audible) si alguna parte del circuito está abierta o tiene una resistencia excesivamente alta (por ejemplo, >10 Ω). Este sistema permite un monitoreo en tiempo real, eliminando la necesidad de registros manuales tediosos y ceremoniosos.