Medidas Antiestáticas em Salas Limpas

1. Geração e Perigos da Eletricidade Estática

A eletricidade estática é o resultado do movimento de elétrons dentro ou entre materiais (incluindo polarização e condução). Quando dois materiais diferentes entram em contato ou estão a uma distância muito curta (por exemplo, 10–25 cm), os elétrons atravessam a interface devido ao efeito túnel quântico, resultando em uma troca de elétrons. Quando o equilíbrio é atingido, forma-se uma diferença de potencial entre os materiais, resultando em quantidades iguais de cargas positivas e negativas em ambos os lados da interface. Se os materiais forem separados após o contato, eles carregarão cargas iguais, porém opostas. Este é o princípio fundamental da geração de eletricidade estática.

A eletricidade estática é gerada principalmente de três maneiras:

• Carregamento Triboelétrico : Quando dois materiais diferentes entram em contato ou se esfregam um contra o outro, os elétrons transferem-se do material com menor capacidade de ligação eletrônica para o material com maior capacidade de ligação, fazendo com que um material fique positivamente carregado e o outro negativamente carregado.

• Carregamento Condutivo : Nos condutores, os elétrons movem-se livremente na superfície. Quando um condutor entra em contato com um objeto carregado, os elétrons transferem-se até que o equilíbrio de carga seja alcançado, resultando em eletricidade estática.

• Carregamento Indutivo : Quando um condutor é colocado em um campo eletrostático externo, os elétrons redistribuem-se devido à repulsão entre cargas semelhantes e à atração entre cargas opostas, causando um desequilíbrio de carga e eletricidade estática.

A partir dos princípios básicos e métodos de geração de eletricidade estática, é evidente que muitas etapas na produção e fabricação de produtos eletrônicos em geral podem gerar eletricidade estática. Durante a fabricação eletrônica, operadores, bancadas de trabalho, ferramentas, componentes e embalagens podem todos ficar carregados. Onde houver eletricidade estática, ocorrerá um evento de ESD (Descarga Eletrostática). Os principais riscos incluem a corrente de descarga instantânea induzindo ruído nos circuitos e causando flutuações nos potenciais de referência (por exemplo, terra do produto, terra do sinal), interferindo assim no funcionamento normal dos circuitos.

Os riscos da eletricidade estática possuem características únicas em comparação com raios ou interferência eletromagnética:

• Natureza Oculta : Eventos de ESD são frequentemente imperceptíveis aos seres humanos, mas os componentes podem ser danificados sem que se perceba.

• Latência e Efeito Cumulativo : Alguns componentes podem apresentar degradação de desempenho após exposição a ESD sem falha imediata, mas podem vir a falhar posteriormente durante o uso.

• Aleatoriedade : Danos por ESD podem ocorrer em qualquer fase — produção, fabricação ou manutenção — e durante o contato com qualquer objeto carregado, sendo altamente imprevisível.

• Complexidade : Danos por ESD frequentemente são confundidos com outros tipos de falhas, levando a diagnósticos incorretos.

Para a montagem de produtos eletrônicos, a eletricidade estática afeta severamente a qualidade, produtividade e confiabilidade do produto. Medidas antiestáticas sistemáticas devem ser implementadas em salas limpas para minimizar os riscos de ESD durante a produção.

2. Proteção contra Eletricidade Estática

A proteção eficaz contra eletricidade estática geralmente segue três princípios básicos:

1. Reduzir ou prevenir o acúmulo de cargas eletrostáticas.

2. Estabelecer caminhos seguros para descarga eletrostática.

3. Implementar sistemas de monitoramento eletrostático necessários e eficazes.

2.1 Sistema de Aterramento

Um sistema de aterramento robusto é essencial para evitar o acúmulo de carga e fornecer caminhos seguros para descarga. O aterramento eletrostático envolve conectar objetos carregados ou objetos propensos a gerar eletricidade estática (não isolantes) à terra por meio de condutores, garantindo que permaneçam no mesmo potencial elétrico do solo. Isso acelera o movimento e a dissipação da carga, liberando efetivamente as cargas estáticas para evitar seu acúmulo.

2.2 Controle Ambiental

A geração e intensidade da eletricidade estática estão diretamente relacionadas à umidade ambiental e à concentração de íons no ar. O potencial eletrostático é inversamente proporcional à umidade. Em ambientes ultra-limpos, como salas limpas, a baixa concentração de íons facilita a geração de eletricidade estática.

A mesma ação pode gerar tensões eletrostáticas que diferem em uma ordem de magnitude sob diferentes níveis de umidade. No entanto, uma umidade excessivamente alta não é aconselhável, pois pode causar condensação nos equipamentos. A umidade deve ser mantida dentro de uma faixa razoável, como 30%–75%.

3. Monitoramento Eletrostático

A alta umidade pode reduzir a eletricidade estática a níveis imperceptíveis aos seres humanos, mas ainda pode danificar componentes sensíveis. O método correto é reconhecer que a alta umidade suprime a geração de estática, enquanto a baixa umidade a agrava. Para produtos que exigem controle rigoroso de estática, além das medidas protetoras tradicionais, o monitoramento e o registro da geração de eletricidade estática são necessários. Soluções práticas incluem sistemas de controle de acesso antiestático e sistemas de monitoramento eletrostático online em tempo real.

3.1 Sistema de Controle de Acesso Antiestático

Para controlar a eletricidade estática em sua fonte, são implementados sistemas de controle de acesso antiestáticos em áreas críticas. Esses sistemas verificam se o pessoal que entra em zonas controladas por estática possui medidas ou equipamentos antiestáticos adequados. Os módulos funcionais incluem:

• Verificação de identidade e permissão

• Teste de pulseiras e calçados antiestáticos

• Painéis de controle de níveis

Para aumentar a eficácia, em ambientes que exigem alta limpeza, o sistema de controle de acesso pode ser integrado a sistemas de câmaras de ar. Ao incorporar sinais de acesso ao sistema de controle da porta da câmara de ar, garante-se a validade dos equipamentos antiestáticos desde o momento em que o pessoal entra na área de trabalho.

3.2 Sistema de Monitoramento Eletrostático em Tempo Real

Na fabricação de eletrônicos em geral, testadores eletrostáticos são comumente utilizados para verificar as pulseiras antiestáticas dos funcionários. Para cumprir a norma ISO 9001, os registros geralmente são marcados manualmente em formulários. No entanto, se uma pulseira antiestática falhar durante a operação, ou se parte do sistema de aterramento ficar desconectada, é difícil detectar a falha imediatamente.

Para resolver isso, algumas fábricas de eletrônicos incorporam módulos de monitoramento online em tempo real em seus sistemas de aterramento. Aproveitando a integridade do circuito de aterramento, o sistema aciona um alerta com luz vermelha (e opcionalmente um alarme sonoro) caso alguma parte do circuito esteja aberta ou apresente resistência excessivamente alta (por exemplo, >10 Ω). Esse sistema permite o monitoramento em tempo real, eliminando a necessidade de registros manuais tediosos e cerimôniosos.