Columna: Una perspectiva diferente - ¿Has tenido otra chispa?

El amor no sólo pasa por el estómago, también parece poder descargarse eléctricamente. Al fin y al cabo, se rumorea en los círculos pertinentes que un ordenador (antiguo) -como se suele decir: los graneros viejos queman bien- se encaprichó hace años de una joven muy atractiva. Cada vez que ella pasaba por la habitación, todas las luces empezaban a parpadear. Pero resultó que no era ella, sino su ropa interior de nailon, la que causaba los problemas del ordenador, aunque dejaremos de lado cómo se descubrió.

Cierta o no, esta anécdota debería al menos proporcionar material para el debate entre feministas. La fabricación electrónica probablemente tiene menos que ver con el amor y más con los daños en componentes y ensamblajes y, más recientemente, con los defectos resultantes en el dispositivo acabado. Esto puede poner los pelos de punta de vez en cuando, como de hecho es posible cuando se visita uno de los muchos museos de ciencia. Sin embargo, hay que situarse sobre una superficie bien aislada y no alejarse de ella demasiado pronto.

Lo que se experimenta como diversión en el museo es amargamente serio en la línea de producción y una verdadera molestia en el sofá de casa. Siempre que se ha descuidado o pasado por alto la protección ESD, puede producirse la infame chispa o una descarga inadvertida, que luego puede dañar el producto.

No hace falta mucho para dañar los componentes más sensibles. Aunque la gente sólo siente la descarga de unos pocos miles de voltios, los componentes y dispositivos pueden dañarse con mucho menos. La descarga suele ser muy rápida, durando sólo unos pocos nanosegundos, y éste es uno de los problemas. Esto se debe a que el corto tiempo garantiza que la corriente sea muy alta durante poco tiempo y esto genera de repente mucho calor a nivel local.

Pero no sólo el departamento de producción está preocupado. Internet está lleno de consultas sobre si un teléfono móvil, por ejemplo, puede resultar dañado por una ESD. ¿Qué pasa con el botón táctil o la pantalla?

Para entender todo el proceso un poco mejor, retrocedamos en la historia. En 1671, Otto von Guericke [1] envió a Gottfried Wilhelm Leibniz [2] una esfera de azufre con la que había estado experimentando. Leibniz la utilizó para producir la primera chispa eléctrica generada artificialmente y dio así el pistoletazo de salida para posteriores investigaciones sobre la electricidad. (No se sabe si los egipcios y los griegos ya lo habían conseguido con el ámbar). A partir de esta esfera se desarrollaron dos pequeños aparatos: la máquina de inducción y el generador de Van de Graaff, con los que se podía jugar mucho en las clases de física.

Fig. 2: Una niña acerca su mano a un Van de Graaff en la Ciudad de la Ciencia de Dhapa, Calcuta.
Esto la carga con alto voltaje, y como la carga de su pelo se repele, se pone de punta

Fig. 3: Generador Van de Graaff de 2013 para lecciones escolares

Fig. 4: Diagrama de un generador de Van de Graaff sencillo

Fig. 5: Bajo la influencia de un cuerpo cargado, se produce una separación de cargas en un cuerpo neutro: InfluenciaMientras queel Van de Graaff utiliza el efecto triboeléctrico, las máquinas de influencia se basan en el desplazamiento espacial de cargas eléctricas a través de la influencia de un campo eléctrico.

Sin embargo, ambas se basan en el principio de la electricidad por fricción, según el cual cuando se separan determinadas sustancias (por ejemplo, azufre, vidrio, madera y caucho), una se carga negativamente y la otra positivamente.

Aunque la industria se ha ocupado ampliamente del problema de las descargas eléctricas durante la fabricación, la actitud en el diseño de los aparatos también debe cambiar poco a poco, porque por fin se sabe que el consumidor representa el mayor peligro para su querido teléfono móvil [3]. Dado que estos aparatos -y no sólo los teléfonos móviles- contienen componentes sensibles a las ESD, el dispositivo puede fallar con sólo tocarlo, como demuestra el creciente número de informes en Internet.

Cada vez son más las personas que se preguntan por qué algunos de los botones o enchufes de su dispositivo han dejado de funcionar de repente. No es improbable que, como el diablo manda, una descarga haya puenteado el circuito de protección, si es que aún está presente. Los estudios estadísticos indican que aproximadamente un tercio de todos los fallos de consumo se deben a daños por ESD [4]. Sin embargo, la detección requiere mucho tiempo y, por tanto, es cara. Con un aumento normal, no suele reconocerse nada. Los microscopios con aumentos de 1.000× o 1.500× pueden hacer visible algo, pero a menudo hay que quitar capas y grabar antes de poder diagnosticar el fallo como daño por ESD [5].

El consumidor normal no suele ser consciente de lo que ocurre. Si camina sobre una alfombra de plástico o se tumba en un sofá, puede cargarse debido a la fricción, que puede verse favorecida por varios factores. La baja humedad y el material pueden intensificar el efecto y su ropa puede cargarse a varios miles de voltios.

El problema tiene que ver con los productos cada vez más pequeños y las estructuras cada vez más reducidas de los procesadores, ya que esto ha llevado a los fabricantes a ahorrarse los circuitos de protección previstos anteriormente en los chips por razones de espacio. Los costes ocasionados, así como el espacio en los chips de silicio, apenas pueden compensarse con otras medidas.

Dado que los dispositivos están expuestos a mayores incidentes de ESD en las instalaciones del usuario que en una producción ampliamente controlada, esto ha demostrado ser una deficiencia.

La mayoría de los fabricantes de circuitos integrados prueban sus productos de acuerdo con MIL-STD-883, Método 3015: Modelo del cuerpo humano (HBM), ya que este método de prueba se relaciona directamente con la producción, por lo que en la prueba se utilizan 500 V. Por supuesto, también podría utilizar un protocolo más estricto, como el recomendado por la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), IEC 61000-4-2. Entonces puede ponerse manos a la obra con al menos 8.000 V.

Un CI que supere la norma MIL-STD puede suspender la IEC si no incluye también protección ESD, por lo que la tendencia de la tensión de prueba se está corrigiendo lentamente al alza: ¿20.000 V o incluso 30.000 V?

Dado que esta situación es cada vez más precaria y podría dañar la reputación de las grandes marcas, los diseñadores tienen que idear algo rápidamente. Existen medidas conocidas, pero hay que considerar otras nuevas [6], sobre todo porque el diseñador debe proteger el dispositivo contra eventos ESD tanto negativos como positivos.

Dejaremos los detalles al diseñador [7], pero la idea de encerrar todo el dispositivo en una jaula de Faraday sería factible, aunque los dispositivos modernos no suelen estar encerrados en metal. La eficacia de una jaula de este tipo queda demostrada por los aviones que son alcanzados por un rayo.

Si un rayo cae sobre un avión, las personas que se encuentran en su interior permanecen a salvo porque la intensidad del campo eléctrico dentro del avión es considerablemente menor que fuera debido a la carcasa metálica. Sin embargo, cerca de las aberturas de la carcasa metálica, un campo externo penetra en el espacio blindado.

Referencias

[1] 1602 - 1686.
[2] 1646 - 1716.
[3] Phillip Havens, Chad Marak; 2 de mayo de 2014.
[4] Sanjay Agarwal; 6 de febrero de 2014.
[5] http://slideplayer.com/slide/5807601/ (recuperado: 20 de marzo de 2025).
[6] Jerry Twomey; Protect Your Fortress From ESD; 9 de agosto de 2012.
[7] Ken Michaels; Descarga electrostática: causas, efectos y soluciones; 1 de septiembre de 1999.