La CEI, en la norma IEC 61000-4-2, define la descarga electrostática (ESD) como »una transferencia de carga eléctrica entre cuerpos de diferente potencial electrostático en proximidad o por contacto directo».

¿Cómo se someten los equipos eléctricos y electrónicos a las descargas electrostáticas?

Las normas de ensayo ESD están estableciendo una base común y reproducible para evaluar el rendimiento de los equipos eléctricos y electrónicos cuando se someten a descargas electrostáticas.

La prueba de descarga electrostática (ESD) es una de las pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) que se aplican a los productos o componentes eléctricos. Las pruebas ESD se clasifican como pruebas de inmunidad, que son uno de los tipos de pruebas EMC. Las pruebas ESD se realizan de acuerdo con la norma de producto pertinente y la norma ESD. Las normas de ensayo de ESD dependen del producto y de su campo de uso.

¿Qué instrumento de prueba se utiliza durante las pruebas ESD?

Las pruebas de descargas electrostáticas se realizan mediante
generadores o simuladores de descargas electrostáticas
. Se les puede llamar pistolas porque tienen forma de pistola. Las pistolas ESD tienen diferentes versiones según sus niveles máximos de tensión, como 15kV, 16kV, 30kV o más.

¿Qué normas se aplican para las pruebas de ESD?

Hay muchas normas de producto que hacen referencia a las normas ESD. Antes de realizar un ensayo ESD, hay que comprobar las características del producto o EUT y elegir las normas correctas. La mayoría de los productos finales comerciales entran en el ámbito de aplicación de

NORMA IEC 61000-4-2

de la CEI. Para automoción,

ISO 10605

que describe procedimientos de ensayo para evaluar tanto módulos electrónicos en banco como vehículos completos. La norma ISO 10605 se aplica a todos los tipos de vehículos de carretera, independientemente del sistema de propulsión (por ejemplo, motor de encendido por chispa, motor diésel, motor eléctrico). Para los productos utilizados en aviónica, la norma más utilizada es la RTCA DO-160 y su Sección 25 define los requisitos de las pruebas de ESD.

ANSI/ESDA/JEDEC JS-001
La norma JS-001 establece el procedimiento para probar, evaluar y clasificar componentes y microcircuitos en función de su susceptibilidad (sensibilidad) al daño o degradación por exposición a una descarga electrostática (ESD) definida en un modelo de cuerpo humano (HBM).

ANSI/ESDA/JEDEC JS-002
La norma JS-002 establece el procedimiento para probar, evaluar y clasificar dispositivos y microcircuitos en función de su susceptibilidad (sensibilidad) al daño o degradación por exposición a un modelo de dispositivo cargado (MDC) de descarga electrostática (ESD) inducida por campo definido. Todos los dispositivos semiconductores empaquetados, los circuitos de película fina, los dispositivos de ondas acústicas superficiales (SAW), los dispositivos optoelectrónicos, los circuitos integrados híbridos (HIC) y los módulos multichip (MCM) que contengan cualquiera de estos dispositivos deben evaluarse de acuerdo con esta norma. Para realizar las pruebas, los dispositivos deben ensamblarse en un paquete similar al previsto en la aplicación final.

Existen varias normas relacionadas con las pruebas de ESD. Más información sobre las normas de ensayo ESD.

Definiciones

Para entender los términos de cada norma, tienes que consultar las definiciones de las normas. Consulta las siguientes definiciones de la norma ISO 10605:2008 :

Descarga de aire

método de prueba caracterizado por acercar el electrodo generador de la prueba al dispositivo sometido a prueba (DUT); la descarga se produce por arco en el DUT

Descarga de contactos

método de prueba caracterizado por el contacto del electrodo generador de prueba con el DUT, en el que la descarga se inicia mediante el interruptor de descarga del generador

Dispositivo bajo prueba (DUT)

componente único o combinación de componentes según se defina para ser sometido a prueba

Descarga directa

descarga directamente sobre el DUT

Generador ESD

instrumento que simula el modelo ESD humano

Plano de referencia del suelo (GRP)

superficie conductora plana cuyo potencial se utiliza como referencia común (Cuando proceda, es aconsejable que la tensión de prueba del DUT y la tierra del operador también estén referenciadas al plano de tierra).

Tiempo de espera

intervalo de tiempo dentro del cual la disminución de la tensión de prueba debida a la fuga, antes de la descarga, es del 10

Plano de Acoplamiento Horizontal (ACO)

plano metálico orientado en dirección horizontal, al que se aplican descargas para simular descargas electrostáticas a objetos adyacentes al DUT

Modelo ESD humano

red de elementos pasivos y tensión que caracteriza a una persona cargada como fuente de una descarga electrostática para condiciones de automoción

Descarga indirecta

descarga en un plano de acoplamiento cerca del DUT (La corriente de descarga produce un campo transitorio que puede afectar al DUT. La descarga indirecta simula la descarga de un ser humano sobre objetos cercanos al DUT).

Superficie

zona de alojamiento ininterrumpida, hueco o abertura

Niveles de prueba ESD

Cada norma de ensayo de ESD define los niveles de ensayo de ESD que deben aplicarse al EUT. La norma IEC 61000-4-2 enumera los siguientes niveles de prueba:

Nivel	Aprobación de la gestión Tensión de prueba (kV)	Descarga de aire Tensión de prueba (kV)
1	2 kV	2 kV
2	4 kV	4 kV
3	6 kV	8 kV
4	8 kV	15 kV
X	especial	especial

El nivel X es un nivel abierto a negociar entre el fabricante y el comprador o definido por el comité de producto.

El EUT se someterá a ensayo con los niveles de ensayo aplicables para su entorno de instalación o entorno de uso. Como la CEI 61000-4-2 es una norma de ensayo y no una norma de producto, tienes que comprobar los niveles de ensayo de ESD a partir de la norma de producto aplicable. Por ejemplo, para los productos sanitarios, la norma IEC/EN 60601-1-2 define los niveles de prueba como -/+2kV, -/+4kV y -/+8kV para las descargas en el aire y -/+2kV, -/+4kV y -/+6kV para las descargas por contacto. La norma IEC/EN 60601-1-2 define los niveles de prueba de ESD y remite a la norma IEC 61000-4-2 sobre cómo realizar las pruebas de ESD.

Otras normas de ensayo de ESD, como la ISO 10605, que se basa en parte en la IEC 61000-4-2 y describe los requisitos específicos de la automoción, pueden definir niveles de ensayo superiores a los indicados en la tabla anterior. Por tanto, definir la norma de tu producto facilitará la definición de los niveles de ensayo de ESD para tu producto. Los niveles de prueba de ESD pueden llegar hasta 30 kV y estos niveles pueden aplicarse con los generadores de ESD capaces de generar 30 kV.

Parámetros del generador de ESD

La norma IEC 61000-4-2 define los parámetros generales del generador de ESD de la siguiente manera. Estos parámetros pueden actualizarse si hay una actualización de la norma IEC 61000-4-2.

Rango de tensión modo de descarga de contacto	al menos 1 – 8 kV
Rango de tensión modo de descarga de aire	al menos 2 – 15 kV
Precisión de la tensión de salida	igual o inferior al 5%
Polaridad de salida	positivo y negativo
Tiempo de subida de la corriente de cortocircuito en el modo de descarga de contacto (10% a 90%)	0,7 – 1 ns
Tiempo de espera	al menos 5 seg.
Capacidad de almacenamiento típica	150 pF
Resistencia de descarga típica	330 ohmios

En la norma IEC 61000-4-2 se señala que cuando un generador de ESD se alimenta desde una fuente de alimentación externa, de CA o CC, o está controlado por una unidad independiente, y este cable no se combina con el cable de corriente de retorno del generador de ESD, puede fluir corriente no intencionada a través de este cable.

Cada norma ESD define los parámetros del simulador o generador que se utilizará durante las pruebas ESD.

¿Cómo realizar pruebas ESD?

La prueba de ESD es una de las pruebas de EMC más fáciles de realizar, ya que la configuración y los equipos de prueba son más sencillos en comparación con otras pruebas de EMC.

Los ensayos ESD se realizan para validar el diseño o para certificar el producto. Durante las pruebas de ESD, el Equipo bajo prueba (EUT) se prueba con los elementos que se muestran a continuación

Generador / Simulador / Pistola ESD

Tabla de pruebas ESD

Plano de Acoplamiento Horizontal (ACO)

Plano de acoplamiento vertical (PCV)

Resistencia y conexión a tierra adecuadas

Cada elemento se elige según la norma aplicada. Las configuraciones de ensayo ESD se preparan de acuerdo con la norma aplicada. Si quieres realizar pruebas de ESD según la norma IEC 61000-4-2, tienes que conseguir esta norma y comprobarla antes de empezar las pruebas. Cuando prepares el montaje de prueba (haciendo las conexiones necesarias de
generador de ESD
mesa de pruebas, planos de tierra, conexión a tierra) el experto en pruebas de ESD (técnico o ingeniero) aplica las señales de ESD al EUT y comprueba su funcionamiento. Cada señal de ESD generada por el simulador de ESD o la pistola se cuenta y se registra para elaborar informes. Si el EUT supera la norma de ensayo de ESD aplicada, la foto de las configuraciones de ensayo, los resultados de las mediciones y los registros se documentan como un informe de ensayo.

Requisitos de la configuración del ensayo de ESD ISO 10605