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Article

1 - DÉCHARGES ÉLECTROSTATIQUES

2 - MOYENS DE PRÉVENTION CONTRE LES DÉCHARGES ÉLECTROSTATIQUES

3 - MOYENS DE VÉRIFICATION ET DE MESURE DES PROTECTIONS

4 - DÉCHARGES ÉLECTROSTATIQUES DANS L’AÉRONAUTIQUE

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : E1325 v2

Décharges électrostatiques
Décharges électrostatiques - Application à l’industrie électronique et autres domaines

Auteur(s) : Jean-Louis VAGNEUR

Date de publication : 10 nov. 2016

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RÉSUMÉ

La plupart des corps (solides et produits pulvérulents, liquides, gaz) peuvent être porteurs de charges statiques et donc susceptibles de générer des décharges électrostatiques (DES). Les DES doivent impérativement être prises en compte dans de nombreuses industries, telles que électronique, automobile, aéronautique, pétrolière, chimique (poudres et explosifs), etc., car elles peuvent engendrer des dommages importants aux matériels, aux biens, voire aux personnes. Pour illustrer ce vaste sujet, cet article présente les phénomènes liés aux DES dans le domaine des équipements électroniques, et quelques exemples de situations fréquemment rencontrées dans d’autres industries (industrie automobile, aéronautique).

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ABSTRACT

Electrostatic discharges. Application to electronic industry and other domains

This note presents (ESD). Most of the bodies (solids and powders, liquids, gases) can carry static charges and then are prone to produce electrostatic discharges (ESD). Electrostatic discharges must necessarily be taken into account in numerous industries, such as: electronic, automotive, aeronautic, petroleum, chemical (powders and explosives), etc. because they can cause important damages to equipment, to goods, and even to persons. To illustrate this vast subject, this article presents the phenomena related to ESD in electronic equipment domain, with some examples frequently encountered in other industries (car industry, aeronautic).  

Auteur(s)

  • Jean-Louis VAGNEUR : Ingénieur CEM - ex Thales Avionics, Vélizy-Villacoublay, France

INTRODUCTION

Tout matériau peut être porteur de charges statiques après électrisation (acquisition de charges) provoquée par différentes causes telles que le frottement (triboélectricité), la charge par influence (ou induction électrostatique), le transfert de charges par contact, etc. Les décharges électrostatiques (DES) sont caractérisées par le passage d’un courant impulsionnel entre deux corps chargés à des potentiels différents, soit par contact direct, soit par décharge disruptive dans l’air. Cet article présente succinctement les phénomènes générateurs de charges électrostatiques, et les caractéristiques des matériaux selon leur aptitude à engendrer ces charges.

Dans le cas des équipements électroniques, la prévention contre les DES repose sur le contrôle et l’écoulement à la terre des charges statiques pouvant être générées à tous les stades de la fabrication, de la réception des composants et des cartes équipées jusqu’à la livraison de l’équipement. Pour cela, tout un ensemble de moyens de protection est mis en œuvre : création de zones protégées et balisées avec sol dissipateur, avec port de vêtements et de chaussures dissipatrices pour le personnel y ayant accès, mise résistive à la terre des opérateurs, des plans de travail, des outillages, emploi d’emballages astatiques (matériau minimisant toute génération de charges) ou dissipateurs, etc.

Si on considère les composants électroniques, la diminution continue de leur taille augmente leur sensibilité aux DES, donc les risques de dysfonctionnement ou de destruction de ces composants, et de défaillance des équipements utilisateurs. Par exemple, dans les transistors TFT couche mince (Thin-Film Transistor) des écrans plats, le courant de drain augmente rapidement avec la tension drain-source, d’où un risque de destruction en cas de surtension. Les composants passifs (résistances, inductances, condensateurs…) sont également concernés. L’utilisation de modèles de décharges électrostatiques dans les différents scénarios rencontrés dans l’industrie est donc nécessaire pour mettre en œuvre des moyens de protection des entrées/sorties des composants et des cartes électroniques et valider expérimentalement leur tenue.

L’objectif de cet article est donc de sensibiliser le lecteur aux risques (matériels, financiers, voire humains, etc.) liés aux décharges électrostatiques omniprésentes dans un environnement industriel, risques accrus d’une part par la généralisation des matériaux isolants propres à accumuler des charges statiques, et d’autre part par l’introduction massive de l’électronique dans de nombreux domaines (aéronautique, automobile, etc.).

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KEYWORDS

ESD   |   electrostatic discharge

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1325


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1. Décharges électrostatiques

1.1 Génération des charges électrostatiques

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1.1.1 Notions de base

La compréhension des phénomènes électrostatiques peut s’appuyer sur la constitution de l’atome décrit dans le modèle de Bohr : un noyau constitué de protons et de neutrons autour duquel gravitent des électrons disposés sur plusieurs couches ou bandes d’énergie. Les charges électriques portées par les protons et les électrons sont identiques en valeur absolue et de signe opposé. Un atome peut céder ou acquérir des électrons sous l’effet d’une sollicitation extérieure (mécanique, chimique, électrique…) et passer ainsi de l’état neutre à l’état ionisé positif ou négatif.

Si l’on considère les deux bandes périphériques, la bande de valence et la bande de conduction, les électrons de la bande de valence jouent un rôle dans la cohésion du solide, seuls les électrons de la bande de conduction peuvent se déplacer. Dans le cas d’un conducteur, les deux bandes se recouvrent partiellement. Il y a donc un plasma d’électrons libres de se déplacer entre les ions métalliques positifs. Dans le cas d’un isolant, il existe un « gap » entre les deux bandes et seuls quelques électrons peuvent le franchir, mais les charges créées sont très peu mobiles.

On s’intéresse principalement dans cet article à l’électrisation des solides, bien que les liquides et les gaz soient également susceptibles d’acquérir des charges dans certaines conditions : gaz ionisé à haute température ou contenant des particules solides électrisées par frottement, ou air ionisé par effet corona (ionisation de l’air ambiant au voisinage d’une pointe métallique portée à une haute tension, produisant un renforcement local du champ électrique).

Les charges statiques présentes sur les matériaux peuvent être créées principalement par contact direct et séparation, friction ou induction.

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1.1.2 Charge...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HERNIK (Y.) -   Examen des types de résistances vis-à-vis de leur comportement aux DES.  -  Vishay Precision Group (2010). http://www.interferencetechnology.com/how-smaller-form-factors-exacerbate-esd-risks-and-how-foil-resistors-can-help/.

  • (2) - HERNIK (Y.) Vishay.  -   Tenue des résistances film aux DES.  -  Technical Note. http://www.vishaypg.com/docs/63129/esd_tn.pdf

  • (3) - ROSTAMZADEH (C.) et al -   Condensateurs céramiques multicouches.  -  http://incompliancemag.com/article/effectiveness-of-multilayer-ceramic-capacitors-for-electrostatic-discharge-protection/

  • (4) - ROSTAMZADEH (C.) et al -   Tenue des condensateurs MLCC (MultiLayer Ceramic Capacitors) aux DES  -  (2011). http://www.emcsociety.org/2011%20Events/IEEESEMMLCCESD.pdf

  • (5) - JEDEC -   JEDEC JS-001-2010 for ESD sensitivity testing Human Body Model (HBM) (norme JEDEC).  -  décembre 2008. http://ihome.ust.hk/~epack/member%20download%20area/22a114F.pdf

  • ...

1 Événements

International ESD Workshop (IEW) organisé annuellement par l’ESDA (USA) https://www.esda.org/index.php/events/iew/

EOS/ESD Symposium organisé annuellement par l’ESDA (USA) https://www.esda.org/events/eosesd-symposia/symposia/

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2 Normes et standards

NF EN 61340 - Électrostatique. Norme française (NF) dérivée de la norme européenne (EN), elle-même dérivée de la norme internationale IEC (International Electrotechnical Commission). Elle comprend 5 parties. On se reportera en particulier aux parties suivantes :

• Partie 5-1 : Protection des dispositifs électroniques contre les phénomènes électrostatiques – Exigences générales. Janvier 2008.

• Partie 5-3 : Protection des dispositifs électroniques...

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