Décharge électrostatique

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

La décharge électrostatique (DES) (ESD electrostatic discharge) est un passage de courant électrique entre deux objets possédant des potentiels électriques différents sur un temps extrêmement court. Le terme est souvent utilisé en électronique et dans l'industrie lorsque l'on veut décrire des courants fugaces non-désirés pouvant endommager l'équipement électronique. Une décharge électrostatique est un problème grave dans l'électronique des solides, tels que les circuits intégrés.

Cause[modifier | modifier le code]

La cause des effets de l'ESD est l'électricité statique. L'électricité statique est générée par une charge triboélectrique, la séparation des charges électriques qui se produit lorsque deux matériaux sont mis en contact puis séparés. Exemples : marcher sur un tapis, frotter un peigne en plastique contre des cheveux secs, frotter un ballon contre un chandail ou la suppression de certains types d'emballages en plastique. Dans tous ces cas, la rupture de contact entre deux matériaux résulte à une charge, créant ainsi une différence de potentiel électrique qui peut conduire à un événement ESD. La théorie des décharges électrostatiques repose sur l’électromagnétisme et la diélectriques[1].

Découverte[modifier | modifier le code]

Le Grec Thalès de Milet dit Thalès, au Ve siècle av. J.-C., découvre l'effet électrostatique, il frotta de l'ambre jaune et remarqua qu'il attirait de petites choses[2],[3].

La loi fondamentale de l'électrostatique est établie par Charles-Augustin Coulomb[4].

Types[modifier | modifier le code]

Découverte de l'électrostatique dans l'imagerie du XVIIIe siècle.

La forme la plus spectaculaire de l'ESD est l'étincelle qui se produit quand un champ électrique crée un canal conducteur ionisé dans l'air. Cela peut provoquer une gêne mineure pour les personnes, de graves dommages à l'équipement électronique, des incendies et des explosions si l'air contient des gaz ou des particules combustibles[5].

Les décharge électrostatiques dans l'aviation[modifier | modifier le code]

Déperditeurs passifs, des pointes conductrices.

La charge triboélectrique est produite par la friction du rotor des hélicoptères et des ailes des avions[6]. Les rotors des hélicoptères peuvent provoquer des charges de 100 à 400 kilowatts. Les conditions favorables à la charge sont l'air sec, beaucoup de particules et peu d'effet corona. Pour la protection des personnes quand les hélicoptères s'approchent du sol, il est utilisé des baguettes de décharge statique.

Pour protéger les avions contre la foudre et les décharges électrostatiques, ils sont protégés par une cage de Faraday, construit avec des matériaux composites[7]. En règle générale, le nez de l'avion est un conducteur d'injection et l'arrière est un conducteur de retour et le centre de l'avion est entouré de maillage conducteur.

Il est utilisé des déperditeurs passifs, des pointes conductrices reliées à l’aéronef, pour des avions conventionnels, cela entraîne les ions par l’air qui les balaie à une vitesse élevée d'environ 200 m/s[8]. Pour les gros avions, on utilise des générateurs de charges unipolaires qui éjectent dans l’atmosphère un courant égal à celui qui charge l’appareil et des déchargeurs en jet libre.

Catastrophe du zeppelin Hindenburg[modifier | modifier le code]

LZ 129 Hindenburg le 6 mai 1937.

Le zeppelin LZ 129 Hindenburg est détruit par un incendie le 6 mai 1937 lors de son atterrissage à Lakehurst dans le New Jersey. La commission du Département du commerce des États-Unis a conclu que l'accident est dû à une décharge électrique entre le dirigeable et un des filins d'amarrage mouillé, qui fut lancé au sol[9].

Protection contre les décharges électrostatiques[modifier | modifier le code]

Les protections contre les décharges électrostatiques sont répandues dans l'industrie électronique et microélectronique[10].

Les décharges électrostatiques causent des dégâts dans les systèmes électroniques. L'électricité statique génère des hautes tensions de 10 000 V à 30 000 V. Un mouvement peut générer une charge de 10 000 V. Les matériaux isolants créent des champs électrostatiques, ils génèrent des tensions proches des circuits électriques et détériorent les composants quand le courant se décharge sur le composant.

Dans l'industrie, des zones protégées contre les décharges électrostatiques, appelées couramment zones EPA (Electrostatic Protected Area), sont créées pour la production de systèmes électroniques. L'environnement des zones doit être ni capacitif et ni conducteur, les éléments doivent avoir une moyenne de un mégohm pour chaque élément, afin de créer une décharge lente, cette décharge lente protège les circuits électriques, le circuit ne reçoit pas de décharge de son environnement et ne se décharge pas lui-même dans un élément. La résistance entre la table de travail et le sol doit être Rg < 1×109 Ω. Dans les zones EPA, le champ électrostatique autour du matériel manipulé ne doit pas dépasser 10 000 V/m.

Les tables de travail sont constituées d'éléments conducteurs. Les opérateurs portent une blouse et un bracelet, tous deux conducteurs. Les bracelets sont reliés à la terre avec un fil et une résistance de l'ordre du mégaohm. La mise à terre du personnel, la résistance totale du système, de la personne en passant par les chaussures et le revêtement de sol à la terre, doit être inférieure à 3,5×107 Ω.

Avant de pénétrer dans la zone, l'opérateur teste la conductivité de son corps, entre son doigt et le sol. La résistance doit se situer entre 1 et 10 mégohms et des chaussures spéciales ESD sont nécessaires. La tension d'essai est de 0,97 V.

Sur les tables de travail, des ioniseurs sont souvent nécessaires.

Les cartes électroniques et les éléments électroniques qui sortent de la zone ESD doivent être emballés dans des sachets spéciaux ESD. Ceux-ci contiennent de minuscules filaments conducteurs qui protègent les composants par effet de cage de Faraday.

Les tests sur les blouses de travail s’effectuent tous les mois : la résistance doit être inférieure 1012 Ω.

Les tests des personnes avec les chaussures ESD se font une fois par année : la valeur en mouvement ne doit pas dépasser 100 volts. Si le sol n'est pas assez conducteur, il existe différentes méthodes pour le rendre conducteur, telles que la peinture ESD sur sol.

Définitions[modifier | modifier le code]

  • ESD (ElectroStatic Discharge), décharge électrostatique : transfert de charges entre des corps ayant des potentiels électrostatiques différents avec des contacts directs ou induits par un champ électrostatique.
  • ESDS (Electrostatic Sensitive Device S) : composant sensible à la décharge électrostatique, un circuit intégré qui peut être endommagé par un champ électrostatique ou une décharge électrostatique, lors d'une manipulation ou d'un transport.
  • EPA (Electrostatic Protected Area) : zone de protection ESD, une zone ou les éléments ESD peuvent être manipulés avec un risque minimal de dégradation par une décharge ou un champ électrostatique.
  • Matériau conducteur : matériau incapable de retenir une charge électrostatique, avec une résistance inférieure à 10 KΩ.
  • Matériau dissipateur : matériau incapable de retenir une charge électrostatique, avec une résistance inférieure à 1 MΩ. Plus isolant que le matériau conducteur, il est conçu pour évacuer des charges électrostatiques assez lentement pour ne pas endommager les composants sensibles.
  • Blindage : l'effet de blindage contre la décharge électrostatique. C'est une enveloppe qui limite le passage du courant et atténue l’énergie produite par une décharge électrostatique.

Normes[modifier | modifier le code]

  • CEI 61000[11],[12].
  • CEI 61340, La protection des dispositifs électroniques contre les phénomènes électrostatiques. La Commission électrotechnique internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux. Elle a pour objectif de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de l'électricité et de l'électronique.

La norme couvre les exigences nécessaires pour la conception, l’établissement, la mise œuvre et le maintien d’un programme de contrôle des décharges électrostatiques quant aux activités concernant : la fabrication, le traitement, l’assemblage, l’installation, l’emballage, l’étiquetage, l’entretien, l’essai, l’examen, le transport et la manipulation des parties, des ensembles et des équipements électriques ou électroniques susceptibles d’être endommagés par des décharges électrostatiques supérieures ou égales à cent volts sur le modèle du corps humain. Trois modèles différents sont utilisés pour la caractérisation des composants, le modèle du corps humain (HBM), le modèle de la machine (MM), et le modèle du composant chargé (CDM).

  • CEI 61340-5-1, points de mise à la terre pour bracelets, résistance à la terre.
  • CEI 61340-2-3, EHS-rapports de mesure, coordinateur ESD, surfaces des plans de travail, résistance à la terre.
  • CEI 61340-5-1, rapports de mesure, coordinateur ESD, sièges, résistance à la terre.
  • CEI 61340-4-9, résistance point à point, Rpp.
  • CEI 60364, installations électriques à basse tension.
  • CEI/TS 60479-1, effets du courant sur l'homme et les animaux domestiques.
  • CEI/TS 60479-2, effets du courant passant par le corps humain et les animaux domestiques.
  • CEI 60749-26, dispositifs à semi-conducteurs – Méthodes d’essais mécaniques et climatiques.
  • CEI 61010-1, règles de sécurité pour appareils électriques de mesurage, de régulation et de laboratoire.
  • CEI 61140, protection contre les chocs électriques – Aspects communs aux installations et aux matériels.
  • CEI 61340-2-3, méthodes d'essais pour la détermination de la résistance et de la résistivité des matériaux planaires solides destinés à éviter les charges électrostatiques.
  • CEI 61340-4-1, méthodes d'essai normalisées pour des applications spécifiques – Résistance électrique des revêtements de sol et des sols.
  • CEI 61340-4-5, méthodes de caractérisation de la protection électrostatique des chaussures et des revêtements de sol par rapport à une personne.

Plan de programme de contrôle ESD dans l'industrie[modifier | modifier le code]

  • La formation.
  • La vérification de la conformité.
  • Les systèmes de mise à la terre/de connexion.
  • La mise à la terre du personnel.
  • Les exigences pour les zones protégées.
  • Les systèmes d’emballage.
  • Le marquage.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0110/these.pdf
  2. http://molybdene.weebly.com/leacutelectrostatique.html
  3. L'ambre jaune a approximativement la densité de l'eau, ainsi elle flotte dans l'eau salée (mer, océan) plus dense. Source : Jean Meirat, Marines antiques de la Méditerranée, Fayard, 1964, p. 58
  4. Sylvie Provost, Charles Coulomb. La précision de l’ingénieur. in Aventures scientifiques. Savants en Poitou-Charentes du XVIe au XXe siècle (J. Dhombres, dir.), Les éditions de l’Actualité Poitou-Charentes, Poitiers, 1995, p. 72-85. (ISBN 978-2-911320-00-2)
  5. http://extranet.centrosolar.fr/wp-content/uploads/files/2011/07/Guide-foudre.pdf
  6. http://www.microwave-rf.com/docs/ESD_precipitation_fr_Paris.pdf
  7. http://epublications.unilim.fr/theses/2010/perrin-emmanuel/perrin-emmanuel.pdf
  8. https://hal.inria.fr/file/index/docid/244702/filename/ajp-rphysap_1980_15_1_81_0.pdf
  9. « 6 mai 1937. Le zeppelin Hindenburg s'embrase en atterrissant à New York, lors d'un orage. » sur lepoint.fr [archive].
  10. http://www.electrical-installation.org/enw/images/a/a4/F-La-protection-contre-les-chocs-electriques-1.pdf
  11. https://webstore.iec.ch/p-preview/info_iec61000-4-6%7Bed2.0%7Dfr_d.pdf
  12. https://www.iec-normen.de/dokumente/preview-pdf/info_iec61000-2-10%7Bed1.0%7Db.pdf

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]