Comme nous l'avons évoqué dans un article complémentaire sur ce sujet, l'ESD est la libération rapide d'une charge d'électricité statique d'un objet vers un autre sur son chemin vers la terre. Cette décharge de force électrique peut causer des dommages importants aux composants électroniques, susceptibles d'affecter leurs performances ou d'entraîner une défaillance complète de l'appareil. La sensibilité de l'objet récepteur et l'intensité de la décharge électrique détermineront l'étendue des dommages causés. 

Il existe des stratégies et des produits qui traitent de la manipulation sûre des composants vis-à-vis de l'ESD tout au long de la chaîne d'approvisionnement, de la production au stockage, à l'expédition, à l'insertion, jusqu'aux tests et à la réparation. Toute discussion visant à éviter les problèmes pouvant survenir lorsqu'un événement ESD affecte des composants électroniques devrait aborder le sujet au niveau du composant, au niveau de la carte et au niveau de l'environnement. Dans cet article, nous aborderons chacun de ces aspects, mais il convient de garder à l'esprit que, en tant que force de la nature, l'ESD peut être gérée, mais son élimination totale reste difficile.

Établir une stratégie ESD

Quelle que soit la taille de votre activité, de la conception de circuits sur banc jusqu'à la fabrication finale, la prévention des ESD devrait être un thème constant. Cela commence par la compréhension de vos besoins en matière de protection via une évaluation des risques, l'élaboration d'un plan répondant à vos besoins, le choix de dispositifs ou systèmes de prévention des ESD appropriés, la mise en place d'une zone de travail exempte d'ESD, et la planification visant à faire de votre solution un protocole continu et obligatoire.

Dans vos efforts pour maîtriser les dommages liés aux ESD dans votre environnement de travail, qu'il soit grand ou petit, vous pouvez également trouver des orientations en vous référant à la norme ANSI/ESD S20.20-2021, Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment, qui décrit les risques ESD potentiels et les stratégies d'atténuation. 

Facteurs liés aux composants

De nombreux composants électroniques modernes possèdent un niveau intrinsèque de tolérance aux ESD ou à d'autres événements de surtension. Autrement dit, certains composants sont plus sensibles que d'autres. Les matériaux utilisés pour fabriquer un composant peuvent offrir une protection ; il peut donc être judicieux d'aborder ce sujet avec votre fournisseur de composants dès le début. Les ingénieurs d'un distributeur de composants agréé, comme OnlineComponents.com, peuvent vous apporter une aide précieuse.

Au stade de la conception, le simple choix de composants renforcés et résistants aux ESD peut éviter des problèmes ultérieurs. Cependant, bien que l'élimination ou le remplacement de dispositifs trop sensibles puisse sembler être une solution simple, cela peut également faire augmenter le coût global du système ou le prix final du produit au-delà des niveaux acceptables pour votre budget.

Facteurs liés à la carte

Une fois que vous avez identifié et traité les composants vulnérables aux ESD dans votre conception, l'étape suivante peut consister en la conception simultanée d'un circuit de protection ESD intégré au système, afin d'assurer la sécurité des composants qui ne peuvent pas être remplacés. Ces circuits utilisent des dispositifs tels que des diodes à polarisation inverse, des varistances, des diodes de suppression des surtensions transitoires ou des fusibles pour dériver l'énergie vers un réseau de mise à la terre, ou pour absorber l'énergie via un dispositif réinitialisable ou consommable avant que des dommages ne surviennent.

Il convient de noter que les impulsions ESD sont extrêmement rapides, avec des temps de montée de l'ordre de quelques nanosecondes. Tout composant utilisé dans un circuit de protection doit offrir des temps de réponse suffisamment rapides pour réagir à ces décharges. Les composants de suppression des ESD, tels que les varistances multicouches et les suppresseurs à base de polymère, peuvent également contribuer à réduire les tensions ESD à des limites acceptables.  

Bien qu'un circuit de protection au niveau de la carte puisse être utile, il est important de garder à l'esprit qu'il ne fonctionnera que pendant le fonctionnement de votre conception après fabrication, et qu'il peut ajouter des coûts de production importants à votre produit. De plus, vous devrez toujours faire face aux problèmes pouvant survenir pendant la production, les tests, l'expédition et la réparation/le retravail du produit, c'est-à-dire ce que nous appelons les facteurs environnementaux.

Facteurs environnementaux

Dans cette catégorie, nous incluons les influences extérieures au choix des composants et à la conception des circuits qui peuvent avoir un impact sur les problèmes d'ESD. Les facteurs environnementaux représentent les influences les plus importantes sur l'accumulation et la décharge électrostatiques. L'atténuation ou la prévention de ces influences peut aller de solutions simples à des solutions complexes, selon vos besoins.

Ces facteurs comprennent de faibles niveaux d'humidité dans l'installation de production ou d'utilisation, la capacité à gérer des charges statiques errantes avant une décharge éventuelle, la vitesse de séparation entre les objets pendant la fabrication, l'accumulation d'électricité statique induite par le personnel, le blindage des composants ou cartes sensibles contre les ESD pendant le transport, et l'accumulation de charge statique sur des objets autres que les composants, y compris les personnes.  

La liste des produits, matériaux, systèmes et équipements disponibles directement liés à la prévention des ESD, du poste de travail à l'atelier de production, est vaste, et sélectionner ce dont vous avez besoin peut s'avérer difficile. Voici une liste rapide de quelques solutions que vous pourriez envisager :

• Papier bulle conducteur, sacs en plastique et conteneurs pour le transport, le stockage et l'expédition
• Boîtes blindées, feuilles de mousse et ruban adhésif (ainsi que distributeurs) pour l'expédition
• Tapis de mise à la terre, bracelets et cordons qui dérivent l'électricité statique vers la terre pour les espaces de travail
• Bureaux et postes de travail conformes pour les opérations d'assemblage
• Vêtements, chaussures et gants résistants aux ESD pour les techniciens ou le personnel sur le terrain
• Ioniseurs pour le contrôle des ESD à l'échelle d'une pièce
• Pistolets et souffleurs à air ionisant pour éliminer les charges statiques des surfaces ou des composants
• Carrelages, tapis et moquettes antistatiques ou conducteurs pour résister ou gérer l'accumulation d'électricité statique dans toute la zone de travail
• Produits chimiques et traitements pour le nettoyage des surfaces afin de réduire la production d'électricité statique 
• Peintures et revêtements conducteurs pour prévenir une accumulation nuisible d'électricité statique
• Moniteurs et testeurs pour évaluer les risques d'ESD

Et la liste continue. Il va presque sans dire que si vous avez un besoin spécifique de prévenir l'accumulation d'électricité statique ou les événements ESD, quelle que soit leur ampleur, une solution existe. La plupart des efforts de gestion des ESD sont personnalisés selon les besoins individuels, ce qui constitue une autre occasion de tirer parti de la base de connaissances produits de votre distributeur de composants agréé.

Nos amis de CircuitBread, qui se consacrent à la création de contenus destinés à former et informer les ingénieurs électroniciens débutants et expérimentés, abordent également certaines notions de base sur la mise à la terre et la protection des circuits sur leur site web, que vous pouvez consulter ici : How Do I Prevent Electrostatic Discharge (ESD) From Ruining my Parts?

Un mot sur les protocoles ESD

Tout système de prévention ou d'atténuation des ESD n'aura qu'une valeur protectrice limitée à moins que tous ses composants individuels, des bracelets aux produits de blindage, ne soient utilisés en permanence dans les zones où se trouvent des composants sensibles. Un bracelet ne servira à rien s'il n'est pas branché à un réseau de mise à la terre. Comme pour les protocoles antiviraux dans le domaine de la santé publique, les efforts contre les ESD ne peuvent pas être mis en place puis oubliés. Il suffit d'une seule étincelle.  

Résumé

L'accumulation électrostatique et sa décharge soudaine ne sont pas des phénomènes nouveaux, mais l'effet négatif qu'elles peuvent avoir sur les composants et systèmes électroniques continue de croître à mesure que les produits deviennent plus complexes et miniaturisés. Comprendre les implications et les effets des ESD tout au long de la chaîne d'approvisionnement, et œuvrer en permanence à la mise en œuvre de l'utilisation de produits ESD ainsi que de protocoles de production, permet de réduire au minimum tout résultat choquant.