ESD : définition, abréviation et signification en bref

Le terme ESD est une abréviation à laquelle on est souvent confronté dans un contexte industriel. Ces trois lettres signifient « électrostatique discharge » (décharge électrostatique).

Dans la vie de tous les jours, nous avons tous déjà eu affaire à l’ESD – par exemple en touchant un bouton de porte en métal ou en serrant la main de quelqu’un. En effet, on se prend alors « un coup de jus ». Voyons d’abord la définition de l’ESD : une décharge électrostatique de ce type se produit suite à une compensation incontrôlée de la charge électrique entre deux objets ayant des charges d’intensité différente. L’être humain ne perçoit une telle décharge qu’à partir d’un seuil d’environ 3500 volts. Alors que cette tension est désagréable mais sans danger pour l’homme, ce n’est pas la même chose pour les composants sensibles à l’ESD (dits ESDS, « electrostatic discharge sensitive ») : Dans ce cas, 5 volts suffisent pour causer des dégâts préliminaires. Souvent ces dommages ne se manifestent que plus tard, ce qui peut donner lieu à des réclamations. Il est donc conseillé aux entreprises qui fabriquent ou transforment de tels composants de s’occuper sérieusement de l’ESD et des mesures de protection ESD correspondantes. A ce propos, non seulement un concept de sécurité global est nécessaire mais il faut aussi des composants compatibles ESD.

Comment apparaît l’ESD concrètement ?

Les décharges électrostatiques sont très fréquentes. Elles se produisent quand deux matériaux à potentiel électrostatique différent sont frottés l’un contre l’autre ou bien séparés l’un de l’autre. Cependant, souvent un simple contact suffit. On parle aussi de l’effet triboélectrique qui doit son nom à la série triboélectrique (voir ci-dessous). Elle permet de savoir à quel point et avec quelle polarité un matériau accumule des charges. Autrement dit : on peut voir directement les matériaux qui ont tendance à libérer des électrons et à accumuler une charge positive. Donc, si des matériaux se trouvent dans la partie positive de la série triboélectrique, alors en cas de charge électrostatique, ils libèrent des électrons vers des matériaux dans la partie négative. Au niveau de la partie inférieure de la série, c’est l’inverse qui se produit.

Les personnes accumulent souvent des charges simplement en marchant : les semelles frottent sur le sol, et de plus elles sont séparées du sol à chaque pas .

Dans les produits industriels on utilise un grand nombre de ces matériaux « positifs ». Une protection adéquate pendant la fabrication et la manipulation des composants sensibles à l’ESD est donc particulièrement importante. Il ne faut pas oublier qu’un transfert de la charge peut aussi passer par le matériel en provenance de l’environnement immédiat qui a déjà accumulé une charge. Les personnes accumulent souvent des charges simplement en marchant : les semelles frottent sur le sol, et de plus elles sont séparées du sol à chaque pas. Au cours de ces phénomènes triboélectriques une tension apparaît qui atteint le corps à travers les vêtements et s’accumule entre autre dans la peau et dans les cheveux. Des vêtements isolants, tels que les semelles en caoutchouc et en plastique, augmentent encore cet effet. Les chaussures de travail ordinaires n’offrent donc pas de protection ESD suffisante.

Signification et effets des dommages par ESD pour les entreprises

Les composants électroniques sont endommagés par l’ESD surtout dans les situations suivantes typiques : Un contact entre une personne et un composant électronique peut provoquer une décharge (par exemple en passant par la main et un outil), ou bien un contact avec des composants chargés peut se produire. Pratiquement tout type d’équipement électronique à circuits intégrés est susceptible d’être touché par le risque de l’ESD. En effet, ces circuits contiennent une combinaison de nombreux composants à semi-conducteur électroniques, reliés les uns aux autres, notamment des transistors, des diodes ainsi que d’autres composants actifs et passifs. En raison des pistes conductrices et des structures microscopiques des composants électroniques, même les tensions plutôt faibles occasionnées par l’ESD ont des effets néfastes : On peut donc se représenter une compensation de tension de ce genre comme un coup de foudre miniature. De plus, la tendance continue à la miniaturisation entraîne également une fragilité accrue des circuits. L’importance de la protection ESD est donc appelée à un bel avenir.

Conséquences d’un dégât ESD non détecté

En raison de « l’invisibilité » de l’ESD, les dommages associés sont souvent découverts tardivement. L’exemple suivant est tout à fait réaliste : En traversant l’atelier, et dû au frottement entre les chaussures et le sol, le corps d’une personne a accumulé une charge électrostatique d’environ 1500 volts. Dès que la personne touche un composant électronique au moment du conditionnement, une décharge incontrôlée se produit dans l’électronique. A ce moment-là, l’une des pistes conductrices minuscules dans une puce est endommagée. Cependant, cela passe inaperçu puisque la tension était inférieure à 3500 volts, sachant qu’une tension de 50 volts suffit pour causer des dégâts. Etant donné que la piste n’a été endommagée que légèrement elle tient bon pendant un certain temps. Au contrôle qualité, ce défaut n’est donc pas repéré non plus. Même chez le client, tout va bien dans un premier temps.

Il ne faut surtout pas sous-estimer la perte d’image et de confiance qu’impliquent les dommages ESD .

Avec le temps, les impulsions de courant liées au fonctionnement continuent à aggraver les dégâts ESD. En fin de compte la piste conductrice est suffisamment endommagée pour provoquer un court-circuit. Le problème est donc que les dégâts apparaissent avec un important retard. La panne se produit à un moment de production très critique. Il faut alors en règle générale environ 8 heures pour retrouver et remplacer le composant défectueux. Dans le cadre de la garantie, le fabricant doit remplacer le composant, ce qui implique des coûts supplémentaires pour lui. Cependant, ce n’est pas la seule conséquence des dommages ESD : de plus, le client fera désormais nettement moins confiance à l’entreprise en question. De ce fait, il pourrait se tourner vers un autre fabricant. Il ne faut surtout pas sous-estimer la perte d’image et de confiance qu’impliquent les dommages ESD.

Coup de projecteur sur l’EPA (zone de protection ESD)

On se demande donc comment empêcher les dommages dus à l’ESD ainsi que leurs conséquences. A ce propos, un concept de protection ESD complet est nécessaire. Cela implique également la nomination d’une personne chargée de la coordination ESD, la formation des collaborateurs et collaboratrices, ainsi que des contrôles réguliers de la fonction de protection ESD. Dans le livre blanc gratuit « Les 10 règles d’or de la protection ESD » vous verrez en détail en quoi consiste un concept de protection ESD. Ici, nous nous limitons à la zone de protection électrostatique (EPA) puisqu’elle permet d’illustrer les principes de la protection ESD. Ce n’est que dans une telle zone, également appelée « zone de protection ESD » que la manipulation et le montage des composants électroniques sont autorisés. Ici, tous les matériaux utilisés doivent être à capacité de décharge électrostatique et reliés à la terre au même potentiel. De cette façon, on peut éviter les charges électrostatiques et les différences de potentiel. En principe, il existe différents types d’EPA, elles peuvent être composées d’un seul poste de travail, d’une surface définie, ou bien d’un bâtiment tout entier.

Alors que dans une UPA l’accès est illimité, seul le personnel formé et des visiteurs informés et portant un équipement de protection peuvent entrer dans une EPA .

C’est bien pratique : Dans le module de configuration de poste de travail gratuit d’item il est facile de définir l’EPA pour un poste de travail individuel et de visualiser la zone ensuite. Si des composants sans sécurité ESD sont mis en place, l’utilitaire en ligne le signale explicitement. A propos, il existe aussi une désignation pour le contraire d’une EPA, on parle alors d’une : zone non protégée (« unprotected area », UPA). Alors que dans une UPA l’accès est illimité, seul le personnel formé et des visiteurs informés et portant un équipement de protection peuvent entrer dans une EPA. La manipulation de composants sensibles à l’ESD est réservée aux collaborateurs et collaboratrices formé(e)s. A l’intérieur de l’EPA, certaines règles de conditionnement s’appliquant aux composants sensibles à l’ESD sont à respecter. Si pour des raisons inhérentes au processus, des matériaux susceptibles d’accumuler des charges doivent être utilisés à l’intérieur de l’EPA, le champ électrostatique qu’ils émettent ne doit pas dépasser les 100 V/cm. Sinon une réduction de l’intensité de champ par des mesures supplémentaires, telles qu’une ionisation ou l’augmentation de l’humidité ambiante, est nécessaire.

Des sols et des chaussures pour éviter les décharges électrostatiques incontrôlées

Un sol ESD est un composant essentiel de toute EPA ou zone de protection ESD. Il est mis à terre de façon à éliminer les charges électriques en toute sécurité. Selon DIN EN 61340-5-1 ff, un sol compatible ESD, installé à demeure, comprend plusieurs couches. Plusieurs bandes de cuivre assurent la décharge à la terre. Les entreprises peuvent choisir entre des sols ESD fixes ou provisoires. Les deux ont des avantages et des inconvénients : Un sol permanent bénéficie d’une longue durée de vie avec des propriétés stables et d’une capacité de résistance parfois extrême, mais à des prix assez élevés. Les sols provisoires sont plus abordables et permettent de procéder à des adaptations rapides dans des zones déjà en place. En même temps, ils ne supportent que de faibles sollicitations puisqu’ils ne disposent que d’une durée de vie limitée. Le choix dépend donc de chaque cas de figure.

Les chaussures ordinaires, et mêmes les chaussures de travail, ont souvent un effet isolant. Alors qu’en portant des chaussures conductrices ou en utilisant des bandes de mise à la terre pour chaussure on peut relier son corps au sol ESD .

Etant donné son importance capitale pour la protection ESD le sol ESD doit toujours être en parfait état. Il ne faut pas oublier que les produits de nettoyage et d’entretien à base de cire sont alors contre-indiqués. Les chaussures de travail à protection ESD sont également primordiales. En effet, si les personnes qui se trouvent sur des sols ESD conducteurs et mis à la terre ne disposent d’aucun contact électrique sur ceux-ci, l’effet escompté ne sera pas atteint. Les chaussures ordinaires, et mêmes les chaussures de travail, ont souvent un effet isolant. Alors qu’en portant des chaussures conductrices, adaptées à l’ESD, ou en utilisant des bandes de mise à la terre pour chaussure on peut relier son corps au sol ESD. Les accumulations de charge pendant la marche sont ainsi éliminées de façon fiable. La connexion électrique du personnel au moyen des chaussures de travail doit être contrôlée tous les jours. A cet effet, on utilise des « personnel grounding tester » (PGT).

Des produits spécifiques à utiliser dans une EPA

Ce qui vaut d’une manière générale pour une EPA s’applique forcément aussi aux postes de travail dans cette zone : dans la mesure du possible, on n’utilise pas de matériaux susceptibles d’accumuler des charges dans la zone de manipulation. Si des téléphones ou terminaux informatiques sont indispensables, des distances de sécurité par rapport à la zone de manipulation sont inévitables. En général, toute la zone de travail doit être à capacité de décharge électrostatique et mise à la terre. Cela concerne en particulier :

• les tables de travail
• les sièges de travail
• les caissons inférieurs
• les tiroirs
• les rayonnages
• les chariots de transport

A titre d’exemple, les tables de travail ESD d’item sont équipées d’un plan de travail à conductivité électrique volumique. Dans un plan de travail ESD la conductivité électrique volumique est obtenue grâce à un panneau de particules auquel on ajoute de la poudre de graphite. La couche supérieure du plan de travail est également entièrement à conductivité électrique volumique, obtenue à l’aide de particules à base de carbone. Si la manipulation se limite à de petites zones, on peut se servir de tapis de protection ESD sur les tables. Pour le travail au niveau d’un poste de travail ESD, il est également recommandé de porter un bracelet ESD afin d’assurer la mise à la terre de la personne. Peu importe qu’il s’agisse du plan de travail ou des accessoires : le piètement de table permet de relier tous les composantes à la terre.

Les outils, tels que les tournevis, les fers à souder ou les appareils de mesure, entrent en contact direct avec les composants sensibles à l’ESD .

Les bacs à pièces, les caisses de stockage, les couvercles et les outils devraient également être en matériau antistatique. Les outils, tels que les tournevis, les fers à souder ou les appareils de mesure, entrent en contact direct avec les composants sensibles à l’ESD. S’ils sont antistatiques, les charges peuvent s’évacuer de manière contrôlée. Par ailleurs, pour les sièges de bureau la situation est similaire à celle des chaussures de travail ordinaires : du point de vue de la protection ESD, ils représentent un facteur de risque considérable. En raison du grand nombre de matériaux utilisés, les sièges de bureau sont rarement à capacité de décharge électrostatique. Pour le travail dans une zone de protection ESD, la norme DIN EN 61340-5-1:2009 ; partie 5-1 (supplément 1) prévoit donc la mise en œuvre exclusive de sièges (chaises) à protection électrostatique.

Des chariots compatibles ESD pour le transport et l’approvisionnement

Le frottement et le mouvement sont partout : c’est justement lors du transport et du stockage que la protection des composants électroniques est particulièrement importante. Dans ce cas, des conditionnements blindés spéciaux, des conteneurs adaptés et surtout des chariots de transport et d’approvisionnement antistatiques assurent la protection ESD. Etant donné que les composants sont réalisés en aluminium, la technique des profilés et les assemblages d’item conviennent normalement tout à fait à une conception à capacité de décharge électrostatique. De plus, il existe de nombreux produits qui ont été développés directement pour la protection contre les décharges électrostatiques incontrôlées. Des accessoires, tels que les chaînes antistatiques ESD ou les roulettes antistatiques, augmentent encore la protection des chariots de transport. En principe, les postes de travail et équipements compatibles ESD d’item subissent une mesure de contrôle avant expédition afin de vérifier la capacité de décharge électrostatique.

Résumé des abréviations les plus importantes dans le domaine de la protection ESD

• ESD | Electrostatic discharge : décharge électrostatique
• ESDS | Electrostatic discharge sensitive : sensible à l’ESD
• EPA | Electrostatic Protected Area : zone de protection ESD
• UPA | Unprotected Area: zone non protégée

Un réservoir de connaissances gratuit concernant les mesures de protection ESD

Depuis toujours les sujets liés à l’aménagement du poste de travail pour le montage font partie intégrante du blog item. Dans la vaste catégorie des systèmes de poste de travail de montage vous trouverez un récapitulatif de tous les articles. Entre autres, il y a plusieurs sujets ESD, y compris sur la fonction EPA dans le module de configuration de poste de travail. De plus, sur une page dédiée vous pouvez télécharger un total de 4 contenus gratuits au format PDF :

• Protection ESD : Les bases expliquées simplement
• La table de travail ESD : planification sûre, simple et rapide
• Mesures de protection ESD pour l’industrie
• Protection ESD – protection visible contre risques invisibles
• Constater des dégâts ESD – à l’aide d’un microscope électronique
• Configuration ultrasimple en ligne des tables ESD
• Quatre PDF dans la médiathèque ESD : 10 règles d’or, les bases de l’ESD, aménagement d’une EPA, mise en œuvre d’un concept de protection ESD

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