Guide étape par étape pour choisir le bon équipement DES

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Gemma Squire, Responsable de RND

Une marque de Distrelec Gemma et son équipe se consacrent à la recherche d’outils et de composants de haute qualité, conformes et rentables pour les ingénieurs et les techniciens de la maintenance, de la réparation et des opérations. Passionnée par les produits, elle a acquis une vaste expérience en tant que chef de produit, identifiant les meilleures produits et les meilleures offres pour notre propre marque RND.

Guide étape par étape pour choisir le bon équipement DES

Les décharges électrostatiques (DES) sont un courant soudain entre deux objets chargés différemment. Cela se produit lorsque l’échange d’électrons crée un champ électrostatique important. Cela devient extrêmement problématique dans un environnement de fabrication de haute technologie.

L’électricité statique et l’induction électrostatique sont les causes les plus courantes de DES. Afin de l’éviter, des procédures doivent être suivies et un matériau de protection adéquat doit être utilisé pour réduire ou éliminer le courant électrique.

Figure 1 : Décharge DES

Les deux types de risque pour les équipements électroniques sont :

  1. Défaillance catastrophique : qui provoque des dommages permanents, tels qu’un métal en fusion, une rupture de jonction ou une rupture d’oxyde, et est généralement facile à détecter à l’inspection.                                                                              
  2. Défaut latent : entraîne une dégradation partielle, l’appareil continuant généralement à fonctionner et le défaut pouvant être plus difficile à détecter. Cependant, une dégradation partielle a tendance à conduire ultérieurement à une défaillance intermittente ou permanente.

Comment peut-on assurer la protection DES?

La protection DES est importante dans les processus de fabrication, d’expédition et d’exploitation.

La gamme de dispositifs de protection DES étant très étendue, il est important de choisir la bonne option pour votre utilisation. Un dispositif inapproprié sera inefficace et risque d’interférer avec le fonctionnement normal du circuit. Un DES optimal doit :

  • Réagir rapidement pour arrêter les pointes de courant et de tension dangereuses lors de DES.
  • Avoir la capacité de ne pas être affecté par les décharges DES répétitives.
  • Ne pas perturber les fonctionnalités du système qu’il protège.

Les dispositifs de protection contre les DES servent à protéger les produits et équipements électroniques sensibles contre les DES pendant le stockage et le transit et à prévenir l’accumulation d’électricité statique et la contamination par la poussière ou l’humidité. Les types de protection DES incluent :

1. Emballage et stockage

2. Accessoires ESD

Cette catégorie comprend un ensemble de périphériques ESD pouvant être utilisés pour fournir une protection supplémentaire. Cela inclut, mais n’est pas limité à :

3.  Systèmes de mise à la terre

Les systèmes de mise à la terre sont utilisés pour protéger toute personne travaillant avec un équipement électronique sensible. L’utilisation de produits de mise à la terre permet d’éviter l’accumulation d’électricité statique, réduisant ainsi les ESD. Exemples de systèmes de mise à la terre ESD :

Figure 2 : Câble de mise à la terre torsadé

Considérations lors du choix du bon équipement ESD

1. Comprendre d’où viendra probablement la décharge pour déterminer le niveau de protection requis par votre appareil.Lorsque l’on considère le niveau de protection requis, trois normes peuvent être utilisées pour déterminer l’immunité globale des circuits intégrés (CI) contre les ESD.

  • Contact humain – Modèle de corps humain –  Ce modèle simule la ESD d’un humain sur un composant électrique. Une personne peut accumuler de l’électricité statique en marchant ou en se déplaçant, qui est ensuite déchargée par le CI.
  • Utilisation normale de l’appareil – Modèle d’appareil chargé –  Le test CDM simule le comportement d’un appareil lorsqu’il est lui-même sous une charge électrostatique et entre en contact avec une surface métallique. C’est le type le plus courant de ESD. La décharge du CDM dépend en grande partie de la taille et du type du composant.
  • Autres équipements – Modèle de machine-   Ceci simule la décharge d’électricité statique accumulée par les machines et les équipements.
ModèleHBMMMCDM

Niveaux de test
 

2,4,8 et 15kV

100,150 et 200V

250, 500, 750 et 1000V

Courant de crête (A)
 

1.5

+3

5 à 6

Durée d’impulsion (en nanoseconde)
 
Environ 150Environ 80Environ 1

Temps de montée
 
2 à 10 nsEnviron 1 nsMoins de 400 ps
Défaillances typiques liées aux décharges électrostatiquesDommages au niveau des raccordements, pénétration du métal, fusion du métal, contamination des contacts et détérioration des oxydes de grille
 
Dommages au niveau des raccordements, fusion du métal et détérioration des oxydes de grilleDétérioration des oxydes de grille, capture de charge et dommages au niveau des raccordements
Tableau 1 : Comparaison des tests ESD

2. Déterminez quoi/qui vous voulez protéger.

Que protégez-vous?

Afin de fournir une protection efficace contre les ESD, tous les éléments manipulés susceptibles de l’être et qui nécessitent une protection doivent être identifiés. Par exemple, les dispositifs de protection ESD externes sont idéaux pour les interfaces particulièrement sensibles aux dommages causés par les ESD, mais peuvent ne pas convenir aux systèmes sur puce (SoC) très avancés.

La taille du lieu de travail et la nature du travail effectué détermineront également les exigences de l’entreprise en matière de mise à la terre sous ESD. En règle générale, les environnements de travail plus petits respectent les exigences de base en matière de ESD tandis que les installations plus grandes devront respecter des exigences de mise à la terre plus strictes.

Dans un environnement de travail étendu, il peut être nécessaire de créer une zone protégée contre les ESD (EPA), où toutes les surfaces, objets, personnes et dispositifs ESD sont maintenus au même potentiel électrique. Ceci est réalisé grâce à :

  • Mise à la terre de tous les conducteurs (y compris les personnes).
  • Suppression de tous les isolateurs – soit directement, soit en les remplaçant par une alternative ESD.
  • Utilisation d’un ioniseur pour neutraliser les isolants essentiels.

Qui protégez-vous?

La mise à la terre est une forme de protection essentielle, car elle garantit un fonctionnement sûr de l’équipement et protège les utilisateurs contre les décharges ESD. Tous les composants d’une zone de travail doivent être mis à la terre, y compris les surfaces de travail, le personnel et les équipements. Le type de système de mise à la terre utilisé est déterminé par le travailleur qui en a besoin. Par exemple, ceux qui sont assis pendant le travail devraient utiliser un bracelet tandis que ceux qui travaillent debout devraient utiliser un système de mise à la terre aux pieds. Dans certaines situations, une combinaison des deux peut être applicable.De plus, la meilleure protection ESD pour un utilisateur dans un environnement de fabrication sera différente de la protection requise par ceux qui travaillent à distance. Les ingénieurs de service, par exemple, auront besoin d’un équipement portable pouvant fournir une protection étendue pour compenser l’absence d’EPA.  

Figure 6 : Kit de maintenance sur site

3. Calculez les spécifications de protection ESD requises.

Une fois que le sujet à protéger est déterminé, il sera alors nécessaire de choisir un équipement de ESD répondant aux spécifications appropriées. Les facteurs à considérer comprennent :

Capacité

La capacité désigne la capacité d’un composant ou d’un circuit à collecter et à stocker de l’énergie sous forme de charge électrique. Lorsque la fréquence du signal augmente, l’effet de capacité change. Une inadéquation entre la capacité d’un suppresseur et la vitesse du signal d’un circuit peut entraîner la dégradation du signal. Idéalement, la capacité maximale de la diode sans perturber le signal d’interface doit être déterminée.

Pour augmenter la capacité, les conducteurs peuvent être rapprochés et des plaques plus grandes, de plus grande surface, peuvent être utilisées. De plus, des condensateurs peuvent être ajoutés comme protection antistatique pour détourner ou stocker la charge.

Figure 7 : Condensateur

Tension de serrage ESD

Cela détermine le niveau de sécurité qu’une diode de protection peut garantir. Réduire la tension à laquelle un circuit intégré sera exposé en cas de décharge ESD est essentiel pour la protection des composants plus sensibles du CI. Les appareils ayant une tension de serrage faible ont donc tendance à être plus efficaces.

Courant de fuite

Le courant de fuite fait référence à la quantité de courant qui passe à travers le suppresseur de ESD alors que le circuit fonctionne normalement. Cette considération est particulièrement importante pour les applications alimentées par batterie. Dans ce cas, des filtres antiparasites permettant une fuite aussi faible que possible sont souhaitables, de manière à ne pas augmenter le temps de décharge de la batterie.

Tension de fonctionnement du système

Les suppresseurs ont différentes spécifications de tension de fonctionnement du système en fonction de leur construction. Ces spécifications déterminent l’adéquation des pièces à l’intérieur de paramètres de circuit donnés et sont utilisées pour garantir que les pièces appropriées sont utilisées. Par exemple, une pièce de 5 VDC ne serait pas appropriée pour une utilisation dans un bus 9 VDC, car une tension excessive pourrait entraîner une dégradation de la pièce.

Emplacement du suppresseur ESD

Les suppresseurs les plus efficaces sont ceux situés près de la source de ESD et aussi proches que possible de la ligne qu’ils protègent. Plus la distance entre eux est grande, plus l’impact de la tension transitoire sur le CI sera important.

La protection contre les ESD est d’une importance capitale dans les industries de haute technologie pour assurer la fiabilité des produits, réduire les coûts là où des dommages se produiraient et protéger la santé et la sécurité des utilisateurs. Au fur et à mesure que la technologie progresse, la probabilité d’une décharge ESD augmente. Cela crée un besoin accru de protection contre les ESD. Les circuits intégrés sont le « cerveau » de tous les produits électroniques. Il est donc essentiel de protéger ces composants. À mesure que les progrès technologiques se développent dans ce domaine, le besoin de protection contre les ESD va augmenter, entraînant une offre plus étendue et plus avancée de dispositifs de protection contre les ESD.

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