ESD formation

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ESD

DEFINITION :

E.S.D. : Electrical Static Discharges - ou, D.E.S : Décharge Electro-Statique

Sommaire :

    Eléments électrostatiques
        Historique
        Electrisation
        Interprétation
        Convention
        Conducteurs et Isolants

    Explication physique
        L'atome
        Charges électriques de l'atome (effet triboélectrique)
        Phénomènes de la vie courante
        Symbolisation

    Electricité statique dans l'atelier
        Risques
        Les matériaux
        Protection contre les décharges électrostatiques

HISTORIQUE :

Le phénomène électrostatique est connu depuis très longtemps.

THALES, philosophe et mathématicien Grec, né en 640 avant Jésus Christ, constate qu’un morceau d’ambre (*) frotté avec un chiffon attire les fines particules.

L'explication du phénomène sera donnée beaucoup plus tard par les scientifiques.

(*) Ambre : résine fossile provenant de conifères qui poussaient sur l’emplacement de la Baltique
Ambre = Elektron en grec.

ELECTRISATION

Il existe plusieurs types d’électrisation.

Deux nous concernent particulièrement :

A : par FROTTEMENT

B : par CONTACT

Il existe des matériaux :
- Conducteurs
- Isolants

A – ELECTRISATION PAR FROTTEMENT

Petite expérience simple à réaliser chez soi (avec bout de tige transparente pour ouvrir/fermer rideaux)

Mettez de petits bouts de papier sur la table. Si l'on approche une baguette de polystyrène de ses bouts de papier, rien ne se produit (elle n'attire pas les bouts de papier)	Frottez la baguette avec du papier essuie-main	Maintenant, approchez de nouveau la baguette des bouts de papier. Après frottement, elle attire de très légers morceaux de papier qui se fixent uniquement sur la partie frottée. L’autre extrémité de la tige ne les attirent pas.
On dit qu’elle est électriquement neutre.

B – ELECTRISATION PAR CONTACT

Une petite sphère est suspendue par un fil à un support.

On a ainsi constitué un pendule.

Si on approche de la sphère une tige de polystyrène frottée avec le papier essuie-main :

La sphère est repoussée.

Si on l’amène en contact avec la tige de polystyrène, la boulette de papier alu est attirée par la tige de polystyrène puis violemment repoussée.

La boulette s’est électrisée au contact du polystyrène.
Si on approche d’elle une tige de verre frottée avec le papier essuie-mains la sphère est attirée.

Par contact, une partie de la charge électrique de la tige de polystyrène passer sur la boulette de papier alu.
La sphère est :
- repoussées par le polystyrène frotté
- attiré par le verre frotté
Les deux tiges électrisées par frottement portent des charges électriques différentes.

Convention :
On appelle :
Charges positives celles portées par le verre frotté.
Charges négatives celles portées par le polystyrène frotté.

Rappel : deux charges électriques de même signe se repoussent. Deux charges électriques de signes contraires s'attirent.

Conducteurs et isolants :

Si l'on frottre une tige de cuivre ou d'aluminium avec de la laine, les très légers morceaux de papier ne sont pas attirés.
Une tige de verre frottée électrise, par contact en A, une tige de verre placée sur un morceau d'isolant, le pendule placé en B reste immobile
Une tige de verre frottée électrise, par contact en A', une tige de cuivre placée sur un morceau d'isolant, le pendule placé en B' est attiré puis repart après contact.

Conclusion :
Dans le cas du verre, les charges électriques restent localisées en A
Dans l'autre cas elles se sont réparties dans tout le matériau (de A' à B')

EXPLICATION PHYSIQUES

Il faut pour cela aborder le domaine de l’infiniment petit, le domaine de l’atome.

L’ATOME

C’est quoi ?
C’est la plus petite partie d’un élément chimique
Il en existe un peu plus de 100 :
- hydrogène - fer - cuivre - aluminium ... (si vous les voulez tous, voir le tableau de Mendeleïev - cela rappellera de bons souvenirs à certains)

L'atome est formé de la réunion de trois familles de particules

L’électron :     Il est chargé négativement. Il se situe sur la partie externe de l’atome
Le proton :     Il est chargé positivement. Il se situe dans le noyau de l’atome
Le neutron :     Il n’a pas de charge. Il se situe dans le noyau de l’atome

Charges électriques de l'atome

Un atome est électriquement neutre. C’est à dire qu’il possède autant de proton que d’électrons.

Un corps se charge donc chaque fois que l'on modifie la répartition des électrons.

Si on arrive à attirer en un endroit de ce coprs un excès d'électrons, cet endroit sera chargé négativement.
Au contraire, un endroit ou se produit un défaut d'électrons se charge positivement.

Action mécanique : "effet triboélectrique" (frottement)
On peut ainsi expliquer ce que nous avons vu en expérience lorsque l'on frotte la baguette de verre sur une peau de chat, le frottement arrache des électons au verre, qui se charge donc positivement.
Les électrons se retrouvent sur la peau de chat qui se charge négativement.

Si la baguette est en ébonite et qu'on la frotte avec une peau de chat, c'est l'inverse qui se produit la baguette se charge négativement (la peau de chat cède des électrons à la baguette).

Phénomènes de la vie courante

Voiture :
En descendant de voiture, après un trajet, ne vous est-il jamais arrivé de vous prendre une chataigne en approchant la main de la voiture ?
Une voiture est isolée du sol par ses pneus. Elle se charge électriquement au cours de ses déplacements, par frottement de l'air et par contact des particules en suspension.
Quand vous descendez de la voitrure, vous êtes en contact avec le sol (à la terre pour ne pas dire à la masse mais, vous pourriez mal interpréter mes propos). Lorsque vous ouvrez (ou fermez) la portière, vous jouez le rôle de conducteur électrique en reliant la voitre avec le sol.
Pour éviter ce problème : installez un frotteur qui relie constamment votre voiture au sol..

Vêtement nylon :
Pourquoi les jupes ou les robes viennent-elles constamment se coller à leur collant nylon ou sous vêtements ?

Par frottement on arrive soit à « arracher » des électrons, soit à en rajouter

Nous venons de visualiser et d’expliquer comment sous certaines conditions des objets peuvent se charger d’électricité statique :

              L’un des deux cède des électrons à l’autre.

              Une charge électrique se forme et se libère quand elle rencontre un conducteur
              électrique

La protection contre les décharges Electrostatiques est une de nos préoccupations. Car si cela se passe dans un composant il y a risque de destruction.
Les caractéristiques physiques des composants les rendent très vulnérables aux décharges électrostatiques.

RISQUES

Quels sont les risques encourus pour les composants :

Destruction du composant :
       Claquage des barrières isolantes ou semi conductrices provoqué par la tension
       électrostatique

Fusion des réseaux conducteurs provoquée par le courant de décharge

Ces deux défauts sont détectés aux contrôles et tests …..

Mémorisation des décharges électrostatiques non destructrices, création de DEFAUT LATENTS non détectés lors des contrôles et tests.

      Perte plus ou moins sensible des performances

      Sensibilisations des composants à des risques de perturbation ou de destruction ultérieure. Isolants

SEUIL DE SENSIBILITE DES COMPOSANTS

FAMILLE	TYPE DE COMPOSANTS	SEUIL DE SENSIBILITE AUX E.S.D.
TRANSISTOR	MOS RF	100 Volts 100 Volts
CIRCUITS INTEGRES	MICRO CONTROLEURS / ASIC Logiques TTL J FET (transistors à effet de champ) Ampli Ops Logique C MOS (std, mémoires) Diodes Schottky Transistors bipolaires Analogiques (ampli op, régulateurs, drivers …)	2.000 Volts 2.000 Volts 140 Volts 190 Volts 2.000 Volts 300 Volts 300 Volts 2.000 Volts

LE SEUIL DE SENSIBILITE E.S.D. DES COMPOSANTS AUGMENTE LORSQUE CEUX-CI NE SONT PAS RACCORDES AUX CIRCUITS D’ENTREE, DE SORTIE ET D’ALIMENTATION.

LES MATERIAUX

Les matériaux constituant l’environnement des zones sensibles sont classées en 3 catégories :

- Isolants
- Dissipatifs ou Antistatiques
- Conducteurs

1) Critères de classement

- Vitesse de répartition et/ou d’écoulement de la charge vers la terre (Résistivité de la surface)

- Capacité de générer ou non des charges électrostatiques (suivant les propriétés triboélectriques)

Tableau des propriétés triboélectriques des matériaux

2) Caractérisation des matériaux

2-1) Les matériaux isolants
Plastiques, mica, laine, verre ...
C'est matériaux peuvent conserver les charges électriques pendant des minutes, voir des heures. Ils sont à éliminer des zones sensibles.

2-2) les matériaux disipatifs ou antistatiques
exemples
Lorsques ces matériaux seront en contact avec une surface conductrice reliée à la terre, leur temps de décharge seront de
- quelques 1/10 seconde pour les antistatiques
- quelsque 1/100 seconde pour les dissipatifs

2-3) les matériaux conducteurs de l'électricité statique
Cuivre, fer, bac noir, opérateur ...
Le contact avec la surface conductrice reliée à la terre occasionne une décharge très rapide du matériau. Attention cette décharge rapide génère des champs électrostatiques très perturbateurs (ou une intensité qui peut détruire un composant).

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
xXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXx

L'ELECTRICITE STATIQUE DANS L'ATELIER
Protection contre les décharges électrostatiques

1) CAUSES

Les principales causes des dommages liés aux décharges d’électricité statiques sont :
- les personnes
- les manutentions et les conditions de stockage

2) Les Solutions

2-1) SOL
Le sol dissipateur à une caractéristique, différente de la rue.

Il équipe toute la zone sensible. La matière du sol est dissipatrice, elle repose sur un maillage conducteur (cuivre assurant l’évacuation E.S.D. vers la terre)

Il permet également de limiter les charges triboélectriques dues au déplacement des personnes ou des sièges sur le sol.

2-2) Protection ESD des personnes
BLOUSE ANTISTATIQUE reconnaissable à son quadrillage noir.

Ce quadrillage est constitué par des fils de carbone et maintiennent les personnes au même potentiel.

La décharge s’effectue par le bracelet ou les chaussures.

Le port de la blouse fermée est obligatoire pour toutes les personnes évoluant sur les zones sensibles :

                                        - Aire de production
       Zones sensibles        - Laboratoire
                                        - Réception magasin

Il est interdit de porter un vêtement sur la blouse.

Nota : sans bracelet ou chaussures, le port de la blouse est inefficace.

CHAUSSURES ANTISTATIQUES
Ces chaussures sont identifiées par le sigle E.S.D.
Elles possèdent une semelle et un talon conducteur reliant électriquement l’opérateur au sol.

TALONNETTES ANTISTATIQUES
Ces talonnettes sont utilisées par les personnes dont la présence est temporaire ou exceptionnelle sur les zones sensibles :
       - visiteurs
      - Structure
      - Intérimaires

Deux talonnettes doivent être utilisées (car parfois, l'on peut être en appui sur une seule jambe).

Chaque talonnette est équipée d’un lanière conductrice reliant le pied de l’utilisateur et la talonnette.
La talonnette relie électriquement la personne au sol.

Le port des chaussures ou des talonnettes est obligatoire sur les zones protégées.

BRACELET ET SON CORDON
Le bracelet et son cordon sont utilisés sans interruption sur les postes de travail assis.

Le bracelet possède :
- une bande élastique intérieurement conductrice

Le bracelet et son cordon assurent la continuité électrique entre l’opérateur et la table (elle même reliée électriquement à la terre).
En utilisation, le bracelet doit être serré sur la peau, relié à la table de travail par l’intermédiaire du cordon (la table, elle, étant reliée à la terre).

Pas de bracelet sur les vêtements. Car le vêtement isole la personne du bracelet.

CONTROLE DES EQUIPEMENTS E.S.D.
Une fois par jour, à chaque prise de poste (début d’équipe), les protections E.S.D. bracelets, cordons, chaussures ou talonnettes, doivent être contrôlées au moyen du testeur.

      - se positionner sur le tapis de contrôle chaussures
     - mettre le bracelet au poignet
     - cliper le cordon sur le bracelet
     - relier le cordon au testeur
     - appuyer sur le bouton de test
     - la lampe verte « Ok » doit s’allumer

Dans le cas de dysfonctionnement (lampe rouge allumée) vérifer :

     - la mise en place du bracelet
     - la liaison du bracelet cordon testeur
     - la position sur le tapis ou la fixation des talonnettes (contact de la lanière avec le pied)

NE PAS PENETRER EN ZONE SENSIBLE SANS INDICATION DE CONFORMITE (vous risqueriez de détériorer les produits électroniques que vous manipuleriez)

3 . PROTECTION E.S.D. DU POSTE DE TRAVAIL

TABLE DISSIPATRICE OU TABLE EQUIPEE D’UN TAPIS DISSIPATEUR
La table dissipatrice est équipée pour assurer la continuité électrique avec la terre.
La matière du tapis est dissipatrice, le tapis est équipé de deux prises pour liaison terre et cordon.

CHAISE DISSIPATRICE
Tous les postes de travail assis en zone sensible sont équipés de chaises dissipatrices.
La chaise dissipatrice possède un siège, une armature et des roulettes assurant la continuité électrique avec le sol.

BACS CONDUCTEURS

Ces bacs sont noirs ou gris (présence de carbone conducteur)
Ils sont identifiés par une étiquette jaune E.S.D. ou par un gravage.
Ces bacs sont obligatoirement utilisés pour stocker, transporter, déplacer des composants électroniques (non protégés) et des cartes équipées.

Vérifiez la durée de vie éventuelle de l'effet dissipateur de ces moyens.

CHARIOT PORTE BAC CONDUCTEUR
Les chariots porte bac possèdent une armature et des roulettes conductrices permettant d’assurer la liaison électrique avec le sol.

NETTOYAGE DES POSTES
Tous les produits utilisés pour le nettoyage,
       Postes, Bacs, Sols

Sont des produits spécifiques interdisant la création d’un isolant (tous les produits à base de silicone par exemple sont interdits)

NETTOYAGE DES BLOUSES
Des conditions très spéciales sont indispensables ; c’est la raison pour laquelle le nettoyage est confié à des spécialistes nous garantissant le respect de ces conditions.
   LE NETTOYAG E PAR LE PERSONNEL EST INTERDIT

Les bacs pour IDM sont elles mises dans des bacs antistatiques ?….

Avoir exemples de composants donnés dans la liste des éléments sensibles ; les mettre dans le texte ?….

Vérifier les seuils de sensibilité ESD

Avoir auprès des qualité client des exemples de retours dus à des ESD

Revoir la « composition du bracelet »

Voir si tous les bacs esd ont un gravage