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Tous ceux qui ont déjà reçu un petit coup de jus en se brossant les cheveux l’hiver ou en sortant le linge de la machine à laver peuvent comprendre la gêne provoquée par les décharges électrostatiques. Mais ces transitoires électriques sont bien plus qu’une gêne, ils peuvent provoquer la défaillance et la panne précoce d’un appareil.

Les décharges électrostatiques (DES) résultent d’un frottement entre deux matériaux différents qui entraîne une charge électrique à leur surface. Cela arrive très fréquemment entre différents matériaux, dont le corps humain, qui représente la plus grande menace de décharges électrostatiques pour les appareils électroniques que nous manipulons. De telles décharges peuvent aller jusqu’à 15 kV. Si vous en recevez une à 6 kV, elle ne passera pas inaperçue. Mais même des tensions plus faibles, à peine remarquables pour notre corps, peuvent endommager des composants et des circuits qui ne seraient pas correctement protégés.

Les circuits indiqués en vert sur la figure 1 peuvent subir des surcharges électriques (surintensité, DES, surtension), leurs composants doivent donc être protégés pour garantir de bonnes performances et pour être conformes aux normes réglementaires. La norme CEI 61000- 4-2 définit les décharges électrostatiques par des temps de montée très brefs, des tensions très élevées et des courants pouvant aller jusqu’à 30 A, assez pour faire fondre le silicium et le tracé des matériaux conducteurs, cf. figure 1. Mais une décharge électrostatique peut également causer des dommages moins évidents, que l’on peut répartir en trois catégories  :

 Défaillances légères : Les courants dus aux décharges électrostatiques peuvent corrompre un flux de données ou provoquer une modification de la logique interne de l’appareil, entraînant un état de verrouillage du système ou un comportement inattendu. Bien que les défaillances légères soient habituellement temporaires, elles peuvent ralentir les communications ou demander le redémarrage du système en cas de blocage.

 Défauts latents : Avec le temps, les décharges électrostatiques peuvent endommager un composant ou un circuit et dégrader ses fonctions, même si le système peut toujours fonctionner. Des dommages répétés peuvent engendrer des défaillances prématurées.

 Défaillances graves : Les décharges électrostatiques peuvent endommager les composants au point d’entraîner une panne complète ou un fonctionnement indésirable.

Plus la taille des circuits intégrés est réduite, plus le risque qu’ils soient endommagés est élevé. La plupart des circuits intégrés fonctionnent à basse tension. Leurs structures et leurs chemins conducteurs ne sont pas conçus pour supporter les courants élevés et les tensions des transitoires et des décharges électrostatiques.

Alors que l’industrie fait tout sont possible pour développer des appareils de communication à haute fréquence pour transmettre toujours plus d’information en moins de temps, il est de plus en plus difficile pour leurs concepteurs de trouver des solutions pour ne pas compromettre l’intégrité du signal électrique à des débits de données très élevés. Les dispositifs de protection utilisés doivent avoir une capacité interne faible pour éviter la distorsion des signaux de communication des données. Pour les appareils portables comme les smartphones, les risques électrostatiques sont partout. Afin de réduire les risques pendant la fabrication et l’assemblage, les concepteurs de circuits intégrés ajoutent un minimum de dispositifs de protection sur leurs puces électroniques. C’est pourtant largement insuffisant pour protéger les circuits et les semi-conducteurs contre ces décharges lors de leur fonctionnement.

Les appareils électroniques portables sont utilisés dans des environnements imprévisibles et des charges électrostatiques peuvent apparaître à tout moment lorsqu’ils sont déplacés, glissés dans une poche ou un sac, etc. Lorsqu’un utilisateur touche les broches entrée/sortie du connecteur en branchant son appareil à un autre, l’énergie générée peut se décharger sur cet autre appareil. Pour éviter les risques de décharges électrostatiques, les fabricants doivent absolument ajouter des dispositifs de protection à leurs circuits, en tenant compte de toutes les entrées possibles. Ils doivent également choisir des dispositifs adaptés aux caractéristiques de leurs appareils, à la sensibilité de leurs composants et à leur environnement d’utilisation.

L’élaboration d’une stratégie pour supprimer intégralement le risque de décharges électrostatiques implique de trouver un équilibre entre les besoins de protection de l’appareil et ses exigences de fonctionnement selon le niveau de risque estimé. Les concepteurs des circuits doivent prendre en compte les caractéristiques électriques des dispositifs choisis, le facteur d’encombrement et le design.

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