ESD selon IEC 61000-4-2: methode et niveaux de test

Auteur Hugues Orgitello Mis à jour le 27 mai 2026 ~15 min de lecture

Guide · Immunite EMC

L'essai d'immunite aux decharges electrostatiques selon IEC 61000-4-2 est l'un des essais EMC horizontaux les plus referenes par les normes produit: EN 55035 (multimedia), EN 60601-1-2 (medical), EN 61000-6-1 et 6-2 (generique), et la grappe des normes industrielles, ferroviaires et batiment. L'essai simule le courant transitoire produit par un operateur charge electrostatiquement qui touche l'equipement. Cette page expose le cadre normatif (edition 2.0:2008 plus amendement 1 de 2017), les modeles ESD (HBM composant vs simulateur 61000-4-2), les niveaux contact et air, le materiel d'essai, les criteres A/B/C, l'articulation avec ISO 10605 et IEC 60601-1-2, et les pieges en preparation de campagne.

Le phenomene ESD et pourquoi on le teste

Une decharge electrostatique est un transfert brutal de charges entre deux objets a des potentiels electriques differents. Un operateur qui marche sur un sol synthetique accumule typiquement 4 a 15 kV par triboelectricite, selon l'humidite ambiante et la nature du revetement. Quand cet operateur touche un equipement metallique, le potentiel s'egalise en quelques nanosecondes, avec un courant pic qui depasse la dizaine d'amperes.

Le risque pour l'equipement est double. D'une part, le courant rayonne un champ electromagnetique a large bande (continu jusqu'a 1 GHz environ), qui se couple aux pistes du PCB et aux cables internes. D'autre part, si le chemin de retour vers la masse est mal defini, le courant traverse l'electronique et peut detruire une jonction de transistor ou faire commuter un registre logique. L'essai IEC 61000-4-2 vise a verifier qu'un produit place en environnement realiste survit a ces evenements sans degradation permanente, et idealement sans perte de fonction temporaire.

Pourquoi un essai normalise plutot qu'un essai sur site

Les decharges naturelles varient en amplitude, en duree de montee, et en chemin de retour. Pour comparer des produits entre eux et entre laboratoires, il faut un signal de reference reproductible. IEC 61000-4-2 specifie un pistolet de decharge equipe d'un reseau RC de 150 pF / 330 ohm: 150 pF approxime la capacite du corps humain par rapport a la masse, 330 ohm reproduit l'impedance moyenne d'un bras tendu en contact avec une surface conductrice. Le courant resultant a une montee de 0,7 a 1 ns, un pic d'environ 7,5 A pour 4 kV contact, et une queue exponentielle avec constante de temps de 50 ns environ.

Cette forme d'onde n'est ni la pire ni la plus courante, mais elle est repetable et accepte par toutes les normes produit qui referencent l'immunite ESD. Voir Tests CE pour le cadre EMC general en UE.

Les modeles ESD: pourquoi il y en a plusieurs

Une confusion frequente concerne les differents modeles ESD utilises dans l'industrie. Trois familles co-existent, chacune avec son objet d'essai et son materiel.

HBM, MM, CDM: au niveau composant

Le HBM (Human Body Model, ANSI/ESDA/JEDEC JS-001) evalue la robustesse d'un composant nu en silicium pendant la qualification usine. Reseau 100 pF / 1,5 k ohm, courant pic environ 1,3 A pour 2 kV. Les classes courantes vont de 0A (250 V) a 3B (8 kV); un microcontroleur grand public est typiquement qualifie 2 kV HBM. Le MM (Machine Model, ESDA STM5.2, retire 2018) simulait la decharge d'un outil charge. Le CDM (Charged Device Model, ANSI/ESDA/JEDEC JS-002) simule un composant lui-meme charge touchant une masse. Ces trois modeles s'appliquent au silicium, pas au produit fini.

IEC 61000-4-2, produit fini

IEC 61000-4-2 evalue le produit complet sous tension, dans sa configuration d'usage. Son reseau 150 pF / 330 ohm et son courant pic d'environ 7,5 A pour 4 kV ne sont pas equivalents aux modeles composant. Un produit qui passe niveau 4 (8 kV contact) ne dit rien sur la qualification HBM des composants qui le constituent, et inversement un composant HBM 2 kV peut survivre dans un produit niveau 4 si le PCB et le boitier redirigent le courant ESD avant qu'il n'atteigne le silicium.

Tableau comparatif

Modele	Norme	Reseau RC	Courant pic typique	Objet d'essai	Phase
HBM	JS-001	100 pF / 1,5 k ohm	~1,3 A a 2 kV	Composant nu	Qualification silicium
MM	STM5.2 (retire 2018)	200 pF / 0 ohm	~3 A a 200 V	Composant nu	Historique, peu utilise
CDM	JS-002	Varie selon package	~7 A a 500 V	Composant nu	Qualification silicium
IEC 61000-4-2	IEC 61000-4-2	150 pF / 330 ohm	~7,5 A a 4 kV contact	Produit complet	Certification produit
ISO 10605	ISO 10605	150 pF/330 ohm ou 330 pF/2 k ohm	Varie selon configuration	Equipement automobile	Certification produit

Voir le glossaire pour les definitions des sigles ESD.

Niveaux de test contact et air

La norme definit quatre niveaux de severite pour chacun des deux modes de decharge. Le niveau applicable est specifie par la norme produit qui reference IEC 61000-4-2.

Decharge contact

Niveau	Tension d'essai	Cas d'usage typique
1	2 kV	Environnement faiblement perturbe, salle climatisee ESD-controlee
2	4 kV	Environnement industriel modere, equipement de bureau
3	6 kV	Environnement industriel severe
4	8 kV	Environnement industriel hautement perturbe, exterieur
X	Specifie par la norme produit	Cas particulier

EN 55035 impose pour les multimedias grand public le niveau 4 en decharge contact (8 kV). EN 60601-1-2 demande egalement 8 kV contact pour les dispositifs medicaux. EN 61000-6-2 (immunite industrielle) demande 6 kV contact (niveau 3).

Decharge air

Niveau	Tension d'essai	Cas d'usage typique
1	2 kV	Environnement faiblement perturbe
2	4 kV	Environnement modere
3	8 kV	Environnement severe
4	15 kV	Environnement hautement perturbe
X	Specifie par la norme produit	Cas particulier

EN 55035 impose pour les multimedias grand public le niveau 4 en decharge air (15 kV). EN 60601-1-2 demande egalement 15 kV air pour les dispositifs medicaux. EN 61000-6-2 demande 8 kV air (niveau 3).

Pourquoi air va plus haut que contact

La decharge contact se fait par electrode metallique posee sur le point d'essai: le transfert de charge est integral. La decharge air procede par amorcage entre une electrode en pointe et le point d'essai: le transfert depend de l'humidite, de la temperature, de la vitesse d'approche, et une fraction de l'energie est perdue dans l'arc. A meme niveau de tension, le courant injecte est inferieur en air. Pour obtenir une severite comparable en air, la norme demande des tensions plus elevees: 15 kV air est approximativement equivalent en effet a 8 kV contact, sans que la correspondance soit exacte.

§ § §

Materiel d'essai et configuration

Une campagne IEC 61000-4-2 mobilise un equipement specifique, peu interchangeable avec d'autres essais EMC.

Le pistolet ESD

Le pistolet ESD (ESD gun) est l'instrument central. Il integre le reseau RC de charge 150 pF / 330 ohm, un module haute tension reglable de 0,2 a 30 kV typiquement, et deux embouts interchangeables: pointe ronde 8 mm pour la decharge contact, pointe conique pour la decharge air. Les fabricants de reference sont EM TEST (modeles dito et ESD30), Teseq/Ametek (modeles NSG 437 et 438), Haefely Hipotronics, Thermo Fisher Keytek. Tous ont des certificats de calibration ISO/IEC 17025 et un cycle de calibration annuel obligatoire.

Le plan de masse de reference

L'EUT est pose sur une table en bois non conductrice de 0,8 m de hauteur, posee elle-meme sur un plan de masse de reference (Ground Reference Plane, GRP). Le GRP est une feuille metallique d'au moins 1 m x 1 m, depassant l'EUT d'au moins 0,5 m de chaque cote, et raccordee a la prise de terre de securite du local. Le pistolet ESD a son cable de retour relie au GRP par un connecteur de faible inductance.

Les plans de couplage horizontal et vertical

Pour les decharges indirectes, deux plans metalliques sont ajoutes a la configuration.

• Le HCP (Horizontal Coupling Plane) est une plaque metallique de 1,6 x 0,8 m posee sur la table sous l'EUT (l'EUT etant lui-meme isole du HCP par une feuille isolante de 0,5 mm). Le HCP est raccorde au GRP par deux resistances de 470 k ohm en serie. Les decharges sur le HCP sont appliquees a 10 cm du bord proche de l'EUT.
• Le VCP (Vertical Coupling Plane) est une plaque metallique 0,5 x 0,5 m, raccordee au GRP par deux resistances de 470 k ohm. Le VCP est positionne a 10 cm de chaque face verticale accessible de l'EUT, successivement: face avant, face arriere, face gauche, face droite, face superieure si accessible.

Les decharges indirectes (sur HCP et VCP) testent le couplage du champ ESD a l'EUT par les cables et par induction directe, scenario plus realiste qu'une decharge directe quand l'EUT est protege par un boitier metallique etanche.

Schema de la configuration

                              ESD gun
                                |
                                v
                   +---[ EUT en marche ]---+
                   |  (sur isolant 0,5 mm) |
                   |                       |
                   +-----+---HCP plate----+-----+
                         |   (1,6 x 0,8 m) |
                         |                 |
                         |  >> 2x 470 kohm |
                         |                 |
   VCP plate             |                 |
   (0,5 x 0,5 m)         |                 |
   a 10 cm de l'EUT      |                 |
   >> 2x 470 kohm        |                 |
                         |                 |
       +-----------------+-----------------+---------+
       |       Ground Reference Plane (GRP)          |
       |       (>= 1 x 1 m, raccorde a la terre)     |
       +---------------------------------------------+
                              |
                            Earth

Conditions d'ambiance

L'humidite relative de la salle d'essai doit etre entre 30 et 60 %, et la temperature entre 15 et 35 degres Celsius. Hors de cette plage, la repetabilite chute, en particulier en decharge air. Le rapport d'essai consigne l'humidite et la temperature toutes les heures.

Selection des points et procedure de decharge

La procedure consiste a identifier tous les points accessibles a l'utilisateur en usage normal et en maintenance, puis a appliquer les decharges selon une sequence ordonnee.

Selection des points d'essai

Le plan d'essai identifie typiquement les categories suivantes:

• Points conducteurs accessibles: visserie metallique apparente, blindage de connecteur, peripherique metallique. Decharge contact.
• Points non conducteurs accessibles: ecran (verre), face avant en plastique, boutons en plastique. Decharge air.
• Plans de couplage: HCP et VCP. Decharge contact sur le plan (jamais sur l'EUT directement par cette voie).

Sur un equipement de bureau type, on selectionne de 10 a 30 points. La justification de la selection figure dans le rapport.

Procedure et intervalle

Pour chaque point d'essai et chaque polarite (+ et -), au moins 10 decharges successives sont appliquees, avec un intervalle minimum de 1 seconde entre decharges au meme point. L'EUT execute son logiciel applicatif typique pendant les essais (par exemple, un equipement audio joue un fichier de test; une passerelle reseau pousse un flux de paquets).

Verification entre essais

Apres chaque salve de 10 decharges, l'observateur verifie que l'EUT fonctionne toujours selon le critere applicable (A, B ou C). Si une perte de fonction non recuperable apparait (critere C non atteint), l'essai s'arrete et le defaut est consigne avec le numero de la decharge, le point, la polarite, et le niveau.

Criteres de performance A, B et C

C'est le coeur de l'evaluation: la simple survie physique de l'EUT ne suffit pas, encore faut-il que la fonction soit preservee selon une categorie clairement specifiee.

Critere A: pas de degradation pendant ni apres

L'EUT continue de fonctionner normalement pendant l'essai et apres. Aucune degradation observable de la fonction principale n'est tolere: pas de glitch sur la sortie, pas d'erreur de communication, pas de remise a zero d'un compteur interne. C'est le critere le plus exigeant, applique typiquement aux fonctions critiques de securite (alarme, arret d'urgence) et aux fonctions de communication temps reel (transmission d'un protocole industriel).

Critere B: degradation temporaire, auto-recuperation

L'EUT peut presenter une degradation temporaire pendant l'essai (interruption breve de la communication, pixel rouge sur l'ecran, erreur de mesure d'une seconde), mais il doit recuperer seul, sans intervention de l'utilisateur, des la fin de la perturbation. Critere typique des fonctions secondaires d'un equipement multimedia ou d'une fonction de visualisation.

Critere C: degradation, recuperation par intervention utilisateur

L'EUT peut subir une perte de fonction qui necessite une intervention manuelle pour etre retablie: reset, redemarrage, reconnexion d'un cable. C'est le critere le moins exigeant, autorise pour des fonctions non essentielles.

Choix du critere selon la norme produit

Norme produit	Critere applicable pour les decharges directes
EN 55035 (multimedia)	A pour les fonctions principales, B pour les fonctions secondaires
EN 60601-1-2 (medical)	A ou B selon le risque patient (analyse risque cliniquement)
EN 61000-6-1 (residentiel/commercial generique)	B
EN 61000-6-2 (industriel generique)	A pour les sorties critiques, B pour le reste
EN 50155 (ferroviaire embarque)	A pour les fonctions de securite, B pour le reste

Pour une definition de chaque critere, voir Tests RED qui traite l'application des criteres en certification radio, et Tests CE pour le cadre EMC general.

ISO 10605 pour l'automobile

L'automobile utilise sa propre norme ESD, ISO 10605, qui partage la philosophie de IEC 61000-4-2 mais avec des parametres adaptes au contexte vehicule.

Deux reseaux RC selon le scenario

ISO 10605 reconnait deux scenarios de decharge avec des reseaux RC distincts:

• Decharge utilisateur sur cabine: reseau 150 pF / 330 ohm, identique a IEC 61000-4-2. Niveaux contact 4, 6, 8 kV; niveaux air 8, 15, 25 kV.
• Decharge en condition assemblage (faisceau, connecteur ouvert): reseau 330 pF / 2 k ohm, qui simule la decharge d'un operateur portant un bracelet ESD partiellement defectueux pendant l'assemblage. Niveaux contact 4, 6, 8 kV; niveaux air 8, 15, 25 kV.

Niveaux montant a 25 kV air

ISO 10605 monte jusqu'a 25 kV en decharge air, contre 15 kV pour IEC 61000-4-2. Cette extension reflete les tensions d'accumulation triboelectrique plus elevees rencontrees dans l'automobile (vetements synthetiques, sieges textile, climat habitacle sec en hiver). Un produit automotive doit etre concu pour 8 kV contact et 25 kV air pour la decharge utilisateur, plus des essais d'assemblage en parallele.

Differences procedurales

ISO 10605 demande typiquement 3 decharges par polarite et par point (vs 10 pour IEC 61000-4-2), avec un intervalle minimum entre decharges de 5 secondes. Le scenario d'assemblage exige souvent un protocole de pre-conditionnement (decharge initiale a 8 kV pour stabiliser le materiau).

Voir AEC-Q100/Q101 pour la robustesse ESD au niveau composant automobile.

IEC 60601-1-2 pour le medical

Le medical applique IEC 61000-4-2 avec deux specificites: les niveaux sont generalement les plus eleves (8 kV contact, 15 kV air, soit niveau 4), et le critere de performance doit etre formalise par une analyse de risque clinique selon ISO 14971. Si la perte temporaire d'une fonction de monitoring patient peut causer un dommage clinique, le critere applicable bascule de B a A. Le dossier doit demontrer la coherence entre l'analyse de risque et le critere choisi pour chaque fonction de l'equipement.

Les dispositifs implantables actifs (stimulateurs cardiaques, neurostimulateurs) sont en outre testes selon ISO 14708-3 avec des niveaux ESD plus eleves et des protocoles specifiques, hors perimetre de cette page.

Pieges classiques en preparation de campagne

Cinq erreurs reviennent dans les comptes rendus d'echecs ESD au premier passage.

1. Calibration du pistolet perimee ou hors plage. Le pistolet ESD doit etre calibre annuellement contre une cible coaxiale (target) qui mesure le courant de decharge a la masse. Un pistolet hors calibration peut afficher 8 kV mais delivrer 6 ou 10 kV reels. La verification figure dans le certificat fourni par le laboratoire avant la session.

2. Intervalle entre decharges insuffisant. Les pistolets a recharge rapide peuvent enchainer 5 a 10 decharges par seconde. La norme demande 1 seconde minimum, parce que certaines defaillances cumulent les contraintes thermiques sur les TVS et les varistances. Repeter trop vite donne des resultats artificiellement optimistes (le composant n'est pas en regime thermique stable) ou pessimistes (cumul de stress non realiste). Le laboratoire doit imposer un intervalle controle.

3. Configuration HCP/VCP absente ou mal montee. Tester un EUT sans HCP ni VCP fait passer la decharge directement sans tester le couplage indirect, et donne une couverture incomplete. Le rapport doit demontrer la presence des deux plans et leur raccordement par les resistances de 470 k ohm. Voir Pieges CE pour les anomalies de rapport EMC.

4. Cables enroules ou mal positionnes. L'arrangement des cables d'alimentation et de signaux modifie l'inductance et la capacite parasite qui forment le chemin du courant ESD. Tester avec les cables enroules sous la table puis livrer le produit avec les cables deroules au mur cree un ecart qui peut faire echouer le produit en surveillance de marche. La configuration de cables doit etre photographiee et archivee.

5. EUT eteint ou en veille pendant l'essai. L'essai doit se derouler avec l'EUT en marche, executant son logiciel applicatif. Un EUT teste eteint passe trivialement: il ne peut pas perdre une fonction qu'il n'execute pas. Le plan d'essai doit specifier le mode de fonctionnement (boucle de test, lecture audio, transmission reseau) et le critere d'observation associe.

Conception robuste a l'ESD

La conformite ne se decide pas au laboratoire mais en amont, sur le PCB et le boitier. Les diodes TVS (Transient Voltage Suppressor) montees au plus pres des entrees et sorties redirigent le courant ESD vers la masse avant qu'il n'atteigne les composants sensibles. Une TVS de 5 V de declenchement et 30 W dissipable convient pour une entree USB ou Ethernet. Les eclateurs a gaz (GDT) servent en premiere ligne sur les ports a tres haut niveau de menace.

Le chemin de retour du courant ESD doit etre court et de faible impedance: masse continue sous les signaux sensibles, vias de masse autour des points d'entree, et separation des pistes ESD-collectrices des pistes de signal numerique rapide. Un boitier metallique relie a la terre de securite est une protection majeure puisqu'il intercepte la decharge avant qu'elle n'atteigne l'electronique. Les boitiers plastiques exigent en compensation des protections circuit plus agressives et des perlages ferrite en mode commun sur les cables.

Voir aussi

• Surge et Burst (IEC 61000-4-5 / 4-4) : transitoires
• Creux et interruptions de tension (IEC 61000-4-11)
• Harmoniques + flicker (IEC 61000-3-2 et 3-3)
• Emissions rayonnees CEM: pre-scan et essai final

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Articulation avec les autres essais EMC

L'ESD s'integre dans une campagne complete qui couvre l'ensemble des phenomenes EMC.

Phenomene	Norme	Niveau typique residentiel
ESD	IEC 61000-4-2	8 kV contact, 15 kV air
Champ RF rayonne	IEC 61000-4-3	3 V/m de 80 MHz a 6 GHz
Transitoires rapides (EFT)	IEC 61000-4-4	2 kV alimentation, 1 kV E/S
Surge	IEC 61000-4-5	2 kV differentiel, 4 kV commun
RF conduite	IEC 61000-4-6	3 V de 150 kHz a 80 MHz
Creux et coupures secteur	IEC 61000-4-11	0 %, 40 %, 70 % a differentes durees

L'ESD se positionne en general en premier dans la sequence: un echec revele souvent un defaut structurel (masse, blindage) qui se manifeste aussi sur les autres essais.

Ce qu'il faut retenir

• IEC 61000-4-2 evalue un produit complet sous tension, avec un reseau RC 150 pF / 330 ohm qui simule la decharge d'un operateur. C'est distinct des modeles composants HBM, MM et CDM, qui evaluent un silicium nu.
• Quatre niveaux de severite contact (2, 4, 6, 8 kV) et quatre en air (2, 4, 8, 15 kV). EN 55035, EN 60601-1-2 et la plupart des normes grand public exigent le niveau 4 dans les deux modes.
• Trois criteres de performance, A (pas de degradation), B (degradation temporaire auto-recuperee), C (recuperation par intervention utilisateur), choisis par la norme produit selon la criticite de la fonction.
• La configuration d'essai comprend un plan de masse de reference, un HCP horizontal et un VCP vertical, raccordes par des resistances 2 x 470 k ohm. Les decharges indirectes sur HCP et VCP testent le couplage rayonne.
• ISO 10605 et IEC 60601-1-2 etendent IEC 61000-4-2 avec des niveaux et des criteres adaptes a l'automobile et au medical respectivement.
• La robustesse vient de la conception, par les protections TVS, le layout PCB avec plan de masse continu, et le boitier conducteur. Un produit teste seulement au laboratoire arrive trop tard.

Pour la mise en pratique en certification, voir Tests CE pour les essais EMC en UE, Tests RED pour les radios, et Tests FCC cote US (en notant que la FCC n'exige pas d'essais d'immunite pour Part 15 Subpart B). Voir aussi le glossaire pour les definitions des sigles ESD.

Sources & références

1. IEC 61000-4-2:2008+AMD1:2017, essai d'immunite aux decharges electrostatiques , IEC webstore.iec.ch/publication/4189
2. EN 55035:2017+A11:2020, compatibilite electromagnetique des equipements multimedias, immunite , CENELEC standards.cencenelec.eu/dyn/www/f?p=205:110:0::::FSP_PROJECT,FSP_ORG_ID:67027,1258635
3. ISO 10605:2008+A1:2014, decharges electrostatiques sur vehicules routiers , ISO www.iso.org/standard/72428.html
4. EN 60601-1-2:2015+A1:2021, dispositifs medicaux, compatibilite electromagnetique , IEC webstore.iec.ch/publication/67383
5. ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2023, Human Body Model component-level ESD , JEDEC / ESDA www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd22-a114f
6. Directive 2014/30/UE relative a la compatibilite electromagnetique , EUR-Lex eur-lex.europa.eu/eli/dir/2014/30/oj