Alle von uns gehört haben, die Warnungen um sicherzustellen, dass wir ordnungsgemäß geerdet sind, wenn Sie arbeiten an unserem elektronischen Geräten, aber haben Fortschritte in der Technologie verringert das problem der statischen Elektrizität zu beschädigen oder ist es immer noch so verbreitet sind wie früher? Heute ist die SuperUser-Q&A-post hat eine umfassende Antwort auf einen neugierigen Leser die Frage.
Die heutige Frage & Antwort-Sitzung kommt zu uns mit freundlicher Genehmigung von SuperUser—eine Unterteilung von Stack Exchange, eine von der community getriebene Gruppierung der Q&A-Websites.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Jared Tarbell (Flickr).
Die Frage
SuperUser-reader Ricku will wissen, ob die statische Elektrizität Schaden ist immer noch ein riesiges problem mit der Elektronik jetzt:
Ich habe gehört, dass die statische Elektrizität war ein großes problem, vor ein paar Jahrzehnten. Ist es immer noch ein großes problem jetzt? Ich glaube, es ist selten, dass eine person zu “braten” ein computer-Komponente jetzt.
Ist statische Elektrizität Schäden immer noch ein riesiges problem mit der Elektronik jetzt?
Die Antwort
SuperUser Beitrag Argonauten hat die Antwort für uns:
In der Industrie, es ist bezeichnet als Elektro-Statische Entladung (ESD) und ist weit mehr ein problem, jetzt, als es jemals gewesen; obwohl es wurde etwas gemildert durch die relativ neue weit verbreitete Annahme der Richtlinien und Verfahren, die helfen, senken Sie die Wahrscheinlichkeit von ESD-Schäden an Produkten. Unabhängig davon, sind Ihre Auswirkungen auf die Elektronik-Industrie ist größer als viele andere, ganze Industrien.
Es ist auch ein großes Thema der Studie und sehr Komplex, so dass ich nur kurz auf einige Punkte. Wenn Sie interessiert sind, gibt es zahlreiche Kostenlose Quellen, Materialien und websites zum Thema gewidmet. Viele Menschen widmen Ihre Karrieren in diesem Bereich. Produkte beschädigt durch ESD haben eine sehr Reale und sehr große Auswirkungen auf alle beteiligten Unternehmen in der Elektronik, sei es als Hersteller, designer oder “Verbraucher”, und wie viele Dinge sich mit einer Branche, die Kosten werden weitergereicht an uns.
Von der ESD Association:
Wie die Geräte und die Größe Ihrer Funktionen kontinuierlich kleiner geworden, Sie werden anfälliger für Schäden, die durch ESD, der der Sinn nach ein bisschen Gedanken. Die mechanische Festigkeit der verwendeten Materialien zu bauen, die Elektronik geht in der Regel nach unten, als Ihre Größe abnimmt, so hat das material die Fähigkeit zu widerstehen, schnelle Temperaturänderungen, die in der Regel bezeichnet als thermische Masse (genau wie im makro-Maßstab-Objekte). Etwa 2003, der kleinste Strukturgrößen wurden in der 180-nm-Bereich und jetzt sind wir rasch annähernd 10 nm.
Ein ESD-Ereignis, das vor 20 Jahren gewesen wäre harmlos, könnte potenziell zerstören die moderne Elektronik. Auf die transistoren, das gate-material ist oft das Opfer, aber anderen stromführenden Elemente werden verdampft oder geschmolzen als gut. Lötstellen an IC-pins (surface mount gleichwertig wie ein Ball-Grid-Array sind weit häufiger in diesen Tagen) auf einer Leiterplatte (PCB geschmolzen werden kann, und das Silizium selbst hat einige kritische Merkmale (vor allem mit dem DK-Wert), die geändert werden können durch hohe Hitze. Genommen zusammen, es kann die Schaltung von einer halb-Leiter zu einer Leiter, die in der Regel endet mit einem Funken und einem schlechten Geruch, wenn der chip eingeschaltet ist.
Kleinere strukturbreiten sind fast ausschließlich positiv von den meisten Metriken, Perspektiven; Dinge wie Betriebs – /clock-Geschwindigkeiten unterstützt werden können, Stromverbrauch, eng gekoppelte Wärmeerzeugung, etc., aber die Empfindlichkeit, um Schaden von dem, was sonst als trivial Mengen an Energie, die sich ebenfalls stark erhöht, da die feature-Größe nach unten geht.
ESD-Schutz ist in vielen Elektronik heute, aber wenn Sie 500 Milliarden transistoren in einer integrierten Schaltung, es ist nicht lenkbar problem, um zu bestimmen, welchen Weg eine statische Entladung nehmen mit 100-prozentiger Sicherheit.
Der menschliche Körper ist manchmal modelliert (Human Body Model; HBM) mit 100 bis 250 picofarad der Kapazität. In diesem Modell, die Spannung kann so hoch (je nach Quelle) 25 kV (obwohl einige behaupten, nur so hoch wie 3 kV). Mit den größeren zahlen, die person hätte ein Energie – “Gebühr” von rund 150 millijoules. Eine vollständig “aufgeladen” würde der Mensch normalerweise nicht bewusst zu sein und es wird wieder in einem Bruchteil einer Sekunde durch den ersten verfügbaren Boden Weg, Häufig ein elektronisches Gerät.
Beachten Sie, dass diese zahlen davon ausgehen, die person nicht das tragen von Kleidung in der Lage, das eine zusätzliche Gebühr, was normalerweise der Fall ist. Es gibt verschiedene Modelle zur Berechnung der ESD-Risiko und Energie, und es bekommt ziemlich verwirrend sehr schnell, da Sie scheinbar im Widerspruch zueinander stehen, in einigen Fällen. Hier ist ein link zu einer ausgezeichneten Diskussion der standards und Modelle.
Unabhängig von der spezifischen Methode verwendet, um zu berechnen, es ist nicht, und schon gar nicht klingen, wie viel Energie, aber es ist mehr als ausreichend, um zu zerstören, einen modernen transistor. Für den Zusammenhang, ein joule Energie äquivalent ist (laut Wikipedia), um die benötigte Energie zu heben, mittelgroße Tomaten (100 Gramm) einen meter vertikal von der Oberfläche der Erde.
Es fällt auf das “Schlimmste Szenario” – Seite ein Mensch-nur ESD-Ereignis, wo der Mensch trägt eine Ladung und entlädt Sie in einem anfälligen Gerät. Eine Spannung, die hoch von einem relativ geringen Höhe der Ladung tritt auf, wenn die person ist sehr schlecht geerdet. Ein entscheidender Faktor in dem, was und wie viel beschädigt wird ist eigentlich nicht die Ladung oder die Spannung, sondern der Strom, der in diesem Zusammenhang gedacht werden kann, wie gering der Widerstand des elektronischen Gerätes den Weg zum Boden ist.
Menschen arbeiten rund um Elektronik sind in der Regel geerdet mit Handgelenk-Riemen und/oder Erdung Riemen auf Ihre Füße. Sie sind nicht “shorts” für Erdung; der Widerstand ist so bemessen, um zu verhindern, dass die Arbeiter aus, der als Blitzableiter (einfach immer einen Stromschlag bekommen). Armbänder sind in der Regel in der 1M-Ohm-Bereich, aber immer noch erlaubt für die schnelle Entladung der angesammelten Energie. Kapazitive und isolierte Elemente zusammen mit anderen ladungserzeugenden oder Lagerung von Materialien sind isoliert von Arbeitsbereichen, Dinge wie Styropor, Luftpolsterfolie, Kunststoff-Tassen.
Es gibt buchstäblich unzählige andere Materialien und Situationen können dazu führen, dass in ESD-Schäden (sowohl positive und negative relative Ladung Unterschiede) zu einem Gerät, wo der menschliche Körper selbst nicht tragen die Kosten “intern”, sondern nur erleichtert, seine Bewegung. Ein Comic-Beispiel wäre, trägt einen Wollpullover und-Socken beim gehen über einen Teppich, dann abholen oder berühren eines metallischen Objekts. Das schafft eine deutlich höhere Menge an Energie als der Körper selbst speichern könnte.
Ein letzter Punkt, auf wie wenig Energie es braucht, um Beschädigungen der modernen Elektronik. Ein 10-nm-transistor (nicht üblich, aber es werden in den nächsten paar Jahren) hat ein Tor Dicke von weniger als 6 nm, das ist nah dran an dem, was Sie rufen eine monolage (einer einzigen Schicht von Atomen).
Es ist ein sehr kompliziertes Thema, und die Menge an Schaden, die ein ESD-Ereignis kann die Ursache für ein Gerät ist schwer vorherzusagen, aufgrund der großen Anzahl von Variablen, einschließlich der Geschwindigkeit der Entladung (wie viel Widerstand es gibt zwischen der Ladung und Boden), die Anzahl der Pfade, die zu einem Boden, der über das Gerät, Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperaturen, und viele mehr. Alle diese Variablen können an verschiedenen Gleichungen, die mit dem Modell die Auswirkungen, aber Sie sind nicht sehr genau bei der Vorhersage des tatsächlichen Schadens noch nicht, aber besser bei der Festlegung der möglichen Schäden aus einem Ereignis.
In vielen Fällen, und das ist sehr branchenspezifisch (denke, Medizintechnik oder Luft-und Raumfahrt), ein ESD-induzierte katastrophalen Ausfall ist ein weitaus besseres Ergebnis, als bei einem ESD-Ereignis, das geht über die Fertigung und dem testen unbemerkt. Unbemerkt ESD-Ereignisse können einen sehr kleinen Fehler, oder vielleicht etwas verschlechtern eine bereits bestehende und nicht erkannten latenten Mangel, die in beiden Szenarien können noch schlimmer im Laufe der Zeit entweder aufgrund von zusätzliche kleine ESD oder nur den normalen Gebrauch.
Sie führen letztendlich zu einer katastrophalen und VORZEITIGEM Ausfall des Geräts in einen künstlich verkürzten Zeitrahmen, kann nicht vorhergesagt werden, indem die Zuverlässigkeit von Modellen (welche die Grundlage für Wartung und Austausch der Zeitpläne). Wegen dieser Gefahr, und es ist leicht zu denken, von schrecklichen Situationen (ein Herzschrittmacher ist Mikroprozessor-oder flight-control-Instrumente, zum Beispiel), kommen mit Möglichkeiten, um zu testen und das Modell latente ESD-induzierten defekte ist ein wichtiger Bereich, der die Forschung jetzt.
Für Verbraucher, die nicht funktioniert, oder wissen viel über Elektronik-Fertigung, es kann nicht scheinen ein Problem zu sein. Durch die Zeit, die die meisten Elektronik sind verpackt für den Verkauf ist, gibt es zahlreiche Schutzmaßnahmen, die verhindern würde, dass die meisten ESD-Schäden. Die sensiblen Komponenten sind physisch unzugänglich und bequemer Wege, um einen Boden zur Verfügung stehen (ich. e. ein computer-chassis ist an einen Boden, der Entladung ESD in es wird fast sicher nicht Schaden die CPU im inneren des Gehäuses, sondern nehmen den geringsten Widerstand Pfad zu einer Masse über das Netzteil und die Steckdose Stromquelle). Alternativ, keine vernünftige stromführenden Pfade sind möglich; viele Handys haben nicht-leitfähigen Außenbereich und haben nur eine Boden Weg, wenn geladen.
Für das Protokoll, ich habe zu gehen durch die ESD-Ausbildung alle drei Monate, so konnte ich einfach weiter. Aber ich denke, das sollte ausreichen um deine Frage zu beantworten. Ich glaube, alles in dieser Antwort genau zu sein, aber ich würde dringend empfehlen, Lesen Sie es direkt besser kennen zu lernen, mit dem Phänomen, wenn ich nicht mit der Zerstörung Ihrer Neugier für gut.
Eine Sache, die Menschen finden, die counter-intuitive ist, dass die Taschen, die Sie Häufig sehen, Elektronik gelagert und transportiert (anti-Statik-Taschen) sind ebenfalls leitfähig. Anti-statisch bedeutet, dass das material sammeln keine sinnvolle Ladung von der Interaktion mit anderen Materialien. Aber in der ESD-Welt ist es ebenso wichtig (bestmöglich), dass alles hat den gleichen Boden, Spannungs-Referenz.
Arbeitsflächen (ESD-Matten), ESD-Taschen und andere Materialien sind alle in der Regel gehalten, die an einem gemeinsamen Boden, entweder, indem Sie einfach nicht mit einem isolierten material zwischen Ihnen, oder, mehr explizit durch die Verdrahtung mit niedrigem Widerstand Wege zu einer Masse zwischen allen Arbeitstischen; die Anschlüsse für die Arbeitnehmer-Handgelenk-Bänder, der Boden und einige Geräte. Es sind Fragen der Sicherheit hier. Wenn Sie arbeiten rund um die hohe Sprengstoff -, Elektronik -, Handgelenk-band kann gebunden werden, direkt auf einen Boden lieber als ein 1M-Ohm-Widerstand. Wenn Sie arbeiten, um sehr hohe Spannung, Sie würde nicht Boden selbst überhaupt.
Hier ist ein Zitat über die Kosten der ESD von Cisco, die vielleicht sogar ein wenig konservativ, wie die Kollateralschäden von Fehlern für Cisco in der Regel nicht dazu führen, den Verlust des Lebens, die erhöhen können, 100x Sinne von Größenordnungen:
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