Nous avons tous entendu les mises en garde assurez-vous que nous sont correctement mis à la terre lorsque l’on travaille sur nos appareils électroniques, mais ont les progrès de la technologie a réduit le problème de l’électricité statique d’endommager ou est-il encore aussi répandue qu’avant? Aujourd’hui SuperUser Q&post est une réponse à un lecteur curieux de la question.
Aujourd’hui, la Question Et la Réponse session nous vient de courtoisie de super-Utilisateur—une subdivision de Stack Exchange, l’un piloté par la communauté de regroupement de Q&A des sites web.
Photo avec l’aimable autorisation de Jared Tarbell (Flickr).
La Question
SuperUser lecteur Ricku veut savoir si l’électricité statique d’endommager est toujours un énorme problème avec l’électronique maintenant:
J’ai entendu dire que l’électricité statique est un gros problème il y a quelques décennies. Est-il encore un gros problème maintenant? Je crois qu’il est rare pour une personne de “griller” un composant de l’ordinateur maintenant.
Est de l’électricité statique d’endommager encore un énorme problème avec l’électronique maintenant?
La Réponse
SuperUser contributeur Argonautes a la réponse pour nous:
Dans l’industrie, il est désigné comme la Décharge électrostatique (ESD) et est beaucoup plus un problème maintenant qu’elle ne l’a jamais été, même si elle a été quelque peu atténué par la relativement récente adoption généralisée de politiques et de procédures qui aident à réduire le risque de décharge électrostatique pour produits. Peu importe, son impact sur l’industrie de l’électronique est plus important que de nombreuses autres industries entières.
C’est aussi un vaste sujet d’étude et de très complexe, donc je vais juste toucher quelques points. Si vous êtes intéressés, il existe de nombreuses sources, les matériaux, et les sites consacrés à ce sujet. Beaucoup de gens consacrent leur carrière à ce secteur. Les produits endommagés par ESD ont un très réel et très grand impact sur toutes les entreprises impliquées dans l’électronique, que ce soit en tant que fabricant, concepteur, ou “consommateur”, et comme beaucoup de choses traitées dans une industrie, ses coûts sont transmis.
À partir de l’arrêt d’urgence de l’Association:
Que les appareils et la taille de leurs fonctions en permanence deviennent plus petits, ils deviennent plus susceptibles d’être endommagés par des décharges électrostatiques, ce qui est logique après un peu de réflexion. La résistance mécanique des matériaux utilisés pour construire l’électronique va généralement vers le bas que leur taille diminue, tout comme la capacité du matériau à résister à des changements rapides de température, généralement dénommé masse thermique (comme dans la macro à l’échelle des objets). Autour de 2003, la plus petite des tailles de fonction ont été dans le délai de 180 nm, et maintenant nous nous approchons rapidement de 10 nm.
La fermeture de la station de l’événement qu’il y a 20 ans aurait été inoffensif pourrait potentiellement détruire l’électronique moderne. Sur des transistors, la porte est souvent la victime, mais d’autres en cours d’exécution des éléments peut être vaporisé ou fondu. Soudure sur une IC broches (un montage en surface équivalente comme un Ball Grid Array) sont beaucoup plus fréquents ces jours-ci) sur un circuit imprimé peut être fondu, et le silicium lui-même a certaines caractéristiques critiques (notamment de sa constante diélectrique), qui peut être modifié par une forte chaleur. Prise dans son ensemble, il peut changer le circuit à partir d’un semi-conducteur à une toujours-conducteur, qui se termine généralement avec une étincelle et une mauvaise odeur lorsque la puce est sous tension.
Les plus petites tailles de fonction sont presque entièrement positive de la plupart des métriques de points de vue; des choses comme l’exploitation des vitesses d’horloge qui peut être pris en charge, la consommation d’énergie, étroitement associée à la génération de chaleur, etc., mais la sensibilité à des dommages de ce qui serait autrement considéré comme trivial quantités d’énergie augmente la taille de la fonction descend.
Protection contre les décharges électrostatiques est intégré dans la plupart de l’électronique d’aujourd’hui, mais si vous avez 500 milliards de transistors dans un circuit intégré, il n’est pas un problème traitable pour déterminer le chemin à une décharge statique va prendre avec 100% de certitude.
Le corps humain est parfois modélisé (Corps Humain, Modèle, HBM) comme ayant de 100 à 250 picofarads de la capacité. Dans ce modèle, la tension peut obtenir le plus haut (selon la source) 25 kV (bien que certains prétendent atteint seulement 3 kV). L’aide du plus grand nombre, la personne aurait une énergie “charge” d’environ 150 millijoules. Entièrement “chargé” personne ne serait habituellement pas au courant de ça, et ça devient de évacué en une fraction de seconde par le biais de la première à la terre, souvent un appareil électronique.
Notez que ces chiffres supposent que la personne n’est pas en portant des vêtements capables de transporter une charge supplémentaire, qui est normalement le cas. Il existe différents modèles de calcul de l’EDD risque et les niveaux d’énergie, et c’est assez déroutant très rapidement, car ils contredisent les uns les autres dans certains cas. Voici un lien vers une excellente discussion de nombre de normes et de modèles.
Quelle que soit la méthode utilisée pour le calculer, il n’est pas, et certainement ne ressemble pas beaucoup d’énergie, mais il est plus que suffisant pour détruire un moderne transistor. Pour le contexte, un joule d’énergie est équivalente (selon Wikipedia) à l’énergie nécessaire pour soulever une taille moyenne de tomate (100 grammes) d’un mètre verticalement à partir de la surface de la Terre.
Cela tombe sur le “pire scénario” d’un homme seul ESD événement, où l’humain est porteur d’une charge et décharge d’un sensibles de l’appareil. Une tension élevée à partir d’une quantité relativement faible de charge se produit lorsque la personne est très mal mis à la terre. Un facteur clé dans quoi et combien est endommagé n’est pas réellement la charge ou de la tension, mais le courant, qui, dans ce contexte peut être considéré comme la faiblesse de la résistance de l’appareil électronique en chemin vers le sol.
Les personnes qui travaillent autour de l’électronique sont généralement mis à la terre avec des bracelets et/ou de mise à la terre des sangles sur leurs pieds. Ils ne sont pas “short” pour la mise à la terre; la résistance est de taille pour empêcher les travailleurs de servir comme paratonnerres (facilement obtenir à des décharges électriques). Bandes de poignet sont généralement dans les 1M Ohm gamme, mais qui permet encore pour la rapidité de la décharge de toute l’énergie accumulée. Capacitif et isolés ainsi que tous autres frais de production ou d’entreposer les matériaux sont isolés des zones de travail, des choses comme le polystyrène, le papier bulle, et des gobelets en plastique.
Il ya littéralement un nombre incalculable d’autres matériaux et des situations qui peuvent entraîner la décharge électrostatique (à la fois positifs et négatifs par rapport les différences de charge) à un dispositif où le corps humain lui-même ne pas porter la charge en “interne”, mais juste facilite son mouvement. Un dessin animé de niveau exemple serait de porter un pull en laine et des chaussettes, en marchant sur un tapis, puis ramasser ou en touchant un objet métallique. Qui crée une quantité significativement plus élevée de l’énergie que le corps lui-même peut stocker.
Un dernier point sur le peu d’énergie qu’il faut pour endommager l’électronique moderne. 10 nm transistor (qui n’est pas commun, mais il sera dans les deux prochaines années) a une porte d’une épaisseur inférieure à 6 nm, ce qui se rapproche de ce qu’ils appellent une monocouche (une seule couche d’atomes).
C’est un domaine très complexes, et le montant des dommages à la fermeture de la station événement peut provoquer un appareil est difficile à prévoir en raison du grand nombre de variables, y compris la vitesse de l’écoulement (la façon dont beaucoup de résistance, il est entre la charge et le sol), le nombre de chemins d’accès à un terrain à travers l’appareil, de l’humidité et de la température ambiante, et beaucoup plus. Toutes ces variables peuvent être branchés dans les différentes équations qui permet de modéliser l’impact, mais ils ne sont pas très précis pour prédire les dommages réels, mais mieux à encadrer les dommages possibles à partir d’un événement.
Dans de nombreux cas, ce qui est très spécifiques de l’industrie (pensez médical ou l’aéronautique), un décharges électrostatiques induites par l’échec catastrophique de l’événement est un bien meilleur résultat que la fermeture de la station événement qui passe à travers la fabrication et des essais inaperçu. Inaperçu ESD événements peuvent créer un défaut mineur, ou peut-être légèrement aggraver une condition pré-existante et non détectées, vice caché, ce qui dans les deux scénarios peuvent s’aggraver au fil du temps en raison soit de supplémentaire mineur ESD événements ou tout simplement d’une utilisation régulière.
Ils débouchent dans une catastrophique et une défaillance prématurée de l’appareil dans un artificiellement des délais raccourcis qui ne peuvent pas être prédits par la fiabilité des modèles (qui sont à la base de l’entretien et du remplacement des horaires). En raison de ce danger, et il est facile de penser à des situations terribles (un stimulateur cardiaque du microprocesseur ou de vol des instruments de contrôle, par exemple), à venir avec des moyens de test pour et le modèle latent décharges électrostatiques induites par les défauts, est un domaine important de recherche sur la droite maintenant.
Pour un consommateur qui ne fonctionne pas ou savoir beaucoup au sujet de la fabrication de l’électronique, il peut sembler ne pas être un problème. Par le temps la plupart des appareils électroniques sont emballés pour la vente, il existe de nombreuses mesures de sécurité en place qui permettrait d’éviter la plupart des dommages ESD. Les composants sensibles sont physiquement inaccessibles et plus pratique pour les chemins d’accès à un terrain sont disponibles (j’. e. un châssis d’ordinateur est lié à un sol, une décharge ESD en elle ne sera certainement pas endommager le PROCESSEUR à l’intérieur du boîtier, mais au lieu de prendre le moins de résistance chemin d’accès à un terrain via le bloc d’alimentation et la prise murale d’alimentation de la source). Sinon, pas de transport de courant chemins sont possibles; de nombreux téléphones mobiles sont non conducteurs de l’extérieur et n’ont qu’un chemin au sol lorsqu’en cours de charge.
Pour l’enregistrement, je dois passer par ESD de formation tous les trois mois, afin que je puisse continuer. Mais je pense que cela devrait être suffisant pour répondre à votre question. Je crois que tout dans cette réponse exacte, mais je conseille vivement la lecture sur directement afin de mieux connaître le phénomène si je n’ai pas détruit votre curiosité pour de bon.
Une chose que les gens trouver des contre-intuitif est que les sacs que vous consultez fréquemment l’électronique stockées et expédiées dans (anti-statique sacs) sont également conductrice. Anti-statique signifie que le matériau ne recueillera pas significative la charge de l’interaction avec d’autres matériaux. Mais dans l’ESD monde, il est tout aussi important (autant que possible) que tout a la même tension de masse de référence.
Les surfaces de travail ESD (tapis), ESD sacs, et d’autres matériaux sont tous généralement attachées à un terrain d’entente, soit en n’ayant pas simplement un matériau isolant entre eux, ou plus explicitement par le câblage à basse résistance chemins d’accès à un terrain d’entente entre tous les bancs de travail; les connecteurs pour les travailleurs bandes de poignet, du sol et de l’équipement. Il y a des problèmes de sécurité ici. Si vous travaillez autour d’explosifs de grande puissance et de l’électronique, de votre bande de poignet peut être directement liée à un sol plutôt qu’une 1M Ohm résistance. Si vous travaillez autour de très haute tension, vous ne seriez vous à la terre à tous.
Voici une citation sur les coûts de l’EDD de la part de Cisco, qui pourrait même être un peu conservateur, comme les dommages collatéraux d’échecs sur le terrain pour Cisco ne sont généralement pas entraîner la perte de la vie, ce qui peut augmenter que 100x visées par des ordres de grandeur:
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