Alle van ons hebben gehoord van de waarschuwingen ervoor te zorgen dat we goed geaard zijn bij het werken op onze elektronische apparaten, maar hebben de vooruitgang in technologie vermindert het probleem van statische elektriciteit schade of is het nog steeds zo gangbaar als voorheen? Vandaag de SuperUser Q&A post heeft een compleet antwoord op een nieuwsgierige lezer de vraag.
Vandaag Vraag & Antwoord sessie komt ons hoffelijkheid van SuperUser—een onderverdeling van de Stack Exchange, een community-gedreven groepering van de Q&A-sites.
Foto met dank aan Jared Tarbell (Flickr).
De Vraag
SuperUser reader Ricku wil weten of statische elektriciteit schade is nog steeds een groot probleem met de elektronica van nu:
Ik heb gehoord dat statische elektriciteit is een groot probleem een paar decennia geleden. Is het nog steeds een groot probleem nu? Ik denk dat het zeldzaam is voor een persoon om een “bak” van een computer onderdeel nu.
Is statische elektriciteit schade nog steeds een groot probleem met de elektronica van nu?
Het Antwoord
SuperUser bijdrage Argonauten heeft het antwoord voor ons:
In de industrie, het is bedoeld als Electro-Static Discharge (ESD) en is veel meer een probleem nu dan het ooit is geweest; ook al is het wat afgezwakt door de vrij recente grootschalige invoering van het beleid en de procedures die bijdragen aan het verlagen van de kans van ESD-schade aan de producten. Ongeacht, is het effect op de elektronica-industrie is groter dan veel andere hele industrieën.
Het is ook een groot onderwerp van studie en zeer complex, dus ik zal gewoon aan te raken op een paar punten. Als u geïnteresseerd bent, er zijn tal van gratis bronnen, materialen en websites die zijn gewijd aan het onderwerp. Veel mensen wijden hun carrière op dit gebied. Producten die beschadigd zijn door ESD hebben een zeer reëel en zeer grote impact op de betrokken bedrijven in de elektronica, of het is als een fabrikant, ontwerper, of “consument”, zoals er veel dingen behandeld in een bedrijfstak, de kosten die worden doorgegeven aan ons.
Van de ESD Vereniging:
Als de apparaten en de grootte van hun functies voortdurend kleiner geworden, worden ze meer gevoelig voor beschadiging door ESD, wat logisch is na een beetje van het denken. De mechanische sterkte van de materialen gebruikt voor de bouw van elektronica in het algemeen gaat naar beneden als hun omvang afneemt, net als het materiaal het vermogen om te weerstaan aan de snelle veranderingen in temperatuur, meestal aangeduid als thermische massa (net als in de macro-schaal objecten). Rond 2003, de kleinste afmetingen waren in de 180 nm en nu zijn we met rasse schreden 10 nm.
Een ESD-evenement dat 20 jaar geleden zou zijn onschadelijk zou kunnen vernietigen moderne elektronica. Op de transistoren, de poort materiaal is vaak het slachtoffer, maar ook andere stroomvoerende elementen kunnen worden verdampt of gesmolten. Soldeer op een IC-pennen (surface mount gelijk als een Ball Grid Array zijn veel vaker in deze dagen) op een PCB kan worden gesmolten, en het silicium zelf heeft een aantal essentiële kenmerken (met name de dk-waarde) die kunnen worden gewijzigd door hoge hitte. Genomen helemaal, het kunnen wijzigen van het circuit van een semi-conductor voor een altijd-dirigent, die eindigt meestal met een vonk en een slechte geur als de chip is ingeschakeld.
Kleinere maten zijn bijna geheel positief van de meeste statistieken perspectieven; zaken als bedrijfs – /klok snelheden die kunnen worden ondersteund, energieverbruik, strak gekoppelde warmte-opwekking, enz., maar de gevoeligheid voor schade van welke anders zou worden als ongevaarlijk beschouwd hoeveelheden energie ook sterk verhoogt als de feature size naar beneden gaat.
ESD-bescherming is ingebouwd in veel elektronica vandaag, maar als je 500 miljard transistors in een geïntegreerde schakeling, het is niet een handelbaar probleem om te bepalen welk pad een statische ontlading zal nemen met 100 procent zekerheid.
Het menselijk lichaam is soms gemodelleerd (Human Body Model; HBM) met 100 tot 250 picofarads van de capaciteit. In dat model is de spanning zo hoog (afhankelijk van de bron) als 25 kV (hoewel sommigen beweren dat alleen zo hoog als 3 kV). Met behulp van de grotere getallen, de persoon zou hebben om een energie “kosten” van ongeveer 150 millijoules. Een volledig belast persoon zich meestal niet van bewust en het wordt geloosd in een fractie van een seconde door de eerste beschikbare begane pad, vaak een elektronisch apparaat.
Merk op dat deze cijfers veronderstellen dat de persoon het niet dragen van de kleding staat van de uitvoering een extra toeslag, die normaal het geval is. Er zijn verschillende modellen voor de berekening van de ESD-risico-en energie-niveaus, en het wordt tamelijk verwarrend heel snel omdat ze lijken met elkaar in tegenspraak zijn in sommige gevallen. Hier is een link naar een uitstekende bespreking van veel van de normen en modellen.
Ongeacht de specifieke methode die gebruikt wordt om het te berekenen, is het niet, en zeker niet klinkt als veel energie, maar het is meer dan voldoende om te vernietigen een moderne transistor. Voor de context, een joule is gelijk (volgens Wikipedia) de energie die nodig is om de lift een middelgrote tomaten (100 gram) een meter recht van het oppervlak van de Aarde.
Dit valt op het “worst case scenario” kant van een mens-alleen ESD-evenement, waar de mens is het dragen van een lading en voert deze in een gevoelig apparaat. Een spanning die hoog van een relatief lage hoeveelheid lading treedt op wanneer de persoon is zeer slecht geaard. Een belangrijke factor in wat en hoeveel beschadigd raakt is eigenlijk niet de lading of de spanning, maar de huidige, die in dit verband kan worden gedacht van hoe laag de weerstand van het elektronische apparaat, pad naar een grond is.
Mensen die werken rond elektronica zijn meestal geaard met polsbandjes en/of aarding bandjes aan hun voeten. Ze zijn niet “shorts” voor aarding; de weerstand is zo groot om te voorkomen dat de werknemers van het serveren als bliksemafleiders (makkelijk te krijgen geëlektrocuteerd). Polsbandjes zijn meestal in de 1M Ohm bereik, maar die nog steeds zorgt voor het snel ontladen van eventuele geaccumuleerde energie. Capacitieve en geïsoleerde items samen met eventuele andere heffingen genereren of opslaan van materialen worden geïsoleerd van de werkgebieden, zoals polystyreen, noppenfolie, plastic bekers.
Er zijn letterlijk ontelbare andere materialen en situaties die kunnen resulteren in ESD-schade (zowel positieve als negatieve relatieve kosten verschillen) naar een apparaat waar het menselijk lichaam zelf niet dragen van de kosten “intern”, maar vergemakkelijkt de beweging. Een cartoon niveau voorbeeld zou het dragen van een wollen trui en sokken tijdens het lopen over een tapijt, dan is het oppakken of aanraken van een metalen object. Dat zorgt voor een aanzienlijk hoger bedrag aan energie dan het lichaam zelf te kunnen bewaren.
Een laatste punt op hoe weinig energie het kost om de schade moderne elektronica. Een 10 nm transistor (niet vaak, maar het zal in de komende paar jaar) heeft een poort een dikte van minder dan 6 nm, die is dicht in de buurt van wat ze noemen een monolaag (een enkele laag atomen).
Het is een zeer ingewikkeld onderwerp, en het bedrag van de schade een ESD-gebeurtenis kan leiden tot een apparaat is moeilijk te voorspellen vanwege het enorme aantal variabelen, zoals de snelheid van ontlading (hoeveel weerstand er is tussen de lading en een massa), het aantal paden van een grond door middel van het apparaat, de luchtvochtigheid en de omgevingstemperatuur, en nog veel meer. Al deze variabelen kan worden aangesloten op verschillende vergelijkingen die model van de impact, maar ze zijn niet erg nauwkeurig is in het voorspellen van de werkelijke schade nog, maar beter in framing van de mogelijke schade uit een gebeurtenis.
In veel gevallen, en dit is zeer industrie specifieke (denk aan medische of lucht-en ruimtevaart), een ESD-geïnduceerde catastrophic failure event is een veel beter resultaat dan een ESD-evenement dat loopt door de productie en het testen onopgemerkt. Ongemerkt ESD gebeurtenissen kunnen maken van een zeer geringe afwijking, of misschien iets verergeren van een reeds bestaande en onopgemerkt verborgen gebrek, wat in beide scenario ‘ s kan erger na verloop van tijd door de extra minor ESD evenementen of gewoon regelmatig gebruik.
Ze uiteindelijk resulteren in een catastrofaal en vroegtijdige uitval van het apparaat in een kunstmatig verkorte time frame die niet kunnen worden voorspeld door de betrouwbaarheid van modellen (die de basis vormen voor het onderhoud en de vervanging van de schema ‘ s). Vanwege dit gevaar, en het is gemakkelijk om te denken van verschrikkelijke situaties (zoals bij een pacemaker is een microprocessor of flight control instrumenten, bijvoorbeeld), het bedenken van manieren om dit te testen en model latente ESD-geïnduceerde afwijkingen is een belangrijk gebied van onderzoek nu.
Voor een consument die niet werken of weet u veel over elektronica industrie, het lijkt misschien niet zo een probleem. Tegen de tijd dat de meeste elektronica zijn verpakt voor de verkoop, zijn er tal van veiligheidsmaatregelen die voorkomen dat de meeste van ESD-schade. De gevoelige componenten fysiek ontoegankelijk en gemakkelijke paden naar een terrein beschikbaar zijn (en ik. e. een computer chassis is gebonden aan een grond, het lossen van ESD in het zal vrijwel zeker geen schade aan de CPU binnen in de zaak, maar in plaats daarvan nemen de laagste weerstand pad naar een grond via de voeding en het stopcontact stopcontact). U kunt ook geen redelijke stroomvoerende paden zijn mogelijk; veel mobiele telefoons hebben een niet-geleidende exterieur en hebben alleen een begane pad wanneer deze wordt opgeladen.
Voor de record, ik moet gaan door middel van ESD-training om de drie maanden, dus ik kon gewoon blijven gaan. Maar ik denk dat dit voldoende zou moeten zijn om uw vraag te beantwoorden. Ik geloof dat alles wat in dit antwoord juist, maar ik zou adviseren te lezen op het direct om beter kennis te maken met het fenomeen als ik niet vernietigd uw nieuwsgierigheid voor het goede.
Een ding dat mensen vinden contra-intuïtief is, is dat deze tassen ziet u vaak elektronica opgeslagen en verzonden in een (anti-statische zakken) zijn ook geleidend. Anti-statisch betekent dat het materiaal verzamelt geen betekenisvolle lading van de interactie met andere materialen. Maar in de ESD wereld, het is even belangrijk (voor de beste mate van het mogelijke) dat alles heeft dezelfde grond spanningsreferentie.
Werkbladen (ESD matten), ESD zakken, en ander materiaal, zijn meestal gehouden, vastgebonden aan een gemeenschappelijke grond, hetzij door het gewoon niet hebben van een isolerend materiaal tussen hen, of meer expliciet door de bedrading lage weerstand paden naar een middenweg tussen alle werkbanken; de aansluitingen voor de werknemers polsbanden, de vloer, en wat apparatuur. Er zijn problemen met de veiligheid hier. Als u werk rond hoog explosieven en elektronica, uw pols band kan direct worden gekoppeld aan een grond in plaats van een 1M Ohm weerstand. Als u werk rond met een bijzonder hoog voltage, u zou niet de grond zelf.
Hier is een citaat op de kosten van ESD van Cisco, die misschien zelfs een beetje conservatief, als de collateral damage van het veld storingen voor Cisco meestal niet resulteren in het verlies van het leven, die kan verhogen die 100x bedoeld om door de ordes van grootte:
Nog iets toe te voegen aan de uitleg? Geluid uit in de reacties. Wilt u meer antwoorden van de andere tech-savvy Stack Exchange-gebruikers? Bekijk de volledige bespreking draad hier.