ÄR statisk elektricitetskada fortfarande ett enormt problem med elektronik?
Alla vi har hört varningarna för att se till att vi är ordentligt jordade när de arbetar på våra elektroniska enheter, men har framsteg inom teknikminskningen Problemet med statisk elektricitet skada eller är det fortfarande så vanligt som tidigare? Dagens SuperUser Q & A-post har ett omfattande svar på en nyfiken läsarens fråga.
Dagens Frågor och svarssession kommer till vårt tillstånd av SuperUser-en indelning av Stack Exchange, en community-driven gruppering av Q & A-webbplatser.
Foto med tillstånd av Jared Tarbell (Flickr).
Frågan
SuperUser-läsare Ricku vill veta om statisk elektriskt skador fortfarande är ett stort problem med elektroniken nu:
Jag har hört att statisk elektricitet var ett stort problem ett par Årtionden sedan. Är det fortfarande ett stort problem nu? Jag tror att det är sällsynt för en person att "steka" en datorkomponent nu.
Är statisk elektricitet fortfarande ett enormt problem med elektroniken nu?
Svaret
SuperUser-bidragaren Argonauts har svaret för oss:
I branschen kallas det elektrostatisk utmatning (ESD) och är det mycket mer av ett problem nu än någonsin. även om det har mildrats något genom den ganska nyligen utbredda antagandet av policyer och förfaranden som bidrar till att minska sannolikheten för ESD-skada på produkter. Oavsett dess påverkan på elektronikindustrin är större än många andra hela industrier.
Det är också ett enormt ämne och mycket komplicerat, så jag kommer bara att röra några punkter. Om du är intresserad finns det många gratis källor, material och webbplatser som är dedikerade till ämnet. Många människor ägnar sig åt sina karriärer till detta område. Produkter som skadas av ESD har en mycket verklig och mycket stor inverkan på alla företag som är involverade i elektronik, vare sig det är tillverkare, designer eller "konsument", och som många saker som hanteras i en bransch, skickas kostnaderna vidare till
Från ESD Association:
Eftersom enheter och storleken på deras funktioner blir kontinuerligt mindre blir de mer mottagliga för att skadas av ESD, vilket är meningsfullt efter lite tanke. Den mekaniska hållfastheten hos de material som används för att bygga elektronik går allmänt ned i takt med att deras storlek minskar, liksom materialets förmåga att motstå snabba temperaturförändringar, vanligen kallad termisk massa (precis som i makroskalaobjekt). Cirka 2003 var de minsta egenskapstorlekarna i 180 nm-intervallet och nu närmar vi sig snabbt 10 nm.
En ESD-händelse som för 20 år sedan skulle ha varit ofarlig kan potentiellt förstöra modern elektronik. På transistorer är portmaterialet ofta offer, men andra strömbärande element kan också förångas eller smälta. Lödd på en IC-stift (en ytmonteringslikvivalent som en kullristarray är mycket vanligare idag) på en PCB kan smältas, och kiseln i sig har vissa kritiska egenskaper (speciellt dess dielektriska värde) som kan ändras med hög värme . Helt taget kan den ändra kretsen från en halvledare till en alltid ledare, som vanligtvis slutar med en gnista och en dålig lukt när chipet är påslagen.
Mindre funktionsstorlekar är nästan helt positiva från de flesta mätperspektiv ; saker som drift / klockhastighet som kan stödjas, strömförbrukning, tätkopplad värmeproduktion etc. men känsligheten för skador från vad som annars skulle betraktas som triviala energimängder ökar också kraftigt då funktionstorleken går ner.
ESD-skydd är inbyggt i många elektronik idag, men om du har 500 miljarder transistorer i en integrerad krets, är det inte ett tåligt problem att bestämma vilken väg en statisk urladdning tar med 100 procent säkerhet.
Människokroppen är ibland modellerad (Människokroppsmodell, HBM) som har 100 till 250 picofarader av kapacitans. I den modellen kan spänningen bli så hög (beroende på källa) som 25 kV (även om vissa endast kräver så höga som 3 kV). Med hjälp av de större siffrorna skulle personen ha en energi "laddning" på ca 150 millijoules. En helt "laddad" person skulle normalt inte vara medveten om det och det släpps ut i en bråkdel av en sekund genom den första tillgängliga markbanan, ofta en elektronisk enhet.
Observera att dessa siffror förutsätter att personen inte bär kläder som kan bära en extra kostnad, vilket normalt är fallet. Det finns olika modeller för beräkning av ESD-risk- och energinivåer, och det blir ganska förvirrande mycket snabbt eftersom de verkar motsäga varandra i vissa fall. Här är en länk till en utmärkt diskussion om många av standarderna och modellerna.
Oavsett vilken metod som används för att beräkna den, är det inte, och låter verkligen inte så mycket energi, men det är mer än tillräckligt för att förstöra en modern transistor. För sammanhang är en energikälla likvärdig (enligt Wikipedia) på den energi som krävs för att lyfta en medelstor tomat (100 gram) en meter vertikalt från jordens yta.
Detta faller på det "värsta scenariot" sidan av en mänsklig enda ESD-händelse där människan bär en laddning och släpper ut den i en mottaglig enhet. En spänning som är hög från en relativt liten laddning uppstår när personen är mycket dålig jordad. En nyckelfaktor i vad och hur mycket som skadas är faktiskt inte laddningen eller spänningen, men strömmen, som i detta sammanhang kan anses vara så låg motståndet hos den elektroniska enhetens väg till marken.
Människor Att arbeta kring elektronik är vanligtvis jordad med handledsremmar och / eller jordningsremmar på fötterna. De är inte "shorts" för jordning; Motståndet är dimensionerat för att förhindra att arbetarna fungerar som blixtstänger (lätt att få elektrocuterade). Handledsband är vanligtvis i 1M Ohm-området, men det tillåter fortfarande snabb utladdning av eventuell ackumulerad energi. Kapacitiva och isolerade föremål tillsammans med andra laddningsgenererande eller lagrande material isoleras från arbetsområden, t.ex. polystyren, bubbelplast och plastkoppar.
Det finns bokstavligen otaliga andra material och situationer som kan leda till ESD-skada (från båda positiva och negativa relativa laddningsskillnader) till en enhet där människokroppen själv inte bär laddningen "internt" men bara underlättar rörelsen. Ett tecknarnivåexempel skulle ha på sig en ulltröja och strumpor medan man gick över en matta och sedan plockade upp eller rörde ett metallobjekt. Det skapar en betydligt högre mängd energi än kroppen själv kunde lagra.
En sista punkt på hur lite energi det tar att skada modern elektronik. En 10 nm transistor (inte vanlig men det kommer att bli de närmaste åren) har en grindtjocklek mindre än 6 nm, som närmar sig vad de kallar ett monoskikt (ett enda lager av atomer).
Det är ett mycket komplicerat ämne, och den mängd skador som en ESD-händelse kan orsaka till en enhet är svår att förutsäga på grund av det stora antalet variabler, inklusive hastigheten för urladdning (hur mycket motstånd det finns mellan laddningen och en mark) , antalet vägar till en mark genom enheten, fuktighet och omgivande temperaturer, och många fler. Alla dessa variabler kan anslutas till olika ekvationer som kan modellera effekten, men de är inte fruktansvärda noga för att förutse den faktiska skadan än, men bättre för att inrama eventuella skador från en händelse.
I många fall är detta mycket industrispecifik (tänk medicinsk eller flygteknisk), är en ESD-inducerad katastrofal misslyckande ett mycket bättre resultat än en ESD-händelse som passerar genom tillverkning och testning obemärkt. Osynliga ESD-händelser kan skapa en mycket liten defekt, eller kanske försämra en existerande och oupptäckt latent defekt, som i båda scenarierna kan bli värre över tid på grund av antingen ytterligare mindre ESD-händelser eller bara vanlig användning.
De resulterar i slutändan i ett katastrofalt och för tidigt misslyckande av anordningen i en konstant förkortad tidsram som inte kan förutsäges av pålitlighetsmodeller (som ligger till grund för underhålls- och ersättningsplaner). På grund av denna fara, och det är lätt att tänka på hemska situationer (t.ex. en pacemakers mikroprocessor eller flygeledningsinstrument), är det ett stort forskningsområde just nu att hitta metoder för att testa och modellera latenta ESD-inducerade defekter.
För en konsument som inte arbetar med eller vet mycket om elektronikproduktion kan det inte tyckas vara ett problem. När de flesta elektronik är förpackade till salu finns det många skyddsåtgärder som skulle förhindra de flesta ESD-skador. De känsliga komponenterna är fysiskt otillgängliga och mer praktiska banor på marken finns tillgängliga (dvs ett datorkabinett är knutet till en jord, vilket släpper ut ESD i det kommer nästan säkert inte att skada CPU inuti fallet utan istället ta den lägsta motståndsstigen till en markerad via strömkällan och vägguttaget). Alternativt är inga rimliga strömbanor möjliga; många mobiltelefoner har icke-ledande exteriörer och har bara en markbana när de laddas.
För rekordet måste jag gå igenom ESD-träning var tredje månad, så jag kunde bara fortsätta. Men jag tycker att det borde vara tillräckligt för att svara på din fråga. Jag tror att allt i det här svaret är korrekt, men jag rekommenderar starkt att läsa upp det direkt för att lära känna fenomenet bättre om jag inte har förstört din nyfikenhet för gott.
En sak som människor finner motintuitiva är att Påsarna som du ofta ser elektronik som lagras och skickas i (antistatiska påsar) är också ledande. Antistatisk betyder att materialet inte kommer att samla någon meningsfull laddning från att interagera med andra material. Men i ESD-världen är det lika viktigt (i största möjliga utsträckning) att allt har samma jordspänningsreferens.
Arbetsytor (ESD-mattor), ESD-väskor och andra material hålls vanligtvis bundet till en vanlig marken, antingen genom att helt enkelt inte ha ett isolerat material mellan dem, eller mer explicit genom att leda låga motståndsbanor till en mark mellan alla arbetsbänkar; kontakterna för arbetarnas handledsband, golvet och viss utrustning. Det finns säkerhetsfrågor här. Om du arbetar runt höga sprängämnen och elektronik, kan ditt armband vara bundet direkt till en mark i stället för ett 1M Ohm motstånd. Om du arbetar runt mycket hög spänning, skulle du inte slipa själv alls.
Här är ett citat om kostnaderna för ESD från Cisco, vilket kanske kan vara lite konservativt, eftersom säkerhetsskadorna från felfel för Cisco normalt gör inte resultera i förlust av liv, som kan höja den 100x som avses i storleksordningar:
Har något att lägga till förklaringen? Ljud av i kommentarerna. Vill du läsa mer svar från andra tech-savvy Stack Exchange-användare? Kolla in den fullständiga diskussionsgängan här.
Foto med tillstånd av wheatfields - allispossible.org.uk (Flickr). Fråga SuperUser-läsaren user40780 vill veta vilken nyckel på ett Mac-tangentbord som motsvarar symbolen Jag tittade på PyCharm dokumentation som har följande instruktioner: Ändra indragning av ett textfragment, gör något av följande: 1.
Hur man temporärt sparar din webbhistorik i Chrome Incognito-läge
Chrome Incognito Mode gör att du kan surfa på webben och söka efter saker utan att din surfhistorik spåras. Men om du vill spara din surfhistorik tillfälligt just för den inkognito-sessionen så kan du gå tillbaka till sidor du just har besökt? Det finns en praktisk förlängning som gör att du kan göra detta.
