Alle av oss har hørt advarslene for å sikre at vi er riktig jordet når de jobber på våre elektroniske enheter, men har fremskritt innen teknologi redusert problemet med statisk elektrisitet skade eller er det fortsatt så vanlig som før? Dagens SuperUser Q & A-innlegg har et omfattende svar på spørsmål fra en nysgjerrig leser.

Dagens Spørsmål & Svar-sesjon kommer til oss med høflighet av SuperUser-en underavdeling av Stack Exchange, en fellesskapsdrevet gruppe av Q & A-nettsteder.

Foto courtesy av Jared Tarbell (Flickr).

Spørsmålet

Superbrukerleser Ricku vil vite om statisk elektrisitetskader fortsatt er et stort problem med elektronikk nå:

Jeg har hørt at statisk elektrisitet var et stort problem, et par flere tiår siden. Er det fortsatt et stort problem nå? Jeg tror at det er sjelden at en person kan "steke" en datamaskinkomponent nå.

Er statisk elektrisitet skade fortsatt et stort problem med elektronikk nå?

Svaret

SuperUser-bidragsyteren Argonauts har svaret for oss:

I bransjen er det referert til som elektrostatisk utladning (ESD) og er langt mer av et problem nå enn det noen gang har vært; selv om det har blitt mildret noe ved den ganske nylig utbredte vedtakelsen av retningslinjer og prosedyrer som bidrar til å redusere sannsynligheten for ESD-skade på produkter. Uansett er dens innvirkning på elektronikkindustrien større enn mange andre hele bransjer.

Det er også et stort studieemne og svært komplekst, så jeg vil bare ta på noen få punkter. Hvis du er interessert, er det mange gratis kilder, materialer og nettsteder dedikert til emnet. Mange mennesker dedikerer sin karriere til dette området. Produkter som er skadet av ESD har en veldig reell og svært stor innvirkning på alle selskapene som er involvert i elektronikk, enten det er produsent, designer eller "forbruker", og som mange ting som behandles i en bransje, blir kostnadene overført til

Fra ESD-foreningen:

Da enheter og størrelsen på funksjonene deres kontinuerlig blir mindre, blir de mer utsatt for å bli skadet av ESD, noe som gir mening etter litt tankegang. Den mekaniske styrken til materialene som brukes til å bygge elektronikk går generelt ned når deres størrelse minker, og materialets evne til å motstå raske temperaturendringer, vanligvis referert til som termisk masse (akkurat som i makroskalaobjekter). Rundt 2003 var de minste funksjonsstørrelsene i 180 nm-området, og nå nærmer vi seg raskt 10 nm.

En ESD-hendelse som for 20 år siden ville vært ufarlig, kunne potensielt ødelegge moderne elektronikk. På transistorer er portmaterialet ofte offeret, men andre nåværende bæreelementer kan også fordampes eller smelte. Loddemåler på en IC-pinne (en overflatefeste som en Ball Grid Array er langt mer vanlig i disse dager) på en PCB kan smelte, og silisiumet selv har noen kritiske egenskaper (spesielt dens dielektriske verdi) som kan endres ved høy varme . Tatt i det hele tatt, kan det endre kretsen fra en halvleder til en alltid leder, som vanligvis slutter med gnist og dårlig lukt når spenningen er på.

Mindre funksjonsstørrelser er nesten helt positive fra de fleste metriske perspektiver ; ting som drift / klokkehastighet som kan støttes, strømforbruk, tett koblet varmeproduksjon, etc., men følsomheten for skade fra det som ellers ville bli vurdert som trivielle mengder energi øker også sterkt ettersom funksjonsstørrelsen går ned.

ESD-beskyttelse er innebygd i mange elektronikk i dag, men hvis du har 500 milliarder transistorer i en integrert krets, er det ikke et tåler problem å bestemme hvilken vei en statisk utladning vil ta med 100 prosent sikkerhet.

Menneskekroppen er noen ganger modellert (Human Body Model; HBM) som har 100 til 250 picofarader av kapasitans. I den modellen kan spenningen bli så høy (avhengig av kilden) som 25 kV (selv om noen bare hevder så høyt som 3 kV). Ved å bruke de større tallene, ville personen ha en energi "ladning" på ca 150 millijoules. En fullstendig "ladet" person ville vanligvis ikke være oppmerksom på det, og det blir utladet i en brøkdel av et sekund gjennom den første tilgjengelige bakken banen, ofte en elektronisk enhet.

Vær oppmerksom på at disse tallene antar at personen ikke har på seg klær som kan bære en ekstra kostnad, som normalt er tilfelle. Det finnes forskjellige modeller for beregning av ESD-risiko og energinivå, og det blir ganske forvirrende veldig raskt siden de ser ut til å motsette seg hverandre i noen tilfeller. Her er en lenke til en utmerket diskusjon om mange av standardene og modellene.

Uansett hvilken spesifikk metode som brukes til å beregne det, er det ikke, og det høres ikke ut som mye energi, men det er mer enn nok til å ødelegge en moderne transistor. For kontekst er en energikilde ekvivalent (ifølge Wikipedia) til energien som kreves for å løfte en mellomstor tomat (100 gram) en meter vertikalt fra jordens overflate.

Dette faller på det "verste scenariet" siden av en menneskelig eneste ESD-hendelse, hvor mennesket bærer en ladning og tømmer den til en mottakelig enhet. En spenning som er høy fra en relativt liten belastning oppstår når personen er svært dårlig jordet. En nøkkelfaktor i hva og hvor mye som blir skadet er egentlig ikke ladningen eller spenningen, men gjeldende, som i denne sammenheng kan tenkes på som hvor lav motstanden til den elektroniske enhetens vei er til en bakke.

Folk arbeider rundt elektronikk er vanligvis jordet med håndleddsstropper og / eller jordingsremmer på føttene. De er ikke "shorts" for jording; motstanden er dimensjonert for å hindre arbeidstakere i å betjene som lynstenger (lett å bli elektrokutisert). Håndleddbånd er vanligvis i 1M Ohm-serien, men det tillater fortsatt rask utladning av akkumulert energi. Kapasitive og isolerte elementer sammen med andre ladningsgenererende eller lagringsmateriale er isolert fra arbeidsområder, for eksempel polystyren, bobleplast og plastikkkopper.

Det er bokstavelig talt utallige andre materialer og situasjoner som kan føre til ESD-skade (fra begge deler positive og negative relativladningsforskjeller) til en enhet hvor selve kroppen ikke bærer ladningen internt, men bare forenkler bevegelsen. Et tegneserie-nivåeksempel ville ha på seg en ullgenser og sokker mens du gikk over et teppe, og deretter plukket opp eller rørt et metallobjekt. Det skaper en betydelig høyere mengde energi enn kroppen selv kan lagre.

En siste poeng på hvor lite energi det tar å skade moderne elektronikk. En 10 nm transistor (ikke vanlig ennå, men det vil være de neste par årene) har en gate tykkelse mindre enn 6 nm, som nærmer seg det de kaller et monolag (et enkelt lag av atomer).

Det er et svært komplisert emne, og mengden skade som en ESD-hendelse kan forårsake til en enhet, er vanskelig å forutsi grunnet det store antallet variabler, inkludert hastigheten på utladningen (hvor mye motstand det er mellom ladningen og en bakke) , antall stier til bakken gjennom enheten, fuktighet og omgivelsestemperaturer, og mange flere. Alle disse variablene kan kobles til ulike likninger som kan modellere effekten, men de er ikke veldig nøyaktige for å forutsi faktisk skade, men bedre å skape den mulige skaden fra et arrangement.

I mange tilfeller, og dette er veldig industri spesifikk (tenk medisinsk eller luftfart), er en ESD-indusert katastrofal feil hendelsen et langt bedre resultat enn en ESD-hendelse som går gjennom produksjon og testing ubemerket. Ubemerkede ESD-hendelser kan skape en svært liten defekt, eller kanskje forverre en eksisterende og uoppdaget latent defekt, som i begge scenarier kan bli verre over tid på grunn av enten mindre mindre ESD-hendelser eller bare vanlig bruk.

De resulterer til slutt i en katastrofal og for tidlig feil i enheten i en kunstig forkortet tidsramme som ikke kan forutses av pålitelighetsmodeller (som er grunnlaget for vedlikeholds- og erstatningsplaner). På grunn av denne faren, og det er lett å tenke på forferdelige situasjoner (for eksempel en pacemakerens mikroprosessor eller flygeledningsinstrumenter), å finne frem til måter å teste på og modell latente ESD-induserte feil, er et stort forskningsområde akkurat nå.

For en forbruker som ikke jobber med eller vet mye om elektronikkproduksjon, kan det ikke synes å være et problem. Da de fleste elektronikk er pakket for salg, er det mange beskyttelsesforanstaltninger som vil forhindre de fleste ESD-skader. De følsomme komponentene er fysisk utilgjengelige og mer praktiske baner til bakken er tilgjengelige (dvs. et datamaskinchassis er bundet til en bakke, og utladning av ESD inn i det vil nesten absolutt ikke skade CPUen inne i saken, men i stedet ta den laveste motstandsstien til en jordet via strømforsyningen og strømuttakets strømkilde). Alternativt er det ingen mulige nåværende baneveier. mange mobiltelefoner har ikke-ledende eksteriør og har bare en bakkebane når de blir belastet.

For posten må jeg gå gjennom ESD-trening hver tredje måned, så jeg kunne bare fortsette. Men jeg tror dette burde være tilstrekkelig til å svare på spørsmålet ditt. Jeg tror alt i dette svaret er nøyaktig, men jeg anbefaler på det sterkeste at du leser direkte på det for å bli bedre kjent med fenomenet hvis jeg ikke har ødelagt din nysgjerrighet for godt.

En ting som folk finner motintuitive, er at posene du ofte ser elektronikk lagret og sendt i (anti-statiske poser) er også ledende. Antistatisk betyr at materialet ikke samler noen meningsfylt ladning fra å interagere med andre materialer. Men i ESD-verden er det like viktig (i størst mulig grad) at alt har samme jordspenningsreferanse.

Arbeidsflater (ESD-matter), ESD-poser og andre materialer holdes vanligvis knyttet til en felles jord, enten ved ikke å ha et isolert materiale mellom dem, eller mer eksplisitt ved å koble til lavmotstandsstier til en bakke mellom alle arbeidsbenker; kontaktene til arbeidernes armbånd, gulvet og noe utstyr. Det er sikkerhetsproblemer her. Hvis du jobber rundt høye eksplosiver og elektronikk, kan håndleddet ditt være bundet direkte til en bakke i stedet for en 1M ohm motstand. Hvis du jobber rundt veldig høy spenning, ville du ikke males deg selv i det hele tatt.

Her er et tilbud på kostnadene til ESD fra Cisco, som kanskje til og med er litt konservativ, da sikkerhetsskade fra feltfeil for Cisco vanligvis gjør ikke resultere i tap av liv, som kan øke det 100x referert til ved størrelsesorden:

Har noe å legge til forklaringen? Lyder av i kommentarene. Vil du lese flere svar fra andre tech-savvy Stack Exchange-brukere? Se hele diskusjonstråden her.

Slik omarrangerer du låseskjerm Widgets i iOS 10

IOS 10 har innvarslet en rekke forbedringer, inkludert en for widgetelskerne: dine favoritt widgets er nå tilgjengelige rett fra enhetens lås Hva er nytt med låseskjermen RELATED: De beste nye funksjonene i iOS 10 (og hvordan du bruker dem) Så snart du henter en iOS 10-enhet, vil du Legg merke til noen ganske store endringer.

(how-to)

Slik bruker du Googles passordbehandling til å synkronisere passordene dine overalt

Visste du at Google har sin egen dedikerte passordbehandling? Det er mer enn bare passordsynkronisering innebygd i Chrome-nettleseren. Googles løsning tilbyr også en nettapp, mobilapps, dyp integrasjon med Android og automatisk generering av sterke passord. Få personer har lagt merke til dette, noe som ikke er overraskende - Denne funksjonen har vokst fra en enkel del av Chrome-nettleseren for å unnslippe den og gi en større passordbehandling på tvers av plattformen.

(how-to)