We hebben allemaal de waarschuwingen gehoord om ervoor te zorgen dat we goed geaard zijn wanneer we aan onze elektronische apparaten werken, maar de technologische vooruitgang is verminderd het probleem van schade aan statische elektriciteit of is het nog steeds zo wijdverspreid als voorheen? De SuperUser Q & A-post van vandaag biedt een uitgebreid antwoord op de vraag van een nieuwsgierige lezer.

De Question & Answer-sessie van vandaag komt tot ons dankzij SuperUser - een onderdeel van Stack Exchange, een door de gemeenschap gestuurde groep van Q & A-websites.

Foto beleefdheid van Jared Tarbell (Flickr).

De vraag

SuperUser-lezer Ricku wil weten of statische elektriciteitsschade nu nog steeds een groot probleem is met elektronica:

Ik heb gehoord dat statische elektriciteit een groot probleem was, een paar decennia geleden. Is het nu nog steeds een groot probleem? Ik geloof dat het zeldzaam is dat iemand een computeronderdeel nu "frituurt". Is statische elektriciteitsschade nu nog steeds een enorm probleem met elektronica?

Het antwoord

SuperUser-bijdrager Argonauts heeft het antwoord voor ons:

In de branche wordt dit aangeduid als Electro-Static Discharge (ESD) en is het veel meer een probleem dan ooit tevoren; hoewel het enigszins is afgezwakt door de tamelijk recente wijdverbreide toepassing van beleid en procedures die helpen de kans op ESD-schade aan producten te verkleinen. Hoe dan ook, de impact ervan op de elektronica-industrie is groter dan die van vele andere complete industrieën.

Het is ook een groot onderwerp van studie en erg ingewikkeld, dus ik zal slechts enkele punten bespreken. Als u geïnteresseerd bent, zijn er tal van gratis bronnen, materialen en websites gewijd aan het onderwerp. Veel mensen zetten hun carrière in dit gebied. Producten die door ESD zijn beschadigd, hebben een zeer reële en zeer grote impact op alle bedrijven die betrokken zijn bij elektronica, of het nu gaat om een ​​fabrikant, ontwerper of "consument", en zoals veel dingen die in een bedrijfstak worden behandeld, worden de kosten doorberekend aan ons.

Van de ESD Association:

Naarmate apparaten en de grootte van hun functies steeds kleiner worden, worden ze gevoeliger voor beschadiging door ESD, wat logisch is na een beetje nadenken. De mechanische sterkte van de materialen die worden gebruikt om elektronica te bouwen, daalt in het algemeen naarmate de maat kleiner wordt, evenals het vermogen van het materiaal om snelle temperatuurveranderingen te weerstaan, meestal thermische massa genoemd (net als in macroschaalobjecten). Rond 2003 waren de kleinste feature-afmetingen in het bereik van 180 nm en nu naderen we snel 10 nm.

Een ESD-evenement dat 20 jaar geleden onschadelijk zou zijn geweest, zou mogelijk de moderne elektronica kunnen vernietigen. Op transistors is het poortmateriaal vaak het slachtoffer, maar andere stroomdragende elementen kunnen ook worden verdampt of gesmolten. Soldeer op de pinnen van een IC (een oppervlaktemontageaccent zoals een Ball Grid Array is tegenwoordig veel gebruikelijker) op een PCB kan worden gesmolten, en het silicium zelf heeft enkele kritische kenmerken (vooral de diëlektrische waarde) die kan worden gewijzigd door hoge temperaturen . Alles bij elkaar genomen, kan het circuit worden vervangen door een halfgeleider in een altijd-geleider, die meestal eindigt met een vonk en een slechte geur wanneer de chip wordt ingeschakeld.

Kleinere functiematen zijn bijna volledig positief vanuit de meeste statistiekenperspectieven ; dingen zoals bediening / kloksnelheden die kunnen worden ondersteund, stroomverbruik, nauw gekoppelde warmteontwikkeling, enz., maar de gevoeligheid voor schade door wat anders als triviale hoeveelheden energie zou worden beschouwd, neemt ook enorm toe naarmate de kenmerkgrootte afneemt.

ESD-beveiliging is tegenwoordig ingebouwd in veel elektronica, maar als u 500 miljard transistors in een geïntegreerd circuit hebt, is het geen traceerbaar probleem om te bepalen welk pad een statische ontlading met 100 procent zekerheid zal hebben.

Het menselijk lichaam is soms gemodelleerd (Human Body Model; HBM) met 100 tot 250 picofarad van capaciteit. In dat model kan de spanning zo hoog worden (afhankelijk van de bron) als 25 kV (hoewel sommigen slechts een waarde van 3 kV claimen). Met behulp van de grotere getallen, zou de persoon een energie "lading" van ongeveer 150 millijoules hebben. Een volledig 'geladen' persoon zou zich dat doorgaans niet bewust zijn en het wordt in een fractie van een seconde ontladen via het eerste beschikbare grondpad, vaak een elektronisch apparaat.

Merk op dat deze cijfers aannemen dat de persoon geen kleding draagt ​​die extra kosten met zich mee kan brengen, wat normaal het geval is. Er zijn verschillende modellen voor het berekenen van ESD-risico's en energieniveaus, en het wordt nogal snel erg verwarrend omdat ze in sommige gevallen elkaar lijken tegen te spreken. Hier is een link naar een uitstekende bespreking van veel van de normen en modellen.

Ongeacht de specifieke methode die wordt gebruikt om het te berekenen, is het niet, en zeker klinkt het niet als veel energie, maar het is meer dan voldoende om te vernietigen een moderne transistor. Voor de context is één joule aan energie equivalent (volgens Wikipedia) aan de energie die nodig is om een ​​middelgrote tomaat (100 gram) één meter verticaal vanaf het aardoppervlak op te tillen.

Dit valt in het "slechtste scenario" kant van een mens-alleen ESD-evenement, waarbij de mens een lading draagt ​​en ontlaadt in een vatbaar apparaat. Een spanning die hoog is van een relatief lage hoeveelheid lading treedt op wanneer de persoon erg slecht geaard is. Een belangrijke factor in wat en hoeveel beschadigd raakt, is niet de lading of de spanning, maar de stroom, wat in deze context kan worden beschouwd als hoe laag de weerstand van het pad van het elektronische apparaat naar een ondergrond is.

werk rond elektronica zijn meestal geaard met polsbanden en / of aardingsbanden aan hun voeten. Ze zijn geen 'shorts' voor aarding; de weerstand is gedimensioneerd om te voorkomen dat de werknemers als bliksemafleider dienen (gemakkelijk geëlektrocuteerd worden). Polsbanden bevinden zich meestal in het bereik van 1M Ohm, maar dat maakt nog steeds snelle ontlading van geaccumuleerde energie mogelijk. Capacitieve en geïsoleerde items samen met andere ladinggenererende of opslagmaterialen worden geïsoleerd van werkgebieden, dingen zoals polystyreen, noppenfolie en plastic bekers. Er zijn letterlijk talloze andere materialen en situaties die kunnen leiden tot ESD-schade (van beide positieve en negatieve relatieve ladingsverschillen) naar een apparaat waarbij het menselijk lichaam zelf de lading niet "intern" draagt, maar de beweging ervan vergemakkelijkt. Een voorbeeld op cartoonniveau is het dragen van een wollen trui en sokken terwijl je over een tapijt loopt en vervolgens een metalen voorwerp oppakt of aanraakt. Dat levert een aanzienlijk hogere hoeveelheid energie op dan het lichaam zelf zou kunnen opslaan.

Nog een laatste punt over hoe weinig energie het kost om moderne elektronica te beschadigen. Een transistor van 10 nm (nog niet gebruikelijk, maar het zal de komende paar jaar zijn) heeft een poortdikte van minder dan 6 nm, die bijna overeenkomt met wat zij een monolaag noemen (een enkele laag atomen).

Het is een zeer gecompliceerd onderwerp en de hoeveelheid schade die een ESD-gebeurtenis kan veroorzaken aan een apparaat is moeilijk te voorspellen vanwege het enorme aantal variabelen, inclusief de snelheid van ontladen (hoeveel weerstand er is tussen de lading en een aarde) , het aantal paden naar een grond door het apparaat, vochtigheid en omgevingstemperaturen en nog veel meer. Al deze variabelen kunnen worden ingeplugd in verschillende vergelijkingen die de impact kunnen modelleren, maar ze zijn niet erg nauwkeurig in het voorspellen van daadwerkelijke schade, maar beter in het inlijsten van de mogelijke schade van een gebeurtenis.

In veel gevallen is dit erg branchespecifiek (denk medisch of ruimtevaart), een ESD-geïnduceerde rampzalige catastrofale gebeurtenis is een veel beter resultaat dan een ESD-evenement dat ongemerkt door productie en testen gaat. Ongeziene ESD-gebeurtenissen kunnen een zeer klein defect veroorzaken, of misschien een reeds bestaand en onopgemerkt latent defect enigszins verergeren, wat in beide scenario's met de tijd kan verergeren als gevolg van extra kleine ESD-gebeurtenissen of gewoon regelmatig gebruik.

Uiteindelijk resulteren ze in een catastrofaal en vroegtijdig falen van het apparaat in een kunstmatig verkort tijdsbestek dat niet kan worden voorspeld door betrouwbaarheidsmodellen (die de basis vormen voor onderhouds- en vervangingsschema's). Vanwege dit gevaar, en het is gemakkelijk om vreselijke situaties te bedenken (bijvoorbeeld een pacemaker's microprocessor of instrumenten voor vluchtcontrole), is het bedenken van manieren om latente door ESD geïnduceerde defecten te testen en te modelleren momenteel een belangrijk onderzoeksgebied.

Voor een consument die niet werkt of veel kennis heeft van de fabricage van elektronica, lijkt het misschien geen probleem. Tegen de tijd dat de meeste elektronica te koop wordt aangeboden, zijn er tal van voorzorgsmaatregelen die de meeste ESD-schade voorkomen. De gevoelige componenten zijn fysiek ontoegankelijk en er zijn meer geschikte paden naar een grond beschikbaar (dwz een computerchassis is verbonden met een grond, ESD ontladen zal vrijwel zeker de CPU in de behuizing niet beschadigen, maar in plaats daarvan het laagste weerstandspad naar een aarde via de stroombron en stopcontact). Als alternatief zijn geen redelijke stroomvoerende paden mogelijk; veel mobiele telefoons hebben een niet-geleidende buitenkant en hebben alleen een grondpad wanneer ze worden opgeladen. Voor de goede orde, ik moet elke drie maanden door ESD-training gaan, dus ik kon gewoon doorgaan. Maar ik denk dat dit voldoende zou moeten zijn om je vraag te beantwoorden. Ik geloof dat alles in dit antwoord accuraat is, maar ik zou sterk aanraden om er rechtstreeks op te lezen om beter bekend te worden met het fenomeen als ik je nieuwsgierigheid niet voorgoed heb vernietigd. Een ding dat mensen tegenintuïtief vinden is dat de tassen waar je vaak elektronica ziet die wordt bewaard en verzonden (antistatische zakken) zijn ook geleidend. Antistatisch betekent dat het materiaal geen zinvolle lading krijgt als gevolg van interactie met andere materialen. Maar in de ESD-wereld is het net zo belangrijk (in de grootst mogelijke mate) dat alles dezelfde grondspanningsreferentie heeft.

Werkoppervlakken (ESD-matten), ESD-tassen en andere materialen worden meestal gebonden gehouden aan een gemeenschappelijke grond, hetzij door eenvoudigweg geen geïsoleerd materiaal daartussen te hebben, of explicieter door bedradingen met een lage weerstand naar een ondergrond tussen alle werkbanken aan te leggen; de aansluitingen voor de polsbanden van de arbeiders, de vloer en sommige apparatuur. Er zijn hier veiligheidsproblemen. Als u rond explosieven en elektronica werkt, is uw polsband mogelijk direct gebonden aan een grond in plaats van een weerstand van 1 M ohm. Als je rond een zeer hoge spanning werkt, zou je jezelf helemaal niet aarden.

Hier is een citaat over de kosten van ESD van Cisco, dat misschien zelfs een beetje conservatief is, omdat de nevenschade door veldfouten voor Cisco doorgaans niet resulteren in het verlies van mensenlevens, die die 100x kan grootbrengen waarnaar wordt verwezen met orden van grootte:

Heeft u iets toe te voegen aan de uitleg? Geluid uit in de reacties. Wilt u meer antwoorden van andere technisch onderlegde Stack Exchange-gebruikers lezen? Bekijk hier de volledige discussiethread

---

Gebruik een iPad als tweede monitor voor pc of Mac

Heeft u toevallig een extra iPad in het huis liggen die u niet meer gebruikt? Ik heb mijn iPad 2 jarenlang bewaard voordat ik eindelijk een upgrade naar de iPad Air 2 uitvoerde, wat betekende dat de iPad 2 net in een bureaulade zat. Maar waarom een ​​perfecte iPad verspillen, toch?Ik heb eerder geschreven over hoe je dubbele monitoren in Windows kunt instellen, maar daarvoor heb je een tweede monitor nodig. Ge

(How-to)

Hoe cookies van derden in elke webbrowser te blokkeren

Internetcookies bestaan ​​al sinds het begin van het web en hebben voor het grootste deel een nuttig doel. Maar terwijl de meeste cookies redelijk onschuldig en zelfs noodzakelijk zijn, zijn sommige dat niet. We hebben het natuurlijk over cookies van derden, en als je niet weet hoe je ze kunt blokkeren in je favoriete webbrowser, Maak je klaar om te leren.

(how-to)