28Aug
Nous avons tous entendu les avertissements pour nous assurer que nous sommes correctement mis à la terre lorsque nous travaillons sur nos appareils électroniques, mais les progrès technologiques ont-ils réduit le problème des dommages causés par l'électricité statique ou sont-ils toujours aussi répandus? Le SuperUser Q & A d'aujourd'hui a une réponse complète à la question d'un lecteur curieux.
Question d'aujourd'hui &La session de réponse nous est offerte par SuperUser, une subdivision de Stack Exchange, un regroupement communautaire de sites Web Q & A.
Photo publiée avec l'aimable autorisation de Jared Tarbell( Flickr).
La question
SuperUser lecteur Ricku veut savoir si les dommages d'électricité statique est toujours un énorme problème avec l'électronique maintenant:
J'ai entendu dire que l'électricité statique était un gros problème il y a quelques décennies. Est-ce toujours un gros problème maintenant? Je crois qu'il est rare pour une personne de faire frire un composant d'ordinateur maintenant.
Les dommages causés par l'électricité statique sont-ils encore un énorme problème avec l'électronique maintenant?
La réponse
SuperUser contributeur Argonauts a la réponse pour nous:
Dans l'industrie, on parle de décharge électrostatique( ESD) et c'est beaucoup plus un problème que jamais;bien qu'il ait été quelque peu atténué par l'adoption généralisée assez récente de politiques et de procédures qui aident à réduire la probabilité de dommages causés par l'EDD aux produits. Quoi qu'il en soit, son impact sur l'industrie électronique est plus important que celui de nombreuses autres industries.
C'est aussi un énorme sujet d'étude et très complexe, donc je vais juste aborder quelques points. Si vous êtes intéressé, il existe de nombreuses sources gratuites, des matériaux et des sites Web dédiés à ce sujet. Beaucoup de gens consacrent leur carrière à ce domaine. Les produits endommagés par ESD ont un impact très réel et très important 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 ànous.
De l'association ESD:
Comme les appareils et la taille de leurs caractéristiques deviennent de plus en plus petites, ils deviennent plus susceptibles d'être endommagés par les décharges électrostatiques, ce qui est logique après un peu de réflexion. La résistance mécanique des matériaux utilisés pour fabriquer l'électronique diminue généralement à mesure que leur taille diminue, de même que la capacité du matériau à résister aux variations de température rapides, généralement appelées masse thermique( comme dans les objets à échelle macro).Vers 2003, les plus petites tailles de traits se situaient dans la gamme des 180 nm et nous approchons maintenant de 10 nm.
Un événement ESD qui aurait été inoffensif il y a 20 ans pourrait potentiellement détruire l'électronique moderne. Sur les transistors, le matériau de la grille est souvent la victime, mais d'autres éléments porteurs de courant peuvent également être vaporisés ou fondus. Soudez sur les broches d'un CI( un montage en surface équivalent à un réseau de billes est beaucoup plus courant) sur un PCB peut être fondu, et le silicium lui-même a certaines caractéristiques critiques( en particulier sa valeur diélectrique) qui peuvent être changées. Pris ensemble, il peut changer le circuit d'un semi-conducteur à un toujours-conducteur, qui se termine habituellement par une étincelle et une mauvaise odeur lorsque la puce est sous tension.
Les tailles de fonctionnalités plus petites sont presque entièrement positives à partir de la plupart des perspectives métriques;des choses comme les vitesses de fonctionnement / d'horloge qui peuvent être supportées, la consommation d'énergie, la génération de chaleur étroitement couplée, etc., mais la sensibilité aux dommages provenant de ce qui serait autrement considéré comme des quantités d'énergie négligeables augmente aussi considérablement. La protection contre les décharges électrostatiques
est intégrée dans de nombreux appareils électroniques aujourd'hui, mais si vous avez 500 milliards de transistors dans un circuit intégré, il n'est pas difficile de déterminer quel chemin prendra une décharge statique avec 100% de certitude.
Le corps humain est parfois modélisé( Human Body Model, HBM) comme ayant 100 à 250 picofarads de capacité.Dans ce modèle, la tension peut être aussi élevée( selon la source) que 25 kV( bien que certains prétendent seulement jusqu'à 3 kV).En utilisant les plus grands nombres, la personne aurait une «charge» d'énergie d'environ 150 millijoules. Une personne complètement «chargée» n'en serait généralement pas consciente et elle serait déchargée en une fraction de seconde par le premier trajet au sol disponible, souvent un appareil électronique.
Notez que ces chiffres supposent que la personne ne porte pas de vêtements capables de supporter une charge supplémentaire, ce qui est normalement le cas. Il existe différents modèles pour calculer le risque d'ESD et les niveaux d'énergie, et cela devient très confus très rapidement car ils semblent se contredire dans certains cas. Voici un lien vers une excellente discussion de nombreuses normes et modèles.
Indépendamment de la méthode spécifique utilisée pour le calculer, ce n'est pas, et certainement pas beaucoup d'énergie, mais il est plus que suffisant pour détruire un transistor moderne. Pour le contexte, un joule d'énergie est équivalent( selon Wikipedia) à l'énergie nécessaire pour soulever verticalement une tomate de taille moyenne( 100 grammes) à un mètre de la surface de la Terre.
Cela se situe du côté du «pire scénario» d'un événement ESD réservé aux humains, où l'humain porte une charge et le décharge dans un dispositif sensible. Une tension élevée par rapport à une charge relativement faible se produit lorsque la personne est très mal mise à la terre. Un facteur clé de ce qui est endommagé est la charge ou la tension, mais le courant, qui dans ce contexte peut être considéré comme la résistance du circuit électronique à un sol est faible.
Les personnes qui travaillent autour de l'électronique sont généralement mises à la terre avec des dragonnes et / ou des sangles de mise à la terre sur leurs pieds. Ils ne sont pas "shorts" pour l'échouement;la résistance est dimensionnée pour empêcher les travailleurs de servir de paratonnerres( facilement électrocutés).Les bandes de poignet sont généralement dans la gamme 1M Ohm, mais cela permet toujours la décharge rapide de toute l'énergie accumulée. Les articles capacitifs et isolés ainsi que tous les autres matériaux générant ou stockant des charges sont isolés des zones de travail, comme le polystyrène, le film à bulles et les gobelets en plastique.
Il existe littéralement d'innombrables autres matériaux et situations qui peuvent entraîner des dommages ESD( des différences de charges positives et négatives) à un dispositif où le corps humain lui-même ne porte pas la charge "intérieurement", mais facilite simplement son mouvement. Un exemple de niveau de dessin animé porterait un chandail de laine et des chaussettes tout en marchant sur un tapis, puis en ramassant ou en touchant un objet en métal. Cela crée une quantité d'énergie significativement plus élevée que le corps lui-même pourrait stocker.
Un dernier point sur le peu d'énergie nécessaire pour endommager l'électronique moderne. Un transistor de 10 nm( pas encore commun, mais il le sera dans les deux prochaines années) a une épaisseur de grille inférieure à 6 nm, qui se rapproche de ce qu'on appelle une monocouche( une seule couche d'atomes).
C'est un sujet très compliqué, et la quantité de dommages qu'un événement ESD peut causer à un appareil est difficile à prévoir en raison du grand nombre de variables, y compris la vitesse de décharge( quelle résistance entre la charge et un sol), le nombre de chemins à un sol à travers l'appareil, l'humidité et les températures ambiantes, et beaucoup plus. Toutes ces variables peuvent être reliées à diverses équations qui peuvent modéliser l'impact, mais elles ne sont pas très précises pour prédire les dommages réels, mais mieux pour encadrer les dommages possibles d'un événement.
Dans de nombreux cas, et ceci est très spécifique à l'industrie( pensez médical ou aérospatial), un événement catastrophique induit par ESD est un bien meilleur résultat qu'un événement ESD qui passe par la fabrication et le test inaperçu. Les événements ESD non détectés peuvent créer un défaut très mineur, ou peut-être légèrement aggraver un défaut latent préexistant et non détecté, qui dans les deux scénarios peut s'aggraver avec le temps en raison d'événements ESD mineurs ou d'un usage régulier.
Ils aboutissent finalement à une défaillance catastrophique et prématurée de l'appareil dans un laps de temps raccourci artificiellement qui ne peut pas être prédite par les modèles de fiabilité( qui sont la base pour les calendriers de maintenance et de remplacement).En raison de ce danger, et il est facile de penser à des situations terribles( un microprocesseur ou un instrument de contrôle de vol, par exemple), trouver des moyens de tester et de modéliser les défauts latents induits par ESD est un sujet de recherche majeur.
Pour un consommateur qui ne travaille pas ou en sait beaucoup sur la fabrication électronique, cela peut ne pas sembler être un problème. Au moment où la plupart des produits électroniques sont emballés pour la vente, il existe de nombreuses sauvegardes qui préviendraient la plupart des dommages causés par les décharges électrostatiques. Les composants sensibles sont physiquement inaccessibles et des chemins plus pratiques vers un sol sont disponibles( par exemple, un châssis d'ordinateur est relié à un sol; décharger l'ESD dans celui-ci n'endommagera presque certainement pas le CPU à l'intérieur du boîtier).masse via l'alimentation et la source d'alimentation murale).En variante, aucune voie de transport de courant raisonnable n'est possible;de nombreux téléphones mobiles ont des extérieurs non conducteurs et n'ont qu'un trajet au sol lorsqu'ils sont chargés.
Pour mémoire, je dois suivre une formation ESD tous les trois mois, donc je pourrais continuer. Mais je pense que cela devrait suffire à répondre à votre question. Je crois que tout est exact dans cette réponse, mais je vous conseillerais vivement de le lire directement pour mieux connaître le phénomène si je n'ai pas détruit votre curiosité pour de bon.
Une chose que les gens trouvent contre-intuitive est que les sacs que vous voyez souvent électroniques stockés et expédiés( sacs antistatiques) sont également conducteurs. Antistatique signifie que le matériau ne recueillera aucune charge significative d'interagir avec d'autres matériaux. Mais dans le monde de l'ESD, il est tout aussi important( dans la mesure du possible) que tout ait la même référence de tension au sol.
Les surfaces de travail( tapis ESD), les sacs antistatiques et autres matériaux sont généralement liés à un terrain commun, soit en n'ayant simplement pas de matériau isolé entre eux, soit plus explicitement en reliant des chemins de faible résistance à un sol entre tous les établis.;les connecteurs pour les bracelets des travailleurs, le sol et certains équipements. Il y a des problèmes de sécurité ici. Si vous travaillez autour d'explosifs et d'électronique, votre bracelet peut être directement relié à une masse plutôt qu'à une résistance de 1M Ohm. Si vous travaillez à très haute tension, vous ne vous feriez pas du tout.
Voici une citation sur les coûts d'ESD de Cisco, qui pourrait même être un peu conservatrice, car les dommages collatéraux des pannes de terrain pour Cisco n'entraînent généralement pas la perte de la vie, ce qui peut augmenter de 100x par des ordres demagnitude:
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