私たち全員が、電子機器で作業するときに適切に接地されていることを確認するための警告を聞いていますが、技術の進歩により、静電気による損傷の問題が軽減されましたか、それとも以前と同じように普及していますか？今日のスーパーユーザーのQ＆A投稿には、好奇心旺盛な読者の質問に対する包括的な回答があります。
今日の質疑応答セッションは、コミュニティ主導のQ＆AWebサイトのグループであるStackExchangeの下位区分であるSuperUserの好意で行われます。
写真提供： ジャリッド・ターベル （Flickr）。
質問
スーパーユーザーの読者であるRickuは、静電気による損傷が今でも電子機器の大きな問題であるかどうかを知りたがっています。
数十年前、静電気が大きな問題だったと聞いています。今でも大きな問題ですか？今では、コンピューターの部品を「揚げる」ことはめったにないと思います。
静電気による損傷は今でも電子機器にとって大きな問題ですか？
答え
スーパーユーザーの寄稿者であるArgonautsが私たちに答えを持っています。
業界では、これは静電放電（ESD）と呼ばれ、これまで以上に問題になっています。ただし、製品へのESD損傷の可能性を下げるのに役立つポリシーと手順が最近広く採用されたことにより、多少緩和されました。とにかく、エレクトロニクス業界への影響は他の多くの業界全体よりも大きいです。
それはまた、研究の大きなトピックであり、非常に複雑なので、いくつかの点に触れます。あなたが興味を持っているなら、主題に捧げられた多くの無料の情報源、資料、そしてウェブサイトがあります。多くの人がこの分野にキャリアを捧げています。 ESDによって損傷を受けた製品は、製造業者、設計者、または「消費者」として、電子機器に関係するすべての企業に非常に現実的で非常に大きな影響を及ぼし、業界で扱われる多くのことと同様に、そのコストは我ら。
ESD協会から：
デバイスとその機能のサイズが継続的に小さくなるにつれて、ESDによる損傷を受けやすくなります。これは、少し考えてみると理にかなっています。電子機器の製造に使用される材料の機械的強度は、通常、熱質量と呼ばれる急激な温度変化に耐える材料の能力と同様に、サイズが小さくなるにつれて低下します（マクロスケールのオブジェクトの場合と同様）。 2003年頃、最小のフィーチャサイズは180 nmの範囲でしたが、現在は急速に10nmに近づいています。
20年前には無害だったであろうESDイベントは、現代の電子機器を破壊する可能性があります。トランジスタでは、ゲート材料が犠牲になることがよくありますが、他の通電要素も同様に気化または溶融する可能性があります。 PCB上のICのピン（最近ではボールグリッドアレイのような表面実装に相当するもの）のはんだを溶かすことができ、シリコン自体には高熱によって変化する可能性のあるいくつかの重要な特性（特に誘電値）があります。まとめると、回路を半導体から常に導体に変えることができます。これは通常、チップの電源を入れると火花と悪臭で終わります。
小さいフィーチャサイズは、ほとんどのメトリックの観点からほぼ完全にポジティブです。サポートできる動作/クロック速度、電力消費、密結合の発熱などがありますが、機能のサイズが小さくなると、さもなければ取るに足らない量のエネルギーと見なされるものによる損傷に対する感度も大幅に向上します。
今日、ESD保護は多くの電子機器に組み込まれていますが、集積回路に5,000億個のトランジスタがある場合、静電気放電がどの経路をたどるかを100％確実に判断することは難しい問題ではありません。
人体は、100〜250ピコファラッドの静電容量を持つものとしてモデル化されることがあります（Human Body Model; HBM）。そのモデルでは、電圧は（ソースに応じて）25 kVまで高くなる可能性があります（ただし、3 kVまでしか高くないと主張するものもあります）。より大きな数値を使用すると、人は約150ミリジュールのエネルギー「電荷」を持つことになります。完全に「充電された」人は通常それを認識せず、最初の利用可能な地上経路、多くの場合電子機器を介してほんの一瞬で放電されます。
これらの数字は、その人が追加料金を運ぶことができる服を着ていないことを前提としていることに注意してください。これは通常の場合です。がある 異なるモデル ESDのリスクとエネルギーレベルを計算するためのものであり、場合によっては互いに矛盾しているように見えるため、非常にすぐに混乱します。ここにへのリンクがあります 素晴らしい議論 多くの標準とモデルの。
それを計算するために使用される特定の方法に関係なく、それはそうではなく、確かに多くのエネルギーのように聞こえませんが、現代のトランジスタを破壊するには十分すぎるほどです。文脈上、1ジュールのエネルギーは（ウィキペディアによると）地球の表面から垂直に1メートルの中型トマト（100グラム）を持ち上げるのに必要なエネルギーに相当します。
これは、人間のみのESDイベントの「最悪のシナリオ」側に該当します。この場合、人間は電荷を運び、影響を受けやすいデバイスに放電します。人の接地が非常に不十分な場合、比較的少量の充電で高い電圧が発生します。何がどれだけ損傷するかを決める重要な要素は、実際には電荷や電圧ではなく、電流です。これは、この文脈では、電子デバイスのアースへの経路の抵抗がどれほど低いかと考えることができます。
電子機器の周りで働く人々は通常、リストストラップおよび/または足の接地ストラップで接地されています。それらは接地のための「ショート」ではありません。抵抗器は、作業者が避雷針として機能するのを防ぐサイズになっています（感電死しやすい）。リストバンドは通常1Mオームの範囲ですが、それでも蓄積されたエネルギーをすばやく放電することができます。容量性および絶縁性のアイテムは、他の電荷を生成または保存する材料とともに、ポリスチレン、プチプチ、プラスチックカップなどの作業領域から隔離されています。
人体自体が「内部」で電荷を運ばず、単にその動きを容易にするデバイスに、ESD損傷（正と負の相対電荷差の両方から）をもたらす可能性のある文字通り無数の他の材料と状況があります。漫画レベルの例は、カーペットの上を歩きながらウールのセーターと靴下を履き、金属製の物体を拾ったり触れたりすることです。それは、体自体が蓄えることができるよりもはるかに多くのエネルギーを生み出します。
現代の電子機器に損傷を与えるのに必要なエネルギーがいかに少ないかについての最後のポイント。 10 nmトランジスタ（まだ一般的ではありませんが、今後数年以内になります）のゲート厚は6 nm未満であり、単分子層（原子の単層）と呼ばれるものに近づいています。
これは非常に複雑な問題であり、放電速度（充電とアースの間にどれだけの抵抗があるか）などの変数が膨大なため、ESDイベントがデバイスに与える可能性のある損傷の量を予測することは困難です。 、デバイスを介した地面へのパスの数、湿度と周囲温度、その他多数。これらの変数はすべて、影響をモデル化できるさまざまな方程式に組み込むことができますが、実際の損傷を予測するのはまだそれほど正確ではありませんが、イベントから発生する可能性のある損傷を組み立てるのには優れています。
多くの場合、これは非常に業界固有であり（医療または航空宇宙を考えてください）、ESDによって引き起こされる壊滅的な障害イベントは、製造とテストを気付かずに通過するESDイベントよりもはるかに優れた結果です。気付かれないESDイベントは、非常に小さな欠陥を作成するか、既存の検出されない潜在的な欠陥をわずかに悪化させる可能性があります。どちらのシナリオでも、追加のマイナーなESDイベントまたは通常の使用により、時間の経過とともに悪化する可能性があります。
それらは最終的に、信頼性モデル（メンテナンスと交換のスケジュールの基礎となる）では予測できない、人為的に短縮された時間枠でデバイスの壊滅的で時期尚早な故障を引き起こします。この危険性と、ひどい状況（ペースメーカーのマイクロプロセッサや飛行制御機器など）を考えるのは簡単です。現在、潜在的なESDに起因する欠陥をテストしてモデル化する方法を考え出すことが主要な研究分野です。
電子機器製造に従事していない、または電子機器製造についてあまり知らない消費者にとって、それは問題ではないように思われるかもしれません。ほとんどの電子機器が販売用にパッケージ化されるまでに、ほとんどのESD損傷を防ぐための多数の安全対策が講じられています。敏感なコンポーネントは物理的にアクセスできず、アースへのより便利なパスが利用可能です（つまり、コンピュータシャーシがアースに接続されているため、ESDを放電しても、ケース内のCPUに損傷を与えることはほとんどありませんが、代わりに、電源と壁コンセント電源を介して接地します）。あるいは、合理的な通電経路は不可能です。多くの携帯電話は非導電性の外装を備えており、充電時にのみ接地経路があります。
記録のために、私は3か月ごとにESDトレーニングを受けなければならないので、私はただ続けることができました。しかし、私はこれがあなたの質問に答えるのに十分なはずだと思います。この回答のすべてが正確であると信じていますが、私があなたの好奇心を永久に破壊していなければ、現象をよりよく知るために直接それを読むことを強くお勧めします。
人々が直感に反していると感じることの1つは、電子機器が保管および出荷されることがよくあるバッグ（静電気防止バッグ）も導電性であるということです。静電気防止とは、その材料が他の材料との相互作用から意味のある電荷を収集しないことを意味します。しかし、ESDの世界では、すべてが同じ接地電圧リファレンスを持つことも同様に重要です（可能な限り）。
作業面（ESDマット）、ESDバッグ、およびその他の材料はすべて、通常、それらの間に絶縁材料を配置しないか、より明確にすべての作業台の間の地面に低抵抗経路を配線することによって、共通の地面に固定されます。労働者のリストバンド、床、およびいくつかの機器のコネクタ。ここには安全上の問題があります。高爆発物や電子機器を回避する場合、リストバンドは1Mオームの抵抗ではなく直接アースに接続されている可能性があります。非常に高い電圧を回避する場合は、まったく接地しません。
シスコのフィールド障害による二次的被害は通常、人命の損失につながることはなく、桁違いに100倍になる可能性があるため、シスコからのESDのコストに関する見積もりは少し保守的かもしれません。 ：
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