우리 모두는 전자 장치에서 작업 할 때 제대로 접지되었는지 확인하라는 경고를 들었지만 기술의 발전으로 정전기 손상 문제가 줄어 들었습니까? 아니면 여전히 이전처럼 널리 퍼져 있습니까? 오늘의 수퍼 유저 Q & A 게시물에는 호기심 많은 독자의 질문에 대한 포괄적 인 답변이 있습니다.
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사진 제공 : 자레드 타벨 (플리커).
질문
수퍼 유저 독자 인 Ricku는 정전기 손상이 여전히 전자 제품에 큰 문제인지 알고 싶습니다.
수십 년 전에 정전기가 큰 문제 였다고 들었습니다. 지금도 여전히 큰 문제입니까? 지금은 사람이 컴퓨터 부품을 "튀기는"일이 드물다고 생각합니다.
정전기로 인한 손상이 지금도 전자 제품에 큰 문제가되고 있습니까?
대답
수퍼 유저 기여자 인 Argonauts가 우리에게 답을 제공합니다.
업계에서는 ESD (Electro-Static Discharge)라고하며 그 어느 때보 다 훨씬 더 문제가되고 있습니다. 제품에 대한 ESD 손상 가능성을 낮추는 데 도움이되는 정책과 절차를 상당히 최근에 널리 채택함으로써 다소 완화되었습니다. 그럼에도 불구하고 전자 산업에 미치는 영향은 다른 많은 전체 산업보다 큽니다.
그것은 또한 연구의 거대한 주제이고 매우 복잡하므로 몇 가지 요점 만 다루겠습니다. 관심이 있으시면 주제에 대한 수많은 무료 소스, 자료 및 웹 사이트가 있습니다. 많은 사람들이 자신의 경력을이 분야에 바칩니다. ESD로 인해 손상된 제품은 제조업체, 설계자 또는 "소비자"등 전자 제품과 관련된 모든 회사에 매우 실제적이고 매우 큰 영향을 미치며, 산업에서 다루는 많은 것들과 마찬가지로 비용은 다음과 같이 전달됩니다. 우리.
ESD 협회에서 :
장치와 기능의 크기가 지속적으로 작아짐에 따라 ESD에 의해 손상되기 쉽습니다. 전자 제품을 만드는 데 사용되는 재료의 기계적 강도는 일반적으로 크기가 감소함에 따라 감소하며, 일반적으로 열 질량 (거시 규모 물체와 마찬가지로)이라고하는 급격한 온도 변화에 저항하는 재료의 능력도 감소합니다. 2003 년경, 가장 작은 피처 크기는 180nm 범위였으며 이제는 10nm에 빠르게 접근하고 있습니다.
20 년 전에 무해했을 ESD 사건은 잠재적으로 현대 전자 장치를 파괴 할 수 있습니다. 트랜지스터에서 게이트 재료는 종종 희생되지만 다른 전류 전달 요소도 기화되거나 녹을 수 있습니다. PCB의 IC 핀 (요즘에는 볼 그리드 어레이와 같은 표면 실장 등가물이 훨씬 더 일반적 임)에있는 납땜이 녹을 수 있으며, 실리콘 자체에는 고온에 의해 변경 될 수있는 몇 가지 중요한 특성 (특히 유전 값)이 있습니다. . 종합하면 반도체에서 상시 도체로 회로를 변경할 수 있으며, 일반적으로 칩의 전원을 켤 때 스파크와 악취로 끝납니다.
더 작은 기능 크기는 대부분의 메트릭 관점에서 거의 전적으로 긍정적입니다. 지원할 수있는 작동 / 클럭 속도, 전력 소비, 밀접하게 결합 된 열 생성 등과 같은 것들이 있지만 그렇지 않으면 사소한 양의 에너지로 간주 될 수있는 손상에 대한 민감도도 기능 크기가 줄어들수록 크게 증가합니다.
ESD 보호는 오늘날 많은 전자 제품에 내장되어 있지만 집적 회로에 5 천억 개의 트랜지스터가있는 경우 100 % 확실하게 정전기 방전이 어떤 경로를 취할지 결정하는 것은 다루기 힘든 문제가 아닙니다.
인체는 때때로 100 ~ 250 피코 패럿의 커패시턴스를 갖는 것으로 모델링됩니다 (Human Body Model; HBM). 이 모델에서 전압은 (소스에 따라) 25kV까지 높아질 수 있습니다 (일부는 3kV까지만 높은 것으로 주장하지만). 더 큰 숫자를 사용하면 사람은 약 150 밀리 줄의 에너지 "전하"를 갖게됩니다. 완전히 "충전 된"사람은 일반적으로이를 인식하지 못하고 첫 번째 사용 가능한 접지 경로 (주로 전자 장치)를 통해 몇 초 만에 방전됩니다.
이 수치는 추가 요금을 부담 할 수있는 옷을 입지 않았다고 가정합니다. 있습니다 다른 모델 ESD 위험과 에너지 수준을 계산하는 데 사용되며 어떤 경우에는 서로 모순되는 것처럼 보이기 때문에 매우 빠르게 혼란스러워집니다. 여기에 대한 링크가 있습니다. 훌륭한 토론 많은 표준과 모델의.
그것을 계산하는 데 사용되는 특정 방법에 관계없이 그것은 그렇지 않으며 확실히 많은 에너지처럼 들리지 않지만 현대 트랜지스터를 파괴하는 데 충분합니다. 문맥 상, 1 줄의 에너지는 (Wikipedia에 따르면) 지구 표면에서 수직으로 1 미터 크기의 토마토 (100 그램)를 들어 올리는 데 필요한 에너지와 동일합니다.
이것은 인간이 전하를 운반하고 민감한 장치로 방전시키는 인간 전용 ESD 이벤트의 "최악 시나리오"에 해당합니다. 상대적으로 낮은 충전량에서 높은 전압은 사람이 접지 상태가 좋지 않을 때 발생합니다. 무엇이 얼마나 손상되는지에 대한 핵심 요소는 실제로 전 하나 전압이 아니라 전류이며,이 맥락에서 전자 장치의 접지 경로의 저항이 얼마나 낮은 지 생각할 수 있습니다.
전자 제품 주변에서 일하는 사람들은 일반적으로 발에 손목 스트랩 및 / 또는 접지 스트랩으로 접지됩니다. 접지를위한“단락”이 아닙니다. 저항은 작업자가 피뢰침 역할을하지 못하도록 크기가 조정되었습니다 (쉽게 감전사를 당함). 손목 밴드는 일반적으로 1M Ohm 범위에 있지만 축적 된 에너지를 빠르게 방전 할 수 있습니다. 다른 전하를 생성하거나 저장하는 재료와 함께 용량 성 및 절연 된 품목은 폴리스티렌, 버블 랩 및 플라스틱 컵과 같은 작업 영역에서 격리됩니다.
인체 자체가 "내부적으로"전하를 전달하지 않고 이동을 용이하게하는 장치에 ESD 손상 (양전하 및 음전하 차이 모두에서)을 초래할 수있는 다른 물질과 상황이 말 그대로 무수히 많습니다. 만화 수준의 예는 양모 스웨터와 양말을 신고 카펫 위를 걷다가 금속 물체를 집거나 만지는 것입니다. 그것은 신체 자체가 저장할 수있는 것보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 생성합니다.
현대 전자 제품을 손상시키는 데 필요한 에너지가 얼마나 적은지에 대한 마지막 요점입니다. 10nm 트랜지스터 (아직 흔하지는 않지만 향후 몇 년 내에 출시 될 예정 임)의 게이트 두께는 6nm 미만으로, 단일 층 (단일 원자 층)이라고 부르는 것에 가깝습니다.
이는 매우 복잡한 주제이며 ESD 이벤트가 장치에 미칠 수있는 손상의 양은 방전 속도 (충전과 접지 사이에 얼마나 많은 저항이 있는지)를 포함하여 많은 변수로 인해 예측하기 어렵습니다. , 장치를 통과하는지면까지의 경로 수, 습도 및 주변 온도 등이 있습니다. 이러한 모든 변수는 영향을 모델링 할 수있는 다양한 방정식에 연결될 수 있지만 아직 실제 피해를 예측하는 데는별로 정확하지는 않지만 이벤트로 인한 피해를 프레이밍하는 데 더 좋습니다.
많은 경우, 이것은 매우 산업별로 다르며 (의료 또는 항공 우주를 생각해 보면) ESD로 인한 치명적인 실패 이벤트는 눈에 띄지 않게 제조 및 테스트를 통과하는 ESD 이벤트보다 훨씬 더 나은 결과입니다. 눈에 띄지 않는 ESD 이벤트는 매우 사소한 결함을 생성하거나 기존 및 감지되지 않은 잠재적 결함을 약간 악화시킬 수 있습니다. 두 시나리오 모두 추가 사소한 ESD 이벤트 또는 정기적 인 사용으로 인해 시간이 지남에 따라 악화 될 수 있습니다.
이는 궁극적으로 신뢰성 모델 (유지 보수 및 교체 일정의 기초가 됨)으로 예측할 수없는 인위적으로 단축 된 시간 프레임에 장치의 치명적이고 조기 고장을 초래합니다. 이러한 위험과 끔찍한 상황 (예 : 심박 조율기의 마이크로 프로세서 또는 비행 제어 기기)을 쉽게 생각할 수 있기 때문에 잠재적 ESD 유발 결함을 테스트하고 모델링하는 방법을 찾는 것이 현재 주요 연구 분야입니다.
일을하지 않거나 전자 제품 제조에 대해 잘 아는 소비자에게는 문제가되지 않을 수 있습니다. 대부분의 전자 제품이 판매용으로 포장 될 때까지 대부분의 ESD 손상을 방지 할 수있는 수많은 보호 장치가 있습니다. 민감한 부품은 물리적으로 접근 할 수 없으며 접지에 대한보다 편리한 경로를 사용할 수 있습니다 (예 : 컴퓨터 섀시가 접지에 연결되어있어 ESD를 방전하면 케이스 내부의 CPU가 손상되지 않고 대신 가장 낮은 저항 경로를 사용합니다. 전원 공급 장치 및 벽면 콘센트 전원을 통해 접지). 또는 합리적인 전류 전달 경로가 불가능합니다. 대부분의 휴대폰은 비전 도성 외장이 있으며 충전시 접지 경로 만 있습니다.
기록을 위해 3 개월마다 ESD 교육을 받아야하므로 계속 진행할 수 있습니다. 그러나 나는 이것이 당신의 질문에 대답하기에 충분하다고 생각합니다. 나는이 답변의 모든 것이 정확하다고 믿지만, 당신의 호기심을 영원히 파괴하지 않았다면 현상에 대해 더 잘 알기 위해 직접 읽는 것이 좋습니다.
사람들이 반 직관적이라고 생각하는 한 가지는 전자 제품이 보관 및 배송되는 자주 보는 가방 (정전기 방지 가방)도 전도성이라는 것입니다. 정전기 방지는 재료가 다른 재료와 상호 작용하여 의미있는 전하를 수집하지 않음을 의미합니다. 그러나 ESD 세계에서는 모든 것이 동일한 접지 전압 레퍼런스를 갖는 것이 (가능한 한 최대한) 똑같이 중요합니다.
작업 표면 (ESD 매트), ESD 백 및 기타 재료는 일반적으로 그 사이에 절연 재료가없는 경우 또는 모든 작업대 사이의 접지에 낮은 저항 경로를 배선함으로써 일반적으로 공통 접지에 묶여 있습니다. 작업자의 손목 밴드, 바닥 및 일부 장 비용 커넥터입니다. 여기에 안전 문제가 있습니다. 높은 폭발물 및 전자 제품 주위에서 작업하는 경우 손목 밴드가 1M Ohm 저항이 아닌 접지에 직접 연결될 수 있습니다. 매우 높은 전압에서 작업하면 전혀 접지되지 않습니다.
여기에 Cisco의 ESD 비용에 대한 인용문이 있습니다. 이는 Cisco의 현장 오류로 인한 부수적 피해가 일반적으로 인명 손실을 초래하지 않기 때문에 다소 보수적 일 수 있습니다. :
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