정전기 손해는 여전히 전자 제품과 관련하여 큰 문제입니까?

우리 모두는 전자 장치를 사용할 때 우리가 제대로 접지되었는지 확인하기위한 경고를 들었지만 기술 발전으로 정전기 손상 문제를 줄이거 나 이전처럼 여전히 널리 보급 되었습니까? 오늘의 수퍼 유저 Q & A 게시물에는 궁금한 독자의 질문에 대한 종합적인 답변이 있습니다..

오늘의 질문 및 답변 세션은 Q & A 웹 사이트의 커뮤니티 중심 그룹 인 Stack Exchange의 하위 부문 인 수퍼 유저의 도움으로 이루어졌습니다..

사진 제공 : Jared Tarbell (Flickr).

질문

수퍼 유저 리더 리쿠 (Ricku)는 정전기 손상이 여전히 전자 기기의 큰 문제인지 알아 내려합니다.

나는 정전기가 수십 년 전에 커다란 문제 였다고 들었다. 지금도 여전히 큰 문제입니까? 나는 사람이 컴퓨터 구성 요소를 "튀기는"것이 거의 없다고 생각한다..

정전기 피해는 여전히 전자 제품에서 여전히 커다란 문제입니까??

대답

수퍼 유저 기고가 Argonauts는 다음과 같은 답을 제공합니다.

업계에서는 정전기 방전 (Electro-Static Discharge, ESD)으로 불리우며 지금까지 그 어느 때보다도 많은 문제가 있습니다. 제품에 대한 ESD 손상의 가능성을 낮추는 데 도움이되는 정책과 절차가 최근에 광범위하게 채택됨에 따라 다소 완화되었습니다. 그럼에도 불구하고 전자 산업에 미치는 영향은 다른 많은 전체 산업보다 크다..

그것은 또한 연구의 거대한 주제이며 매우 복잡하므로 몇 가지 사항을 간단히 설명하겠습니다. 관심이 있으시면 해당 주제에 대한 수많은 무료 자료, 자료 및 웹 사이트가 있습니다. 많은 사람들이이 분야에 그들의 경력을 바칩니다. ESD로 인해 손상된 제품은 제조사, 디자이너 또는 "소비자"이든 관계없이 전자 제품과 관련된 모든 회사에 매우 실제적이고 매우 큰 영향을 미칩니다. 업계에서 다뤄지는 많은 것들과 마찬가지로 비용도 우리.

ESD 협회 :

장치와 기능의 크기가 지속적으로 작아짐에 따라 ESD로 인해 손상 될 가능성이 커지므로 다소간 생각해 보면 이해할 수 있습니다. 전자 재료를 만드는 데 사용되는 재료의 기계적 강도는 일반적으로 크기가 감소함에 따라 감소하며, 급격한 온도 변화에 저항하는 재료의 능력 (일반적으로 거시적 규모의 물체와 마찬가지로 열 질량이라고도 함)이 저하됩니다. 2003 년경에 가장 작은 피처 크기는 180nm 범위 였고 이제 우리는 빠르게 10nm에 접근하고 있습니다.

20 년 전에 무해한 ESD 이벤트는 현대 전자 제품을 파괴 할 수 있습니다. 트랜지스터에서, 게이트 물질은 종종 희생 물질이지만, 다른 전류 운반 소자는 기화되거나 녹을 수있다. PCB상의 땜납 (볼 그리드 어레이와 같은 표면 실장 부품이 더 많이 보편화 됨)은 녹을 수 있으며 실리콘 자체는 ​​높은 열에 의해 변할 수있는 몇 가지 중요한 특성 (특히 유전체 값)을 가지고 있습니다 . 전체적으로 살펴보면, 회로를 반도체에서 항상 도체로 바꿀 수 있습니다. 칩의 전원이 켜지면 스파크와 악취로 끝납니다.

작은 피처 크기는 대부분의 메트릭스 관점에서 거의 전적으로 긍정적입니다. 지원 될 수있는 작동 / 클럭 속도, 전력 소모, 단단히 결합 된 열 발생 등과 같은 것들이 있지만 피처 크기가 작아지면서 사소한 양의 에너지로 간주 될 수있는 손상에 대한 민감도가 크게 증가합니다.

ESD 보호는 오늘날 많은 전자 제품에 내장되어 있지만 집적 회로에 5 천억 개의 트랜지스터가있는 경우 정전기 방전이 어느 경로에서 100 % 확실하게 발생하는지 결정하는 것이 쉽지 않습니다.

인체는 때때로 100 ~ 250 피코 패럿의 커패시턴스를 갖는 것으로 모델링됩니다 (Human Body Model, HBM). 이 모델에서 전압은 소스에 따라 25 kV만큼 높을 수 있습니다 (일부는 3 kV만큼 높음). 더 큰 숫자를 사용하면 사람은 약 150 밀리 줄의 에너지 "충전량"을 갖게됩니다. 완전히 "청구 된"사람은 일반적으로 그 사실을 알지 못하며 첫 번째 이용 가능한 지상 경로 (종종 전자 장치)를 통해 몇 분의 1 초 안에 방전됩니다.

이 숫자는 사람이 일반적으로 추가 비용을 부담 할 수있는 의복을 입지 않았다고 가정합니다. ESD 위험과 에너지 수준을 계산하는 데는 여러 가지 모델이 있으며, 어떤 경우에는 서로 모순되는 것처럼 보이기 때문에 매우 혼란 스럽습니다. 다음은 많은 표준 및 모델에 대한 탁월한 토론을위한 링크입니다..

그것을 계산하는 데 사용 된 특정 방법에 관계없이, 그것은 아닙니다, 그리고 확실히 많은 에너지처럼 들리지는 않지만, 현대의 트랜지스터를 파괴하기에 충분합니다. 맥락에서 한 줄의 에너지는 지구 표면에서 중성 토마토 (100 그램)를 수직으로 1 미터 들어 올리는데 필요한 에너지와 동등합니다 (위키 백과에 따르면)..

이것은 인간이 충전을 수행하고 그것을 감수성이 강한 장치로 방전하는 인간 전용 ESD 이벤트의 "최악의 시나리오"측면에 해당합니다. 상대방이 매우 열악한 경우 비교적 낮은 양의 충전으로 인해 높은 전압이 발생합니다. 얼마나 많은 부품이 손상을 입히는 지에 대한 핵심 요소는 실제로 충전이나 전압이 아니라 전류로,이 맥락에서 전자 장치의 접지 저항이 얼마나 낮습니까?.

전자 장치를 다루는 사람들은 대개 손목 띠 및 / 또는 접지 띠로 접지되어 있습니다. 그들은 접지를위한 "단락"이 아닙니다. 저항은 작업자가 피뢰침 (쉽게 감전사)으로 사용되는 것을 막을 수있는 크기입니다. 손목 밴드는 일반적으로 1M Ohm 범위이지만 축적 된 에너지를 신속하게 방출 할 수 있습니다. 정전 용량 및 절연 물질 및 기타 전하 생성 또는 저장 물질은 작업 영역, 폴리스티렌, 버블 랩 및 플라스틱 컵과 같은 것에서 격리됩니다..

말 그대로 인체 자체가 "내부적으로"전하를 띠지 않지만 그 이동을 용이하게하는 장치에 ESD 손상을 야기 할 수있는 수많은 물질 및 상황이 있습니다 (양극 및 음극의 상대 전하 차이로부터). 카툰을 걸 으면서 양모 스웨터와 양말을 착용하고 금속 물체를 집거나 만지면 카툰 레벨의 예가됩니다. 그것은 몸 자체가 저장할 수있는 것보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 생성합니다..

현대 전자 제품을 손상시키는 데 필요한 에너지가 얼마나 적은지에 대한 마지막 요점. 10nm 트랜지스터 (일반적이지는 않지만 앞으로 2 년 안에 나옵니다)는 6nm 미만의 게이트 두께를 가지며, 이는 단일 층 (monolayer) (단일 층의 원자)에 가까워지고 있습니다..

이것은 매우 복잡한 주제이며 ESD 이벤트가 디바이스에 초래할 수있는 손상의 양은 방전 속도 (충전과 접지간에 얼마나 많은 저항이 있는지)를 포함하여 많은 변수가 있기 때문에 예측하기 어렵습니다. , 장치를 통과하는지면으로가는 경로 수, 습도 및 주변 온도 등이 포함됩니다. 이러한 모든 변수는 영향을 모델링 할 수있는 다양한 방정식에 연결될 수 있지만 실제 손상을 예측할 때 정확하지는 않지만 사건으로 인한 피해를 모으는 것이 좋습니다..

대부분의 경우 산업 (의료 또는 항공 우주)에 따라 매우 다르므로 ESD 유발 치명적인 오류 이벤트는 제조 및 눈치 채지 못한 ESD 이벤트보다 훨씬 나은 결과입니다. 무의식적 인 ESD 이벤트는 매우 사소한 결함을 만들 수 있으며, 기존의 발견되지 않은 잠재 결함을 약간 악화시킬 수 있습니다. 두 시나리오 모두 추가적인 사소한 ESD 이벤트 또는 정기적 인 사용으로 인해 시간이 지남에 따라 악화 될 수 있습니다.

결국 궁극적으로 인위적으로 단축 된 시간대에 장치의 치명적이고 조기의 실패가 발생하며 이는 안정성 모델 (유지 관리 및 교체 일정의 기준)에 의해 예측할 수 없습니다. 이러한 위험 때문에 끔찍한 상황 (예 : 페이스 메이커의 마이크로 프로세서 또는 비행 제어 장비)을 생각하기 쉽고 잠정적 인 ESD로 유발 된 결함을 테스트 및 모델링하는 방법을 생각해내는 것이 현재 연구의 주요 영역입니다.

전자 제품 제조에 대해 잘 알고 있지 않거나 많은 것을 알고있는 소비자에게는 문제가되지 않을 수도 있습니다. 대부분의 전자 제품이 판매용으로 포장 될 때까지 대부분의 ESD 손상을 예방할 수있는 수많은 안전 장치가 마련되어 있습니다. 민감한 구성 요소는 물리적으로 접근 할 수없고지면에 대한 더 편리한 경로를 사용할 수 있습니다 (예 : 컴퓨터 섀시가 접지에 연결되어 ESD를 방전 시키면 케이스 내부의 CPU를 손상시키지 않습니다. 대신 가장 낮은 저항 경로를 전원 및 벽 콘센트 전원을 통해 접지). 대안으로, 적당한 전류 운반 경로가 가능하지 않다; 많은 휴대 전화는 비전 도성 외장을 가지며 충전 될 때 접지 경로 만 갖습니다..

기록을 위해 3 개월마다 ESD 교육을 받아야하므로 계속 갈 수 있습니다. 그러나 이것이 당신의 질문에 대답하기에 충분하다고 생각합니다. 이 답변의 모든 내용이 정확하다고 믿습니다. 그러나 호기심을 파괴하지 않으면 더 잘 알게 될 것입니다..

사람들이 반 직관적이라고 생각하는 한 가지 사실은 전자 제품이 저장되고 운송되는 가방 (정전기 방지 백)이 전도성이 있다는 사실입니다. 정전기 방지는 다른 물질과 상호 작용하여 의미있는 전하를 수집하지 않음을 의미합니다. 그러나 ESD 세계에서 모든 것이 동일한 접지 전압 레퍼런스를 갖는 것이 가장 좋습니다 (가능한 한 최대로)..

작업 표면 (ESD 매트), ESD 백 및 기타 재료는 모두 일반적으로 그 사이에 절연 된 재료가 없거나 모든 작업 벤치 사이의 낮은 저항 경로를 접지로 연결함으로써 공통 접지에 연결됩니다. 작업자 손목띠, 바닥 및 일부 장비 용 커넥터. 여기에 안전 문제가 있습니다. 높은 폭발물과 전자 장치를 다룰 경우 손목 밴드는 1M 옴 저항이 아닌 접지에 직접 연결될 수 있습니다. 매우 높은 전압에서 작업하는 경우, 스스로 접지하지 않을 것입니다..

Cisco의 ESD 비용에 대한 견적은 Cisco의 현장 실패로 인한 부수적 인 피해로 인하여 일반적으로 수명이 손실되지 않으며 주문량이 100 배 이상 증가 할 수 있기 때문에 다소 보수적 일 수 있습니다 :

설명에 추가 할 것이 있습니까? 의견에서 소리가 나지. 다른 기술에 정통한 Stack Exchange 사용자의 답변을 더 읽고 싶습니까? 전체 토론 스레드를 여기에서 확인하십시오..