Làm thế nào lớn một mối đe dọa là ESD, định lượng? [đóng cửa]

Làm thế nào một mối đe dọa lớn là xả tĩnh điện ESD cho các mạch tích hợp điển hình, thực sự?

HOẠT ĐỘNG KINH NGHIỆM VERSUS

Tôi không đặc biệt tìm kiếm ý kiến ​​(thực sự, những ý kiến không được thông tin về chủ đề này rất dễ tìm thấy), nhưng đối với kinh nghiệm định lượng hoặc có thể định lượng về sự phá hủy phần cứng thực tế. (Ví dụ: nếu bạn làm việc trong một nhà máy lắp ráp điện tử và quen thuộc với số lượng phần cứng bị vứt vào thùng rác của nhà máy do các sự kiện ESD, thì bạn có kinh nghiệm hợp pháp, có thể hiểu được; nhưng nếu bạn chỉ đọc rất nhiều hướng dẫn sử dụng dịch vụ cảnh báo chống lại ESD, sau đó bạn có thể không có nhiều hơn một ý kiến.)

LÝ LỊCH

Tôi hỏi bởi vì (a) Tôi có bằng thạc sĩ về kỹ thuật điện, (b) trọng tâm của nghiên cứu thạc sĩ của tôi là về điện từ, (c) Tuy nhiên tôi không làm việc chuyên nghiệp trong lĩnh vực điện từ hoặc điện tử, (d) không phải lúc nào cũng rất cẩn thận trong khi tháo rời các thiết bị điện tử ở nhà, và (e) ngoại trừ do sét, tôi chưa bao giờ chứng kiến ​​sự phá hủy của thiết bị điện tử bởi ESD. Tôi đã nhiều lần, không may chứng kiến ​​sự phá hủy của các thiết bị điện tử do vô tình kết nối dưới nguồn với các trở kháng sai, nhưng không bao giờ bằng ESD.

Tôi 49 tuổi và có lẽ giống như bạn, đã tháo rời các thiết bị điện tử ở nhà từ khi tôi 13 tuổi. Tôi không phải lúc nào cũng bất cẩn (điều này phụ thuộc vào giá trị của các thiết bị điện tử tôi đang xử lý, bao nhiêu thời gian, v.v.) và Tôi sở hữu một dây đeo cổ tay ESD, nhưng tôi đã bất cẩn đủ mà không có hậu quả rõ ràng trong nhiều năm mà tôi bắt đầu nhận thấy rằng kinh nghiệm của riêng tôi dường như mâu thuẫn với các cảnh báo thông thường. Chuyện gì đang xảy ra vậy?

Một số cảnh báo gần đây nói rằng thiết bị điện tử "xuống cấp". Nhưng nó thực sự? Định lượng, bao nhiêu?

Ngoài ra, tôi yêu cầu bởi vì tôi hướng dẫn các khóa học kỹ thuật bán thời gian tại một trường đại học của tiểu bang, EE sinh viên đại học ở đó đều có bảng nguyên mẫu FPGA, và một số sinh viên đại học chỉ cần ném các bảng trong ba lô của họ. Mặc dù vậy, tôi vẫn chưa nghe thấy một trong số những sinh viên đại học này than khóc về việc mất đồ họa của mình cho ESD, mặc dù vậy, tôi đã không tự mình dạy bất kỳ khóa học nào trong đó các khóa học được sử dụng.

NHẬN XÉT

Vì vậy, có bất kỳ kinh nghiệm định lượng hoặc quasiquantifitable về điều này? Hoặc là ESD không phải là một mối đe dọa định lượng, mặc dù tất cả các cảnh báo (nghi ngờ hách dịch, không nghi ngờ) không được báo cáo) mà hướng dẫn sử dụng dịch vụ truyền đạt?

Xem thêm câu trả lời này.

ESD là một trong những vấn đề khó thực hiện chứng minh nó thực sự là nguyên nhân thất bại trong nhiều trường hợp; hiếm khi một thiết bị sẽ được gửi lại cho nhà sản xuất để phân tích lỗi sâu.

Điều đó nói rằng, tôi đã thấy những thất bại của ESD, chủ yếu trong các tình huống khô khan; vì điện áp sự cố của không khí giảm theo độ ẩm, một cuộc đình công nhất định sẽ có khả năng làm hỏng thiết bị thấp hơn và đây là lý do mà độ ẩm tương đối 40% được khuyến nghị là bước giảm thiểu cho sản xuất / làm lại để giảm thiểu các vấn đề về ESD.

Vấn đề lớn nhất là ESD có thể gây ra các hỏng hóc tiềm ẩn do một bộ phận bị hỏng trong quá trình sản xuất, nhưng không đủ để thử nghiệm thất bại. Tuy nhiên, có thể có đủ thiệt hại để gây ra thất bại đầu đời.

Tôi đã thấy nhiều đơn vị được trả lại trong đó kết luận hợp lý duy nhất là thiệt hại về mặt vật lý tại một số điểm.

Một vấn đề khác là kích thước tính năng; khi tôi bắt đầu làm điện tử để kiếm tiền (1970), kích thước tính năng có thể chịu được hầu hết các sự kiện ESD; chúng tôi không có thiết bị phòng thí nghiệm đặc biệt vào thời điểm tôi nhớ lại.

Với kích thước tính năng hiện tại nhỏ hơn ít nhất 100 lần so với những năm đầu thập niên 90, khả năng thiệt hại của ESD tăng lên đáng kể.

Ngay cả các điốt bảo vệ ESD không thực sự rất mạnh; một vài mA thường là đủ để tiêu diệt chúng nhưng sự thất bại thường là một mạch mở và không thể phát hiện được; thiết bị hiện có nguy cơ hư hỏng cao hơn.

Nói tóm lại, ESD có thể và không gây ra lỗi thiết bị, nhưng với tất cả các biến liên quan, chúng tôi chỉ có thể đề phòng dựa trên khả năng lỗi thiết bị.

Tôi bằng tuổi bạn và đang làm việc (dù chỉ mới gần đây) trong lĩnh vực thiết kế điện tử. Tuy nhiên tôi tin rằng tôi không thể cung cấp cho bạn những gì bạn gọi một quasiquantifiable kinh nghiệm chứ không phải chia sẻ một số quan sát và suy luận.

Theo kinh nghiệm của tôi, tôi cũng vậy, chưa bao giờ chứng kiến ​​các thiết bị điện tử bị hư hỏng bởi ESD. Tuy nhiên...

• điều này không nhất thiết có nghĩa là bảo vệ ESD được đánh giá cao . Thực tế là hầu hết các thành phần và thiết bị điện tử được xây dựng với ý định bảo vệ ESD. Họ có thể chống lại ESD ở một mức độ nhất định, điều đó có nghĩa là mức độ trung bình của ESD trong cuộc sống hàng ngày được chăm sóc tốt.

• ESD gây ra một số hình thức hao mòn là có thể hiểu được , tức là điện áp cao trong các cuộc đình công lặp đi lặp lại có thể gây ra thiệt hại vĩnh viễn và lâu dài - tương tự, xả quá nhiều dòng điện qua một diode phá hủy nó, phải không? Tuy nhiên, người ta sẽ phải phân tích các lớp silicon của các con chip bị phân hủy dưới kính hiển vi. Tôi không biết liệu điều đó đã được thực hiện.

• Định lượng ESD là tẻ nhạt vì có rất nhiều tình huống trong đó "mọi thứ" cọ xát lẫn nhau và tạo ra phí tổn chứ đừng nói đến việc có bao nhiêu vật liệu, điều kiện độ ẩm ... Ngành công nghiệp chỉ có thể cung cấp môi trường thử nghiệm được kiểm soát tốt mà ít nhất có thể quan sát và biết điều kiện sống.

Đối với các học sinh của bạn, những người dường như chưa quan sát thấy bất kỳ thiệt hại nào đối với bảng của họ, thận trọng nói rằng không có lý do nào đủ để nghi ngờ không có gì xảy ra - vẫn có thể có những thiệt hại ẩn giấu, nhưng họ không quan sát thấy nếu chúng không được sử dụng chẳng hạn như các bộ phận của phần cứng hoặc nếu bo mạch của chúng đang xuống cấp chậm. Trong trường hợp này chỉ có thời gian sẽ trả lời.

Theo câu trả lời mà bạn liên kết với nó, độ ẩm rõ ràng đóng một vai trò rất lớn trong việc giảm các khoản phí tích lũy, ví dụ. Thông thường là ít nhất sử dụng bảo vệ ESD trong khi mang các thiết bị điện tử trần. Nếu thiệt hại dường như không thể là quy tắc thận trọng có thể quan sát được, vẫn còn.

Về những thiệt hại của ESD, tôi thích video này trình diễn về một youtuber tên Kevin Darrah. Anh ta rất khó để tiêu diệt một ATmega328 chỉ bằng cách chà chân vào thảm và chạm vào một con chip. Nhưng cuối cùng con chip bị phá hủy. Thật thú vị khi các thiệt hại dường như tích lũy đến một điểm mà chip chắc chắn bị chấm dứt.

EDIT : Trong một video khác , anh ta cũng quản lý để phá hủy các bóng bán dẫn MOSFET kênh N thực hiện cùng một bài tập. Ông cũng thể hiện một sự bảo vệ cơ bản và thử nó.

Điều đó, IMHO, là đủ để đối xử nghiêm túc với ESD. Có thể làm một số thí nghiệm với học sinh của bạn?

Đó là một câu hỏi thú vị...

Một số sinh viên tốt nghiệp có thể đã thực hiện một số phân tích thống kê để xác định tỷ lệ thất bại thực tế của thiết bị do phóng tĩnh, mặc dù tôi nghi ngờ những con số đó là chính xác. Phân tích lý do tại sao một thiết bị thất bại hiếm khi được thực hiện ngoại trừ trong trường hợp một thiết bị cụ thể thường không đủ để bảo đảm nghiên cứu, bởi nhà lắp ráp hoặc nhà sản xuất thiết bị. Ngoài ra, trong thực tế, một số lượng lớn các lỗi thiết bị được khắc phục lên tới ESD, đơn giản là vì không có lý do nào khác có thể được tìm thấy. Nếu bạn đã nghiên cứu về cuộc sống thành phần, bạn sẽ biết về bồn tắmđường cong. Rất khó để biết khi nào một thiết bị sẽ không hoạt động cho dù đó là ESD hay chỉ là một bộ phận yếu. Bạn sẽ cần phải mở nó lên và nhìn vào nó dưới kính hiển vi để tìm ra thiệt hại. Ngay cả khi bạn nhìn thấy một số, bạn không bao giờ có thể chắc chắn khi nào hoặc nơi nó thực sự bị hư hại.

Tuy nhiên, đó không phải là vấn đề. Đó là về chi phí.

Chúng tôi biết rằng ESD có thể và sẽ giết chết chất bán dẫn.

số lượng phần cứng bị vứt vào thùng rác của nhà máy do ESD

Trong thực tế, rất ít bảng được đổ rác trong quá trình lắp ráp. Thay vào đó, các nỗ lực được thực hiện để gỡ lỗi và sửa chữa chúng. Điều này thêm một chi phí đáng kể cho toàn bộ quá trình lắp ráp.

Các bộ phận khác có thể bị hư hại nhưng không đủ để thất bại cho đến khi chúng được vận chuyển. Thay thế lĩnh vực là vô cùng tốn kém, cả bằng đô la, và danh tiếng.

Để giảm thiểu những chi phí đó, nên thận trọng làm bất cứ điều gì chúng tôi có thể lên trước để đảm bảo rằng càng ít bảng càng tốt trong phần gỡ lỗi. Điều đó bao gồm đảm bảo tất cả các bộ phận được xử lý thích hợp trong quá trình lắp ráp. Điều đó tất nhiên bao gồm giảm thiểu khả năng thiệt hại do ESD.

Các khoản đầu tư cần thiết để xử lý đúng cách là khá lớn, tuy nhiên, nhìn chung chúng là chi phí một lần, khi được tổng hợp qua nhiều năm lắp ráp, mang lại lợi tức đầu tư đáng kể.

Điều đó cuối cùng có nghĩa là, thực sự không quan trọng là những thất bại thường xuyên như thế nào, một là quá nhiều.

Tôi đã thực hiện khóa đào tạo lý thuyết để trở thành một kỹ sư bảo trì hệ thống điện tử và trong khi tôi không có nhiều kinh nghiệm thực tế, tôi có thể nói điều này:

Đó là một mối đe dọa đủ lớn để các hãng hàng không chấp nhận rủi ro rằng nó có thể khiến máy bay rơi khỏi bầu trời một cách nghiêm trọng. Tôi không chắc có bất kỳ sự cố an toàn thực tế nào đã bị đổ lỗi cho ESD hay không, nhưng các hãng hàng không và cơ quan quản lý hàng không không chấp nhận rủi ro.