Wie groß ist die Bedrohung durch BNE, quantifizierbar? [geschlossen]

Wie groß ist die Bedrohung durch elektrostatische Entladung für typische integrierte Schaltkreise?

MEINUNGEN GEGEN ERFAHRUNG

Ich bin nicht besonders auf der Suche nach Meinungen (in der Tat sind nicht informierte Meinungen zu diesem Thema leicht zu finden), sondern nach quantifizierbaren oder quasiquantifizierbaren Erfahrungen mit der tatsächlichen Zerstörung von Hardware. (Wenn Sie beispielsweise in einem Elektronikmontagewerk arbeiten und mit der Menge an Hardware vertraut sind, die aufgrund von ESD-Ereignissen in den Papierkorb des Werks geworfen wird, verfügen Sie über legitime, quasiquantifizierbare Erfahrungen. Wenn Sie jedoch nur die Fülle von gelesen haben Servicehandbücher, die vor ESD warnen, dann haben Sie möglicherweise nur eine Meinung.)

HINTERGRUND

Ich frage, weil (a) ich einen Master-Abschluss in Elektrotechnik habe, (b) der Schwerpunkt meines Master-Studiums in Elektromagnetik lag, (c) ich jedoch nicht professionell in den Bereichen Elektromagnetik oder Elektronik arbeite , (d) ich habe Ich war beim Zerlegen der Elektronik zu Hause nicht immer sehr vorsichtig, und (e) außer aufgrund von Blitzen habe ich noch nie die Zerstörung der Elektronik durch ESD gesehen. Ich habe leider wiederholt die Zerstörung der Elektronik durch versehentliches Anschließen unter Strom an falsche Impedanzen gesehen, aber niemals durch ESD.

Ich bin 49 Jahre alt und habe, vielleicht wie Sie, zu Hause seit meinem 13. Lebensjahr Elektronik zerlegt. Ich bin nicht immer nachlässig (dies hängt vom Wert der Elektronik ab, mit der ich umgehe, wie viel Zeit ich habe usw.) und Ich besitze zwar ein ESD-Armband, bin aber seit so vielen Jahren ohne offensichtliche Konsequenzen nachlässig genug, dass ich merke, dass meine eigene Erfahrung den herkömmlichen Warnungen zu widersprechen scheint . Was ist los?

Einige der Warnungen besagen kürzlich, dass ESD die Elektronik "verschlechtert". Aber wirklich? Quantifizierbar, wie viel?

Ich frage auch, weil ich in Teilzeit Ingenieurkurse an einem staatlichen College unterrichte, die EE-Studenten dort alle FPGA-Prototyp-Boards haben und einige der Studenten die Boards einfach in ihre Rucksäcke werfen. Ich habe noch keinen dieser Studenten gehört, der um den Verlust seines FPGA durch ESD trauert - obwohl ich zugegebenermaßen selbst keinen der Kurse unterrichtet habe, in denen die FPGAs verwendet werden.

BEMERKUNGEN

Gibt es also quantifizierbare oder quasiquantifizierbare Erfahrungen damit? Oder ist ESD trotz aller (verdächtig herrisch, verdächtig nicht detailliert) Warnungen, die in den Servicehandbüchern enthalten sind, nicht quantifizierbar eine große Bedrohung?

Siehe auch diese Antwort.

ESD ist eines dieser Probleme, bei denen es schwierig ist zu beweisen, dass es bei vielen Gelegenheiten tatsächlich die Ursache für ein Versagen ist. In seltenen Fällen wird ein Gerät zur eingehenden Fehleranalyse an einen Hersteller zurückgeschickt.

Trotzdem habe ich ESD-Fehler gesehen, hauptsächlich in trockenen Situationen. Da die Durchschlagspannung der Luft mit der Luftfeuchtigkeit abnimmt, besteht bei einem bestimmten Schlag eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät beschädigt wird. Aus diesem Grund wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 40% als mildernder Schritt für die Herstellung / Nacharbeit empfohlen, um ESD-Probleme zu minimieren.

Das größte Problem ist, dass ESD latente Fehler verursachen kann, weil ein Teil während der Herstellung beschädigt wird, aber nicht schlimm genug, um die Tests nicht zu bestehen. Es kann jedoch genug Schaden geben, um ein frühzeitiges Versagen zu verursachen.

Ich habe viele zurückgegebene Einheiten gesehen, bei denen die einzige logische Schlussfolgerung irgendwann der ESD-Schaden war.

Ein weiteres Problem sind die Feature-Größen. Als ich anfing, Elektronik für Geld zu machen (1970), konnten die Funktionsgrößen den meisten ESD-Ereignissen standhalten. Soweit ich mich erinnere, hatten wir zu diesem Zeitpunkt keine speziellen Laborgeräte.

Mit aktuellen Feature-Größen, die mindestens 100-mal kleiner als Anfang der 90er Jahre sind, steigt die Wahrscheinlichkeit von ESD-Schäden dramatisch an.

Selbst ESD-Schutzdioden sind nicht wirklich sehr stark; Ein paar mA reichen normalerweise aus, um sie zu zerstören, aber der Fehler ist oft ein offener Stromkreis und nicht nachweisbar. Das Gerät ist jetzt einem höheren Beschädigungsrisiko ausgesetzt.

Kurz gesagt, ESD kann und kann zu Geräteausfällen führen. Bei allen beteiligten Variablen können wir jedoch nur Vorsichtsmaßnahmen treffen, die auf der Möglichkeit eines Geräteausfalls beruhen.

Ich bin in deinem Alter und arbeite (wenn auch erst vor kurzem) auf dem Gebiet des Elektronikdesigns. Ich glaube jedoch, ich kann Ihnen nicht das geben, was Sie als quasiquantifizierbare Erfahrung bezeichnen, anstatt einige Beobachtungen und Überlegungen auszutauschen .

Nach meiner Erfahrung habe ich auch nie gesehen, dass elektronische Geräte durch ESD beschädigt wurden. Jedoch...

• Dies bedeutet nicht unbedingt, dass der ESD-Schutz überbewertet ist . Tatsache ist, dass die meisten elektronischen Komponenten und Geräte unter Berücksichtigung des ESD-Schutzes gebaut wurden. Sie können ESD bis zu einem bestimmten Grad widerstehen, was bedeutet, dass das durchschnittliche ESD-Niveau im täglichen Leben gut gepflegt ist.

• Es ist denkbar , dass ESD eine Form von Verschleiß verursacht , dh hohe Spannungen bei wiederholten Schlägen können auf lange Sicht sehr gut und nach und nach bleibende Schäden verursachen - in ähnlicher Weise wird sie durch zu viel Strom durch eine Diode zerstört, oder? Man müsste jedoch die Siliziumschichten entkapselter Chips unter einem Mikroskop analysieren. Ich habe keine Ahnung, ob das getan wurde.

• Die Quantifizierung von ESD ist mühsam, da es so viele Umstände gibt, unter denen "Dinge" aneinander reiben und Ladungen aufbauen, geschweige denn wie viele Materialien, Feuchtigkeitsbedingungen ... Die Industrie kann nur eine gut kontrollierte Testumgebung bereitstellen, die zumindest den beobachteten und bekannten entspricht Lebensbedingungen.

Bei Ihren Schülern, die anscheinend noch keine Schäden an ihren Brettern festgestellt haben, ist Vorsicht geboten, dass dies kein Grund genug ist, zu vermuten, dass nichts passiert ist. Möglicherweise lauern noch Schäden, aber sie werden nicht beobachtet, wenn sie nicht verwendet werden Teile ihrer Hardware oder wenn sich ihre Platinen zum Beispiel langsam verschlechtern. In diesem Fall wird nur die Zeit zeigen.

Aus der Antwort, die Sie damit verknüpft haben, geht hervor, dass die Luftfeuchtigkeit zum Beispiel eine große Rolle bei der Reduzierung der angesammelten Ladungen spielt. Der gesunde Menschenverstand besteht darin, zumindest den ESD-Schutz beim Tragen von bloßen Elektronikgeräten zu verwenden. Wenn Schäden keine beobachtbaren Vorsichtsregeln zu sein scheinen .

Was die Schäden durch ESD betrifft, mag ich diese Videodemonstration eines jungen Mannes namens Kevin Darrah. Es gelingt ihm schwer, einen ATmega328 zu zerstören, indem er einfach seine Füße gegen den Teppich reibt und einen Stift des Chips berührt. Aber der Chip wird zerstört. Es ist interessant, wie sich Schäden bis zu einem Punkt ansammeln, an dem der Chip definitiv beendet ist.

EDIT : In einem anderen Video schafft er es auch, N-Kanal-MOSFET-Transistoren zu zerstören, indem er die gleiche Übung macht. Er demonstriert auch einen grundlegenden Schutz und versucht es.

Das reicht meiner Meinung nach aus, um ESD ernsthaft zu behandeln. Vielleicht ein paar Experimente mit deinen Schülern machen?

Das ist eine interessante Frage ...

Einige Studenten haben möglicherweise statistische Analysen durchgeführt, um die tatsächlichen Ausfallraten von Geräten aufgrund statischer Entladung zu ermitteln, obwohl ich bezweifle, dass diese Zahlen korrekt sind. Die Analyse, warum ein Gerät ausgefallen ist, wird nur selten durchgeführt, außer in Fällen, in denen ein bestimmtes Gerät häufig genug ausfällt, um die Studie entweder vom Monteur oder vom Gerätehersteller zu rechtfertigen. In der Realität wird eine hohe Anzahl von Gerätefehlern auf ESD zurückgeführt, einfach weil kein anderer Grund gefunden werden kann. Wenn Sie die Lebensdauer der Komponenten untersucht haben, kennen Sie die BadewanneKurve. Es ist so gut wie unmöglich zu sagen, wann ein Gerät nicht funktioniert, ob es sich um eine elektrostatische Entladung oder nur um einen schwachen Teil handelt. Sie müssten es öffnen und unter einem Mikroskop auf ESD-Schäden untersuchen. Selbst wenn Sie welche gesehen haben, können Sie nie sicher sein, wann oder wo sie tatsächlich beschädigt wurden.

Das ist jedoch nicht der Punkt. Es geht um Kosten.

Wir wissen, dass ESD Halbleiter töten kann und wird.

Die Menge an Hardware, die aufgrund von ESD in den Papierkorb der Anlage geworfen wird

In der Realität werden bei der Montage nur sehr wenige Bretter weggeworfen. Stattdessen wird versucht, sie zu debuggen und zu reparieren. Dies erhöht den gesamten Montageprozess erheblich.

Weitere Teile können beschädigt werden, reichen jedoch erst nach dem Versand aus. Der Austausch vor Ort ist sowohl in US-Dollar als auch in Bezug auf den Ruf äußerst kostspielig.

Um diese Kosten zu minimieren, ist es ratsam, alles zu tun, um sicherzustellen, dass so wenige Boards wie möglich im Debug-Bereich landen. Dazu gehört, dass alle Teile während des Montageprozesses ordnungsgemäß behandelt werden. Dazu gehört natürlich auch die Minimierung der Möglichkeit von Schäden durch ESD.

Die für den ordnungsgemäßen Umgang mit BNE erforderlichen Investitionen sind recht hoch. Es handelt sich jedoch im Allgemeinen um einmalige Kosten, die zusammengenommen über Jahre der Montage einen erheblichen Return on Investment ergeben.

Das bedeutet letztendlich, dass es wirklich egal ist, wie häufig die Fehler gewesen wären, man ist zu viele.

Ich habe die theoretische Ausbildung zum Avionik-Wartungsingenieur absolviert, und obwohl ich nicht viel praktische Erfahrung habe, kann ich Folgendes sagen:

Es ist eine ausreichend große Bedrohung, dass Fluggesellschaften das Risiko eingehen, dass ein Flugzeug ernsthaft vom Himmel fällt. Ich bin mir nicht sicher, ob es tatsächlich Sicherheitsvorfälle gegeben hat, die auf BNE zurückzuführen sind, aber die Fluggesellschaften und Luftfahrtaufsichtsbehörden gehen kein Risiko ein.