Dans l'industrie, on parle de décharge électrostatique (ESD) et le problème est beaucoup plus grave qu'il ne l'a jamais été, bien qu'il soit quelque peu atténué par l'adoption assez récente de politiques et de procédures qui aident à réduire le risque d'endommager le produit.
Quoi qu’il en soit, son impact sur l’industrie électronique est plus important que celui de nombreuses industries. C'est aussi un sujet d'étude très complexe et très complexe, je vais donc aborder quelques points. Si vous êtes intéressé, il existe de nombreuses sources gratuites, matériels et sites Web consacrés à ce sujet. Beaucoup de gens consacrent leur carrière à ce domaine. Les produits endommagés par les décharges électrostatiques ont un impact très réel et très important sur toutes les entreprises du secteur de l’électronique - qu’il s’agisse de fabricant, de concepteur ou de consommateur, et comme beaucoup de choses traitées dans l’industrie, ses coûts nous sont répercutés.
Par l'association ESD:
«L'ère de l'électronique a entraîné de nouveaux problèmes liés à l'électricité statique et aux décharges électrostatiques. Et, à mesure que les appareils électroniques devenaient plus rapides et plus petits, leur sensibilité à l'ESD augmentait. Aujourd'hui, l'ESD a un impact sur la productivité et la fiabilité des produits dans pratiquement tous les aspects de l'environnement électronique actuel. Les experts du secteur ont estimé que les pertes moyennes dues aux produits statiques se situaient dans une fourchette allant jusqu'à 33%. D'autres estiment que le coût réel des dommages causés par les décharges électrostatiques à l'industrie électronique se chiffrerait en milliards de dollars par an. "
Au fur et à mesure que les dispositifs et leurs tailles (de manière approximative, désigne la plus petite taille de composant pouvant être produite par une technologie donnée) deviennent de plus en plus petits, ils deviennent de plus en plus susceptibles d'être endommagés par l'ESD - ce qui est logique après une réflexion. La résistance mécanique des matériaux utilisés dans la construction de l'électronique diminue en général à mesure que leur taille diminue, de même que la capacité des matériaux à résister aux changements rapides de température, appelés habituellement masse thermique - comme dans les objets à l'échelle "macro". Vers 2003, les plus petites tailles d’entités se situaient dans la plage des 180 nm - nous approchons maintenant rapidement de 10 nm.
Un événement ESD qui aurait été inoffensif il y a 20 ans pourrait potentiellement détruire les appareils électroniques modernes. Sur transistors du matériau de grille est très souvent la victime, mais d' autres éléments de transport de courant peut être vaporisé ou fondu, à souder sur les broches d'un circuit intégré (surface techniquement montage équivalent comme un réseau de grille à billes (BGA) sont de nos jours beaucoup plus fréquent) sur un Les PCB peuvent être fondus et le silicium lui-même présente certaines caractéristiques critiques (en particulier sa valeur diélectrique) qui peuvent être modifiées par une chaleur élevée; pris dans son ensemble, il peut changer le circuit de semi-conducteur à toujours conducteur, qui se termine généralement par une étincelle et une mauvaise odeur lorsque la puce est sous tension.
Les tailles de fonctionnalités plus petites sont presque entièrement positives du point de vue de la plupart des métriques - des choses comme les vitesses de fonctionnement / d'horloge qui peuvent être supportées, la consommation d'énergie, et la génération de chaleur (et étroitement couplée), etc., mais la sensibilité aux dommages causés par des quantités négligeables d’énergie augmente également à mesure que la taille de la fonction diminue.
La protection ESD est intégrée à de nombreux composants électroniques actuels, mais si vous avez 500 milliards de transistors dans un circuit intégré, il n’est pas difficile de déterminer quel chemin une décharge statique prendra avec une certitude à 100%.
Le corps humain est parfois modélisé (modèle du corps humain ; HBM) avec une capacité de 100 à 250 picofarads; dans ce modèle, la tension peut atteindre (selon la source) jusqu'à 25 kV (certains ne revendiquent que 3 kV). En utilisant les grands nombres, la personne aurait une «charge» d’énergie d’environ 150 millijoules. Une personne entièrement «chargée» ne le sait généralement pas et se décharge en une fraction de seconde par le premier passage au sol disponible - souvent un dispositif électronique. Notez que ces chiffres supposent que la personne ne porte pas de vêtement capable de supporter des frais supplémentaires, ce qui est normalement le cas.
Il existe différents modèles de calcul du risque ESD et des niveaux d'énergie, ce qui peut être assez déroutant, car ils semblent parfois se contredire. Je ne peux trouver aucune source qui soit plus définitive qu'une autre. Je vais donc simplement vous renvoyer à cette excellente discussion sur de nombreuses normes et modèles.
Indépendamment de la méthode spécifique utilisée pour le calculer, ce n'est pas et ne sonne certainement pas beaucoup d'énergie - mais c'est plus que suffisant pour détruire un transistor moderne. Par contexte, 1 joule d'énergie équivaut - par Wikipedia - à l'énergie nécessaire pour soulever une tomate de taille moyenne (100 g) à 1 mètre de la surface de la Terre.
Il s'agit du «pire» cas d'un événement ESD humain, où l'homme porte la charge et la décharge dans un dispositif sensible. Une tension élevée due à une charge relativement faible se produit lorsque la personne est extrêmement mal reliée à la terre. En réalité, la charge ou la tension n'est pas le facteur déterminant du dommage, mais le courant, ce qui, dans ce contexte, peut être considéré comme une résistance faible du chemin de l'appareil électronique à la terre.
Les personnes travaillant autour de l'électronique sont généralement toujours reliées à la terre, avec des sangles de poignet et / ou des sangles de mise à la terre sur leurs pieds. Ce ne sont pas des courts-circuits à la terre - la résistance est dimensionnée pour éviter que les travailleurs ne soient des paratonnerres (facilement électrocutés) - les serre-poignets sont généralement dans la plage de 1 Mohm, mais cela permet néanmoins de décharger rapidement toute énergie accumulée. Les articles capacitifs et isolants ainsi que tout autre matériau générant ou stockant des charges sont isolés des zones de travail, par exemple du polystyrène, du film à bulles d'air et des gobelets en plastique.
Il existe littéralement d'innombrables autres matériaux et situations pouvant entraîner des dommages ESD (différences de charge relative tant positives que négatives) en un dispositif où le corps humain lui-même ne porte pas la charge «en interne», cela facilite simplement son déplacement - un dessin animé Par exemple, porter un pull en laine et des chaussettes tout en marchant sur un tapis, puis en touchant un objet en métal - crée une quantité d’énergie nettement supérieure à celle que le corps pourrait stocker.
Un dernier point sur le peu d’énergie nécessaire pour endommager l’électronique moderne: une taille de caractéristique de transistor à 10 nm (qui n’est pas encore commune, mais le sera dans les prochaines années) a une épaisseur de grille inférieure à 6 nm - ce qui se rapproche de ce ils appellent une "monocouche" - une seule couche d'atomes.
C’est une zone très compliquée et il est difficile de prévoir le nombre de dommages qu’un événement ESD peut causer à un appareil en raison du grand nombre de variables, notamment la vitesse de décharge (la résistance entre la charge et la terre), le des chemins d'accès à la terre à travers l'appareil, de l'humidité et de la température ambiante, etc. Toutes ces variables peuvent être intégrées à diverses équations qui modélisent les impacts, mais elles ne sont pas encore très précises pour prédire les dégâts réels, mais mieux pour encadrer les dommages "possibles" d'un événement.
Dans de nombreux cas - et ceci est très spécifique à l'industrie (pensez médical ou aérospatial), une défaillance catastrophique induisant une ESD est un résultat bien meilleur qu'un événement d'EDD qui passe inaperçu lors de la fabrication et des tests, mais crée plutôt un défaut très mineur, ou aggrave peut-être légèrement un défaut latent non détecté préexistant, qui dans les deux scénarios peut s'aggraver avec le temps en raison d'événements ESD «mineurs» supplémentaires ou juste d'une utilisation régulière, aboutissant finalement à une défaillance catastrophique et prématurée du dispositif (ou mortalité infantile) dans un délai artificiellement réduit non prévu par les modèles de fiabilité (qui constituent la base des calendriers de maintenance / remplacement). En raison de ce danger, et il est facile de penser à des situations terribles - un microprocesseur de stimulateur cardiaque,
Maintenant, pour un consommateur qui ne travaille pas ou qui ne connaît pas grand-chose en fabrication de produits électroniques, cela peut sembler ne pas être un problème - au moment où la plupart des produits électroniques sont emballés pour la vente, de nombreuses mesures de protection sont en place pour empêcher la plupart des dommages dus aux ESD - les composants sensibles les composants sont physiquement inaccessibles et des chemins plus "pratiques" vers la terre sont disponibles (par exemple, un châssis d’ordinateur est relié au sol - décharger des décharges électrostatiques dans le boîtier ne risque pas d’endommager le processeur à l’intérieur du boîtier, mais utilisera plutôt le chemin à faible résistance vers la terre via l’alimentation et l’alimentation murale) ou bien aucun chemin de transport de courant raisonnable n’est possible - de nombreux téléphones cellulaires ont un extérieur non conducteur et un chemin de terre lorsqu’ils sont chargés.
Pour mémoire, je dois suivre une formation ESD tous les trois mois afin de pouvoir continuer. Mais je pense que cela devrait être suffisant pour répondre à votre question. Je pense que tout est exact, mais je vous conseillerais vivement de le lire directement pour mieux connaître le phénomène si je n'ai pas détruit votre curiosité pour de bon.
Une chose que les gens trouvent contre-intuitive est que les sacs dans lesquels vous voyez souvent des produits électroniques stockés et expédiés - des sacs antistatiques - sont également conducteurs. Anti-statique signifie que le matériau ne collectera aucune charge significative liée à l'interaction avec d'autres matériaux, mais dans le monde de l'ESD, il est tout aussi important que, dans la mesure du possible, tout ait la même référence de tension de masse, de sorte que les surfaces de travail (tapis ESD) ), les sacs et autres matériaux antistatiques sont généralement maintenus attachés à une terre commune (soit simplement en n’ayant pas de matériau isolant entre eux), soit plus explicitement en câblant des chemins de faible résistance à la terre entre tous les établis, les connecteurs pour le poignet des travailleurs bandes, le sol et certains équipements. Il y a des problèmes de sécurité ici - si vous travaillez autour des explosifs et de l'électronique, votre bracelet pourrait être attaché directement à la terre plutôt qu’à une résistance de 1 Mohm. Si vous travaillez à très haute tension, vous ne pourrez pas vous mettre à la terre du tout.
Une autre citation sur les coûts des décharges électrostatiques de Cisco - qui pourrait même être un peu conservatrice, dans la mesure où les dommages collatéraux causés par les défaillances sur le terrain de Cisco n'entraînent généralement pas de pertes de vies humaines, ce qui peut multiplier par 100 le nombre d'appels en ordre:
Il est étonnant de constater les coûts associés aux composants endommagés par les décharges électrostatiques. Les coûts liés à la défaillance dépendent du moment où le dommage a été découvert. On estime que si le dommage est constaté:
- Lors du montage, le coût est 1 fois supérieur aux coûts de montage et de main-d'œuvre.
- Pendant l’essai, le coût est 10 fois supérieur au coût de montage et de main d’œuvre.
- Sur le site du client, le coût est 100 fois supérieur au coût d’assemblage et de main d’œuvre.