2 Användarens roll
2.1 Hur undviker jag ESD?
Minns återigen att ESD uppstår när två kroppar med olika elektrisk potential laddas ur gentemot varandra. Det finns ingen potential som på egen hand är mer "absolut noll" än någon annan, men däremot kan man i varje omgivning definiera en referenspotential, som vanligen kallas jord. Om man ser till att alla komponenter antar denna referenspotential så har vi eliminerat alla potentialskillnader, och ESD kan inte uppstå.
I fallet med att montera datorkomponenter i ett chassi så antas generellt datorchassits potential som referenspotential, dvs vi benämner den "jord" i sammanhanget. Notera att detta inte måste vara samma "jord" som den i ditt vägguttag, eller den i marken, eller den i din grannes bil, även om de råkar sammanfalla om de är anslutna till varandra med en elektrisk ledare.
Hur får du samma potential som ditt chassi? Jo, exempelvis genom att ansluta en ledare mellan dig och ditt chassi med ett anti-ESD-armband. Då har du säkerställt att det inte kommer kunna ske några urladdningar er emellan, eftersom ni har antagit samma elektriska potential.
Hur får din komponent (exempelvis ditt nya grafikkort som ska installeras) samma potential som dig och ditt chassi (ni är ju sammanbundna nu)? Den där påsen med svarta ränder som kortet levererades i är fiffig: den sprider dels ut laddningen jämnt, men den ser också till att laddningsutjämning gentemot innehållet sker kontrollerat (se 1.5 Vad gör man för att förebygga statisk elektricitet?). Genom att du helt enkelt tar i påsen (eller lägger den på din arbetsyta i fallet med en anti-ESD-matta) så börjar utjämningsprocessen, och när du sedermera tar ut kortet så har ni redan acklimatiserats till samma nivå.
Nu har du vidtagit rekommenderade åtgärder för att som hemanvändare undvika ESD-skador på ditt nya grafikkort.
Om komponenten inte ligger i en ändamålsenlig påse och är utanför en ESD-kontrollerad omgivning så har den redan behandlats inkorrekt och utsatts för ESD-risk. För en hemanvändare så är det vanligen inte rimligt att kasta ett grafikkort bara för att man missat lite i proceduren (hos en tillverkare är det dock troligen vad praxis förordar). I vilket fall, så introducera den så "snällt" som möjligt till den ESD-kontrollerade omgivningen genom att låta eventuell urladdning ske mot en relativt okänslig del, exempelvis fästplåten för PCI-kort eller "död" kretskortsyta för en minnesmodul.
2.2 Vad är ett anti-ESD-armband?
Ett anti-ESD-armband består vanligen av en elastisk ögla av tyg med invävda elektriska ledare att fästa som ett armband, som i sin tur är förbundet med en ledare till en naken metallklämma via ett motstånd på cirka en megaohm (1 MΩ) [ESDA:EOSESD, ESDP:WS].
Din kropp är i sig en i sammanhanget god ledare i och med att människan till största del består av vatten med lösta salter [ABB:EHaz]. Genom att förbinda din ena handled med systemets jord så får därmed hela din kropp samma potential.
Motståndet är en säkerhetsdetalj [ESDS:R, ESDS:HV, ESDP:Safety]. Ifall du av någon anledning (inkorrekt handhavande eller elektronikfel) kommer åt en strömförande del så att vägguttagets ström vill vandra genom din kropp och ut genom ditt armband så kommer strömmen begränsas. Ohms lag som approximativt gäller här säger att strömmen är lika med spänningen delat med resistansen [HP:ACOhm], vilket i fallet med vägguttagets 230 V (RMS) och en resistor på 1 MΩ ger en ström på 0,23 mA, vilket möjligen är nog för att kännas, men inte direkt dödligt. Ifall man jobbar i system med högre grundspänningar så används större motstånd (cirka +0,75 MΩ / 250 V).
Denna paragraf berör en teknisk detalj som inte är så viktig och kan hoppas över, men det sägs ibland att anledningen till resistorn är att låta laddningsutjämning ske långsamt mot jord för att undvika våldsam ESD mot komponenter användaren rör. Tyvärr så ger armbandet ingen sådan garant mot att skada en komponent. Modellen där människan är en "perfekt ledare" är inte korrekt i alla domäner — ska vi modelleras elektriskt så har vi snarare både en resistans (O(1 kΩ)) och en kapacitans (O(100 pF)) på egen hand [JS-001-2012, MIL-STD-883H], och även om armbandets motstånd har som konsekvens [HP:CD] att kroppen kommer laddas ur långsammare mot jord, så kommer en komponent med hög potentialskillnad gentemot kroppen elektriskt inte ens "veta om" denna jordkoppling när den initialt laddas ur mot användaren. Den primära funktionen för motståndet är personsäkerhet, vilket är anledningen till att det är inskrivet i standarder för säker ESD-hantering. Om man tar direkt i en ESD-känslig komponent innan man låtit den elektriskt acklimatiseras till arbetsplatsens potential så har man gjort fel™ [AAPL].
2.3 Var sätter jag mitt anti-ESD-armband?
Den enklaste skolan med fullgott resultat är att fästa armbandets klämma i en ledande del på chassit [IBM:Attach, JS:SC]. Vad är en "ledande del"? Vilken intern metalldetalj som helst bör duga. Undvik att sätta den i plastdetaljer, och undvik om möjligt att sätta den i lackerade delar, då lacken i vissa fall kan vara isolerande.
Om det inte finns några olackerade delar så kan antingen skapa en genom att skrapa bort lite färg eller välja någon som verkar "bra nog".
Har man ett trächassi eller något annat liknande exotiskt så är risken stor att man har ett chassi som inte uppfyller branschens ESD- eller RF-specifikationer överhuvudtaget, och man bör kanske sluta köpa sina datordelar på "Galne Gunnar" (daterad referens).
2.4 Någon sa att jag skulle ta i elementet…
Det ska du inte. Det hjälper varken nämnvärt eller generellt. Det bygger på ett missförstånd av terminologi och koncept, där man tror att "jord" är ett allmänt och absolut begrepp, men vi lärde oss i 2.1 Hur undviker jag ESD? att så inte är fallet.
Ett elements potential kan vara densamma som potentialen i ditt vägguttag, då element åtminstone förr var förbundna med kopparrör till markens potential, vilken även användes som referens för eluttagen. Dels är idag plaströr vanliga (även om vattnet inne i rören fortfarande är ledande), men diskussioner om detaljer på temat är likväl inte relevanta: du söker inte att ha samma potential som marken eller något annat, utan som chassit.
Glöm elementet i sammanhanget: det har ingen roll utöver att förvirra.
2.5 Någon sa att jag skulle koppla mig till vägguttagets jordpinne…
Kort sagt: gör inte det. Koppla dig till chassit. Längre resonemang följer.
I större anläggningar för tillverkning av elektronik så vill man inte bara att varje arbetsplats internt ska ha samma potential, utan det är även fördelaktigt om alla arbetsplatser har samma potential, och gärna hela anläggningen. Det gör att arbetare enklare kan gå mellan arbetsplatser och flytta verktyg och delar utan att behöva likställa potentialer vid varje nytt stopp. Därför kopplar man alla platser till samma referens; samma "jord".
En definierande egenskap hos något man kallar "jord" är att den inte ska ändra sin potential nämnvärt även om den får ett tillskott av laddning (den så kallade "piss i Mississippi"-effekten). I sanning så är eluttagets jordpinne som vanligen förr eller senare är kopplad till marken exemplarisk i detta hänseende, så tanken om "jordpinnen" är ur rent ESD-perspektiv inte alls dum, men för ett hemmabygge så duger ett chassis metallkropp väl, och då vi dessutom hela tiden är anslutna via vårt armband så vore en "vandrande jord" inget egentligt problem ur ESD-synpunkt (hade man inte kunnat använda en vandrande jord för att undvika ESD så hade alla flygplan med elektronik i behövt ha en ständig sladd ner till marken…).
Om man kopplar sig till en fungerande jordfelsbrytare, vilket man mycket möjligen gör genom att ansluta systemet till jordpinnen, så får man också en extra livlina ifall man kommer åt delar som är strömförande via elnätet. Dock: om man i stället ser till att inte låta delar vara anslutna till väggen överhuvudtaget när man arbetar så har man i praktiken tagit bort risken att bli en del av elnätet i vilket fall, så jordfelsbrytarens funktion blir i fallet med datorinstallation inte relevant.
Då kan man argumentera för att det finns fördelar, även om de inte är stora, men vad finns det för nackdelar? En negativ egenskap av att ansluta sig till vägguttagets jord är felrisken. Dels kan man rent ut sagt koppla fel, dels kan installationen vara dåligt gjord (är du säker på att dina vägguttag är korrekt jordade?). Även om sannolikheten för detta kan bedömas vara låg så kan konsekvenserna vara ödesdigra, och även om du aldrig skulle ta fel på pinnarna i uttaget eller koppla in dig i ett system som du inte mätt och är säker på så skulle jag dra mig för att ge detta som tips till "gemene man" med varierande nivå av erfarenhet och kunskap.
Ett annat sätt att sammanbinda systemet med vägguttagets jord är att låta sladden till nätaggregatet sitta i under monteringen. Detta ska ej heller utgöra någon fara om alla komponenter fungerar som de ska, men man kan argumentera för att anledningen till att man pillar med elektroniken ofta är just för att den inte fungerar som den ska. En apparat som överbelastats skulle kunna ha kortslutit jord och strömförande ledning, varpå det vore ytterst dåligt att förbinda arbetsplatsen med denna. Just när man ska installera en ny komponent i en dator finns det måhända ingen anledning att anta att nätaggregatet skulle vara defekt, men dels finns det som sagt i sammanhanget väldigt lite att vinna, och dels är det en usel ovana som kan ha fatala konsekvenser att vänja sig vid att pilla med skarpt ansluten elektronik. Även om dess strömbrytare är avstängd så förlitar man sin hälsa till en komponent som kostat några kronor från den billigaste leverantör som gick att hitta.
Känner man sig välinformerad om och säker på ovanstående punkter så är det givetvis fortfarande ett fritt val att använda eluttagets jord på olika sätt; i detta fallet enklast genom att låta nätaggregatet vara anslutet, men avstängt med dess strömbrytare. Är man det minsta osäker, eller om man övertygats om att det ändå inte gör saker bättre, så kan man med gott samvete dra ur alla sladdar och hålla sig på behörigt avstånd från elnätet innan man pillar. Själv låter jag inte sladden sitta i, och jag rekommenderar detta även åt andra.
Notera återigen skillnaden mellan en större professionell anläggning och en enstaka arbetsbänk i hemmet. Dessa omgivningar ställer olika krav på ESD-skydd, och man kan därför hitta till synes motsägelsefulla tips om man lyssnar på vad en stor elektronikproducent rekommenderar i sina skyddsprocesser jämfört med tips riktade mot en hemanvändare.
2.6 Jag behöver inte bry mig, för jag har köpt ESD-säkra verktyg!
Jag vet inte vad försäljaren sa till dig, men inget verktyg är på egen hand "ESD-säkert" [D:ESD2].
En karakteristik hos verktyg märkta som ESD-säkra är att de inte innehåller icke-ledande (elektriskt isolerande) delar. Problemet med sådana isolerande delar är att de inte går att effektivt jorda till omgivningen, så när de väl antagit en potentialskillnad så bibehåller de mer eller mindre denna, även om de ligger på en anti-ESD-matta eller hålls i din hand. En sådan laddningsobalans i ett verktyg kan inducera potentialskillnader i komponenter, varpå vi har återinfört hela problemet med ESD-risk i vårt system.
ESD-godkända verktyg består i stället av elektriskt ledande material, vilket gör att de vid korrekt handhavande antar arbetsytans bestämda referenspotential. Däremot så kan en fristående ledare som inte är ansluten till systemet mycket väl i sig hålla en laddning, som sedan kan laddas ur när den kommer nära kontakt med en komponent. Tänk tillbaka till dörrhandtaget: det kan vara gjort av metall och vara en ledare, mänskliga kroppen med svett och allt är en ledare, men ändå kan det ske en urladdning däremellan om de har en potentialskillnad.
2.7 Jag behöver inte bry mig, för det står på kartongen att mitt moderkort är "ESD-skyddat"!
Vissa moderkort har PR-texter som pratar om "ESD-skydd" i olika former (Asus ESD Guards, Gigabyte ESD Protection). Den märkningen kan (möjligen medvetet) vara förvirrande och har inget med ESD i samband med montering att göra.
Märkningen betyder i dessa fall att korten använder extra ESD-skydd mellan externa anslutningar och sydbryggan för att skydda mot att ESD vid anslutning av exempelvis USB-enheter direkt eller med tiden ska nöta ner bryggans elektriska egenskaper. Att ESD kan skada chip på detta sätt är ingen hemlighet för elektronikingenjörer, så givetvis är även moderkort utan en sådan märkning designade för att överleva "rimliga" sådana oundvikliga urladdningar. Gällande huruvida de "extra skydd" som annonseras i praktiken gör någon skillnad eller ej under ett moderkorts livstid finns det mig veterligen ingen tillgänglig sammanställd statistik.
I vilket fall så handlar det om en helt annan sak än de åtgärder en användare bör ta vid montering av komponenter.
2.8 Jag köpte ett trådlöst anti-ESD-armband så att jag slipper ha kontakt med chassit — praktiskt!
Trådlösa anti-ESD-armband är humbug och trams [ESDA:EOSESD, ESDA:WWS, ESDJ:WWS, ESDS:WWS, MI:WWS]. Köp ett riktigt i stället — det är inte dyrare, och det fungerar.
2.9 Finns det alternativ till anti-ESD-armband?
Ett anti-ESD-armband är egentligen bara "första steget" i skyddsprocessen [ESDA:3]. Med tanke på inköpskostnad och skaderisk så brukar det anses på egen hand vara en rimlig nivå att lägga sig på om det bara handlar om enstaka system för hobbybruk.
Nästa steg för en hemanvändare skulle vara att köpa en antistatisk arbetsmatta på vilken man ställer sitt chassi, lägger sina komponenter och allmänt arbetar på. Man ansluter sig då till en gemensam jordpunkt med denna matta vilket i sin tur sköter potentialutjämningen mot alla delar. En ny komponent som introduceras i omgivningen läggs fortfarande i sin antistatiska påse på mattan och kan efter en kort tid (troligen inte mer än några sekunder) tas ur och börja monteras.
Om armbandet hindrar arbetet så kan man använda likvärdiga snören kring fotleden. I större elektronikanläggningar kan golvet i sig vara ledande och anslutet till den gemensamma jorden, varpå arbetarna kan använda skor med en ledare på undersidan förbunden med exempelvis ankeln.
2.10 Var detta allt som finns att säga om ESD?
Gudars nej. Detta var en rätt praktiskt inriktad text gällande vad en hemanvändare bör tänka på under just installation av datorkomponenter. Det är främst tänkt att kunna vara en "standardlänk" när användare frågar om element, var armbandet ska sitta, huruvida ESD är en "myt", etc. Texten gör inga anspråk på och har ingen ambition att ersätta faktiska utbildningar gällande vare sig elektromagnetiska fält, elektriska nät, ESD-skydd, eller andra spännande (aha!) områden.
