Ar „Static Electricity Damage“ vis dar yra didelė problema su elektronika?
Visi mes girdėjome įspėjimus, kad įsitikintume, jog dirbdami su mūsų elektroniniais prietaisais yra tinkamai įžeminti, tačiau technologijų pažanga sumažino statinės elektros žalos problemą arba ar ji vis dar yra tokia pat paplitusi kaip anksčiau? Šiandienos „SuperUser“ Q&A pranešimas turi išsamų atsakymą į įdomų skaitytojo klausimą.
Šiandienos „Klausimų ir atsakymų“ sesija mums suteikiama pagal „SuperUser“ - „Stack Exchange“ padalinį, bendruomenės sukurtą „Q&A“ svetainių grupavimą.
Nuotrauka Jared Tarbell (Flickr).
Klausimas
„SuperUser“ skaitytuvas „Ricku“ nori sužinoti, ar statinė elektros žala vis dar yra didelė elektronikos problema:
Girdėjau, kad prieš kelis dešimtmečius statinė elektra buvo didelė problema. Ar dabar ji vis dar yra didelė problema? Manau, kad žmogui retai „kepti“ kompiuterio komponentą.
Ar statinė elektros energija dar labai pakenkė elektronikai dabar?
Atsakymas
„SuperUser“ dalyvis „Argonautai“ turi atsakymą:
Pramonėje ji vadinama elektrostatiniu išleidimu (angl. Electro-Static Discharge, ESD) ir dabar yra daug daugiau problemų nei kada nors buvo; nors ją šiek tiek sušvelnino gana neseniai paplitęs politikos ir procedūrų, padedančių sumažinti ESD žalos gaminiams tikimybę, priėmimas. Nepaisant to, jo poveikis elektronikos pramonei yra didesnis nei daugelis kitų pramonės šakų.
Tai taip pat yra didžiulė studijų tema ir labai sudėtinga, todėl tiesiog paliesiu keletą klausimų. Jei jus domina, yra daug nemokamų šaltinių, medžiagų ir svetainių, skirtų temai. Daugelis žmonių savo karjerą skiria šiai sričiai. ESD pažeisti produktai turi labai didelį poveikį visoms elektronikos srityje veikiančioms įmonėms, nesvarbu, ar tai yra gamintojas, dizaineris, ar „vartotojas“, ir kaip ir daugelis kitų pramonės šakoje aptariamų dalykų, jos išlaidos perduodamos mus.
Iš ESD asociacijos:
Kadangi prietaisai ir jų savybių dydis nuolat mažėja, jie tampa jautresni ESD sugadinimui, kuris yra prasmingas po šiek tiek minties. Elektronikos statybai naudojamų medžiagų mechaninis stiprumas paprastai mažėja, nes jų dydis mažėja, taip pat medžiagos gebėjimas atsispirti spartiems temperatūros pokyčiams, paprastai vadinamiems termine mase (kaip ir makroekonominiuose objektuose). Maždaug po 2003 m. Mažiausi bruožų dydžiai buvo 180 nm diapazone ir dabar greitai artėjame prie 10 nm.
ESD įvykis, kuris prieš 20 metų būtų buvęs nekenksmingas, galbūt galėtų sunaikinti modernią elektroniką. Transistoriuose vartai dažnai yra auka, bet kiti srovės elementai taip pat gali būti išgarinami arba lydomi. IC lizdų lydmetalis (paviršiaus montavimo ekvivalentas, pvz., „Ball Grid Array“ yra daug dažniau naudojamas šiose dienose) ant PCB gali būti ištirpintas, o pats silicis turi keletą svarbių savybių (ypač jos dielektrinės vertės), kurią galima keisti didele šiluma . Apskritai jis gali pakeisti grandinę nuo puslaidininkio iki visada laidininko, kuris paprastai baigiasi kibirkščiu ir blogu kvapu, kai lustas įjungiamas.
Mažesni savybių dydžiai yra beveik visiškai teigiami iš daugelio metrikų perspektyvų; tokie dalykai kaip veikimo / laikrodžio greičiai, kuriuos galima palaikyti, energijos suvartojimas, glaudžiai susieta šilumos gamyba ir tt, tačiau jautrumas žalai, kurią vertėtų laikyti nereikšmingu energijos kiekiu, taip pat labai padidėtų, kai funkcija sumažėja.
ESD apsauga šiandien yra integruota į daugelį elektronikos elementų, tačiau, jei integruotame grandyje yra 500 milijardų tranzistorių, tai nėra problema, dėl kurios galima nustatyti, kokiu keliu statinis iškrovimas užtruks su 100 proc..
Žmogaus kūnas kartais yra modeliuojamas (žmogaus kūno modelis; HBM), turintis nuo 100 iki 250 picofaradų talpos. Šiame modelyje įtampa gali siekti 25 kV (priklausomai nuo šaltinio) (nors kai kurie teigia tik 3 kV). Naudodamasis didesniu skaičiumi, žmogus turėtų energijos „įkrovą“ apie 150 milijonų. Visiškai „apmokestintas“ asmuo paprastai apie tai nežino ir jis per pirmą sekundę, dažnai elektroninį įrenginį, iškraunamas per sekundę..
Atkreipkite dėmesį, kad šie skaičiai leidžia manyti, kad asmuo neturi dėvėti drabužių, galinčių turėti papildomą mokestį, kuris paprastai būna. Yra skirtingi ESD rizikos ir energijos lygių skaičiavimo modeliai, kurie labai greitai tampa painūs, nes kai kuriais atvejais atrodo, kad jie prieštarauja vienas kitam. Čia yra nuoroda į puikią diskusiją apie daugelį standartų ir modelių.
Nepriklausomai nuo konkretaus metodo, naudojamo jį apskaičiuoti, tai nėra, ir neabejotinai skamba kaip daug energijos, bet tai yra daugiau nei pakankamai, kad sunaikintų šiuolaikinį tranzistorių. Kalbant apie kontekstą, viena džaulė energijos yra lygiavertė (pagal Vikipediją) iki energijos, reikalingos vidutinio dydžio pomidorui (100 gramų) vieno metro vertikaliai nuo Žemės paviršiaus pakelti.
Tai patenka į „blogiausio scenarijaus“ žmogaus tik ESD įvykio pusę, kur žmogus atlieka mokestį ir išleidžia jį į imlią prietaisą. Įtampa, kuri yra didelė iš palyginti mažo įkrovimo kiekio, atsiranda, kai asmuo yra labai prastai įžemintas. Svarbiausias veiksnys, ką ir kiek sugadina, yra ne faktiškai mokestis ar įtampa, bet srovė, kuri šiame kontekste gali būti laikoma kaip mažas elektroninio įrenginio kelio pasipriešinimas žemei yra.
Žmonės, dirbantys aplink elektroniką, dažniausiai įžeminami riešo diržais ir (arba) įžeminimo diržais ant kojų. Jie nėra „šortai“ įžeminimui; pasipriešinimas yra tokio dydžio, kad darbininkai negalėtų tarnauti kaip žaibo strypai (lengvai įsijungia). Riešo juostos paprastai yra 1M Ohm diapazone, tačiau vis dar leidžia greitai iškrauti bet kurią sukauptą energiją. Kapaciniai ir izoliuoti daiktai kartu su kitomis įkrovimo ar saugojimo medžiagomis yra izoliuoti nuo darbo vietų, pvz., Polistireno, burbuliukų ir plastikinių puodelių.
Yra daugybė kitų medžiagų ir situacijų, galinčių sukelti ESD žalą (nuo teigiamų ir neigiamų santykinių įkrovos skirtumų) iki prietaiso, kuriame pats žmogaus kūnas negauna įkrovos „viduje“, bet tik palengvina jo judėjimą. Karikatūrų lygio pavyzdys būtų dėvėti vilnonį džemperį ir kojines vaikščiojant per kilimą, po to pakeldamas arba palietęs metalinį daiktą. Tai sukuria žymiai didesnį energijos kiekį, nei pati įstaiga galėtų saugoti.
Paskutinis taškas apie tai, kiek mažai energijos reikia šiuolaikinei elektronikai pažeisti. 10 nm tranzistorius (dar nėra įprastas, bet per ateinančius kelerius metus) yra mažesnis nei 6 nm, o tai artėja prie to, ką jie vadina vieno sluoksniu (vienu atomų sluoksniu).
Tai labai sudėtingas dalykas, o sunku prognozuoti dėl ESD įvykio padarytos žalos sumos dėl didelio kintamųjų skaičiaus, įskaitant išsikrovimo greitį (kiek pasipriešinimo tarp įkrovos ir žemės) , kelio į žemę per prietaisą, drėgmės ir aplinkos temperatūrų skaičių ir daug daugiau. Visi šie kintamieji gali būti prijungti prie įvairių lygčių, galinčių modeliuoti poveikį, tačiau jie nėra siaubingai tikslūs prognozuojant faktinę žalą dar geriau, bet geriau suformuoti galimą žalą iš įvykio.
Daugeliu atvejų, ir tai yra labai specifinė pramonės šaka (manau, medicininė ar kosminė erdvė), ESD sukeltas katastrofinis įvykis yra geresnis rezultatas nei ESD įvykis, kuris nepastebimas gamybos ir bandymų metu. Nepastebėti ESD įvykiai gali sukelti labai nedidelį defektą, arba galbūt šiek tiek pabloginti esamą ir nenustatytą latentinį defektą, kuris abu scenarijuose gali pablogėti laikui bėgant dėl papildomų nedidelių ESD įvykių arba tiesioginio naudojimo.
Galiausiai jie sukelia katastrofišką ir ankstyvą prietaiso gedimą dirbtinai sutrumpintu laikotarpiu, kurio negalima prognozuoti pagal patikimumo modelius (kurie yra techninės priežiūros ir pakeitimo grafikų pagrindas). Dėl šio pavojaus ir lengva galvoti apie baisias situacijas (pvz., Širdies stimuliatoriaus mikroprocesoriaus ar skrydžio valdymo prietaisus), šiuo metu yra svarbi mokslinių tyrimų sritis, kad būtų galima išbandyti ir paslėpti ESD sukeltus defektus..
Vartotojui, kuris neveikia arba nežino apie elektronikos gamybą, jis gali būti ne problema. Iki to laiko, kai dauguma elektronikos pakuočių yra parduodami, yra daug apsaugos priemonių, kurios užkirstų kelią didžiausią ESD žalą. Jautrūs komponentai yra fiziškai nepasiekiami ir yra patogesni keliai į žemę (ty kompiuterio važiuoklė yra susieta su žeme, išpylus ESD beveik neabejotinai nesugadins procesoriaus viduje, o užima mažiausią pasipriešinimo kelią į prijungti prie maitinimo šaltinio ir maitinimo šaltinio). Kita vertus, nėra tinkamų srovės kelio takų; daugelis mobiliųjų telefonų turi neelektrinį išorinį paviršių ir įkrovimo metu turi tik antžeminį kelią.
Noriu pasakyti, kad turiu eiti per ESD mokymus kas tris mėnesius, todėl galėčiau tęsti darbą. Bet manau, kad tai turėtų pakakti atsakyti į jūsų klausimą. Manau, kad viskas šiame atsakyme yra tiksli, bet aš primygtinai patarčiau jį tiesiogiai perskaityti, kad geriau sužinotumėte apie šį reiškinį, jei nesu sunaikinti jūsų smalsumo geram.
Vienas dalykas, kurį žmonės supranta, yra tas, kad dažnai dėvimi elektroniniai daiktai, kurie yra saugomi ir pristatomi (antistatiniai maišai), taip pat yra laidūs. Antistatinis reiškia, kad medžiaga nesudaro jokio prasmingo krūvio nuo sąveikos su kitomis medžiagomis. Tačiau ESD pasaulyje lygiai taip pat svarbu (kiek įmanoma), kad viskas turi tokią pačią pagrindinės įtampos nuorodą.
Visi darbo paviršiai (ESD kilimėliai), ESD maišai ir kitos medžiagos paprastai yra laikomi susieti su bendrąja žemė, nesvarbu, kad tarp jų yra izoliuota medžiaga, arba, tiksliau, sujungiant mažo pasipriešinimo kelius į žemę tarp visų darbinių suolų; darbuotojų riešo juostų, grindų ir kai kurių įrenginių jungtys. Čia yra saugos problemų. Jei dirbate su dideliais sprogmenimis ir elektronika, jūsų riešo juosta gali būti tiesiogiai susieta su 1M Ohm rezistoriumi. Jei dirbate labai didelėje įtampoje, jūs neturėtumėte įžeminti.
Čia pateikiamas Cisco išlaidų, susijusių su ESD, kainos, kurios gali būti net šiek tiek konservatyvios, nes Cisco lauko gedimų šalutinė žala paprastai nesukelia gyvybės praradimo, dėl kurio gali padidėti 100x pagal dydį :
Ar ką nors papildyti paaiškinimu? Garsas išjungtas komentaruose. Norite perskaityti daugiau atsakymų iš kitų „tech-savvy Stack Exchange“ vartotojų? Čia rasite visą diskusijų temą.
