28Aug
Všichni jsme slyšeli upozornění, abychom se ujistili, že jsme správně zakotveni při práci na našich elektronických zařízeních, ale pokroky v technologii zmenšily problém poškození statickou elektřinou nebo jsou stále stejně převládající jako předtím? Dnešní příspěvek SuperUser Q & A obsahuje komplexní odpověď na zvědavou čtenářskou otázku.
dnešní otázka &Odpověď na zasedání se k nám dostala s laskavým svolením SuperUser - podřízenou výměnou Stack Exchange, skupině webů Q & A založených na komunitě.
Foto s laskavým svolením Jared Tarbell( Flickr).
Otázka
SuperUser čtečka Ricku chce vědět, zda poškození statickou elektřinou je stále obrovský problém s elektronikou nyní:
Slyšel jsem, že statická elektřina je velkým problémem před pár desetiletími. Je to stále velký problém? Věřím, že je zřídka, aby člověk "smažil" počítačovou komponentu.
Je poškození statickou elektřinou stále obrovským problémem s elektronikou?
Odpověď odpovědi
SuperUser přispěvatel Argonauts má pro nás odpověď:
V průmyslu je označován jako elektrostatický výboj( ESD) a je mnohem větší problém než kdy předtím;ačkoli byla poněkud zmírněna poměrně nedávným rozsáhlým přijetím politik a postupů, které pomáhají snižovat pravděpodobnost poškození výrobků ESD.Bez ohledu na to má dopad na elektronický průmysl větší než mnoho jiných průmyslových odvětví.
Je to také obrovské téma studie a velmi složité, takže se jen dotknu několika bodů.Pokud máte zájem, existuje mnoho bezplatných zdrojů, materiálů a webových stránek věnovaných tomuto tématu. Mnoho lidí věnuje svou kariéru této oblasti. Výrobky poškozené systémem ESD mají velmi reálný a velmi velký dopad na všechny společnosti zabývající se elektronikou, ať už se jedná o výrobce, návrháře nebo "spotřebitele", a stejně jako mnoho věcí, které se v průmyslu zabývají,nás.
Z asociace ESD:
Jelikož se zařízení a velikost jejich funkcí neustále zmenšují, stávají se náchylnějšími na poškození ESD, což má smysl po trochu myšlení.Mechanická pevnost materiálů používaných k budování elektroniky obecně klesá s tím, jak se jejich velikost snižuje, stejně jako schopnost materiálu odolávat rychlým teplotním změnám, obvykle označovaným jako tepelná hmota( stejně jako u objektů makroskopu).Okolo roku 2003 byly nejmenší velikosti prvků v rozmezí 180 nm a nyní se rychle blížíme 10 nm.
Událost ESD, která před 20 lety byla neškodná, by mohla potenciálně zničit moderní elektroniku. U tranzistorů je materiál brány často obětí, ale jiné proudové nosné prvky mohou být také odpařovány nebo roztaveny. Pájka na čipů IC( povrchová montáž, která je ekvivalentní jako kuličková mřížka v dnešní době mnohem častější) na desce plošných spojů může být roztavena a samotný křemík má některé kritické vlastnosti( zejména jeho dielektrickou hodnotu), které lze měnit vysokou teplotou. Vezme se úplně, může změnit obvod od polovodiče až po vždy-vodič, který obvykle končí jiskrou a špatnou vůní, když je zapnutý čip.
Menší velikosti funkcí jsou téměř úplně pozitivní z většiny hledisek metrik;například rychlosti provozu / hodin, které lze podpořit, spotřebu energie, těsné propojení výroby tepla apod., ale citlivost na poškození, která by jinak byla považována za triviální množství energie, se také výrazně zvyšuje s tím, jak se velikost funkce sníží.Ochrana
ESD je dnes vestavěna do mnoha elektronik, ale pokud máte v integrovaném obvodu 500 miliard tranzistorů, není rozhodujícím problémem určit, jaká cesta statický výboj bude mít 100% jistotu.
Lidské tělo je někdy modelováno( lidský tělový model, HBM) jako má 100 až 250 picofarád kapacity. V tomto modelu se napětí může dostat tak vysoko( v závislosti na zdroji) jako 25 kV( ačkoli někteří tvrdí, že je až 3 kV).Při použití větších čísel by osoba měla energii "dobití" přibližně 150 milijulů.Plně nabitý člověk by o tom obvykle nevěděl a dostane se za zlomek vteřiny propustnou cestou první dostupnou pozemní cestou, často elektronickým zařízením.
Všimněte si, že tato čísla předpokládají, že osoba nemá oblečení schopné nést dodatečný poplatek, což je normální případ. Existují různé modely pro výpočet rizik ESD a energetické úrovně, a to velmi poměrně matoucí, protože se zdá, že v některých případech navzájem odporují.Zde je odkaz na vynikající diskusi o mnoha normách a modelech.
Bez ohledu na specifickou metodu, která se používá k výpočtu, není a jistě nezní jako moc energie, ale je více než dostatečné zničit moderní tranzistor. V kontextu je jeden joule energie ekvivalentní( podle Wikipedie) energii potřebné ke zvednutí středně velikého rajčete( 100 gramů) o jeden metr vertikálně od povrchu Země.
To spadá na stranu "nejhoršího scénáře" události ESD pouze pro člověka, kde člověk nese náboj a vybije ho do náchylného zařízení.Napětí, které je vysoké z relativně nízkého množství náboje, nastane, když je osoba velmi špatně uzemněna. Klíčovým faktorem toho, co a kolik se poškodí, není vlastně náboj nebo napětí, ale proud, který v tomto kontextu lze považovat za to, jak nízká je odolnost elektronického zařízení vůči zemi.
Lidé, kteří pracují v elektronice, jsou obvykle na nohou uzemněny popruhy na zápěstí a / nebo uzemňovacími pásky. Nejsou "šortky" pro uzemnění;odpor je dimenzován tak, aby zabránil tomu, aby pracovníci sloužili jako bleskojistky( snadno se dostanou k elektrickému záření).Pásky na zápěstí jsou typicky v rozsahu 1M Ohm, ale to stále umožňuje rychlé vybíjení jakékoliv nahromaděné energie. Kapacitní a izolované předměty spolu s jakýmkoli jiným nábojem vytvářejícím nebo skladujícími materiály jsou izolovány z pracovních oblastí, jako jsou polystyren, obal bublin a plastové kelímky.
Existuje doslova nespočet dalších materiálů a situací, které mohou vést k poškození ESD( z pozitivních i negativních relativních rozdílů náboje) na zařízení, kde samotné lidské tělo nenese náboj "vnitřně", ale jen usnadňuje jeho pohyb. Příkladem karikatury by měl být vlněný svetr a ponožky při procházce kobercem a následné zvedání nebo dotýkání se kovového předmětu. To vytváří výrazně vyšší množství energie, než by mohlo samotné tělo uložit.
Jeden poslední bod o tom, jak málo energie potřebuje k poškození moderní elektroniky.10nm tranzistor( který není dosud běžný, ale bude to v příštích několika letech) má tloušťku brány menší než 6 nm, která se blíží tomu, co říkají monovrstva( jediná vrstva atomů).
Jedná se o velmi složitý předmět a množství poškození, které může způsobit událost ESD na zařízení, je obtížné předvídat kvůli obrovskému počtu proměnných, včetně rychlosti vypouštění( kolik odporu existuje mezi nábojem a zemem), počet cest k zemi přes zařízení, vlhkost a okolní teploty a mnoho dalších. Všechny tyto proměnné mohou být zapojeny do různých rovnic, které mohou modelovat náraz, ale nejsou příliš přesné při předvídání skutečných škod, ale lepší při vytváření možných škod z události.
V mnoha případech, a to je velmi specifické pro daný průmysl( přemýšlejte o lékařském nebo leteckém průmyslu), událost katastrofického selhání způsobená ESD je mnohem lepší výsledek než událost ESD, která prochází výrobou a testováním bez povšimnutí.Nepozorované události ESD mohou způsobit velmi malou poruchu nebo snad lehce zhoršit již existující a nedetekovatelnou latentní vadu, která se v obou scénářích může časem zhoršovat z důvodu buď dodatečných malých událostí ESD, nebo jen pravidelného používání.
V konečném důsledku vedou k katastrofickému a předčasnému selhání zařízení v umělém zkrácení časového rámce, který nelze předpovědět pomocí modelů spolehlivosti( které jsou základem pro plány údržby a výměny).Kvůli tomuto nebezpečí je snadné myslet na hrozné situace( např. Mikroprocesor kardiostimulátoru nebo nástroje řízení letu), přicházející způsoby testování a modelování latentních defektů vyvolaných ESD je v současné době hlavní oblastí výzkumu.
Pro spotřebitele, který nepracuje a ani neví o výrobě elektroniky, se nemusí zdát problémem. V době, kdy je většina elektroniky balena k prodeji, existuje mnoho ochranných opatření, která by zabránila větším poškozením ESD.Citlivé součásti jsou fyzicky nedostupné a jsou k dispozici pohodlnější cesty k zemi( tj. Počítačový podvozek je vázán na zem, vybíjení ESD do něj téměř jistě nepoškodí procesor uvnitř skříně, ale místo toho má nejnižší cestu odporu kzem napájecím zdrojem a napájecím zdrojem ve zdi).Alternativně nejsou k dispozici žádné rozumné proudové cesty;mnoho mobilních telefonů má nevodivé exteriéry a při nabíjení mají pouze pozemní cestu.
Pro rekord jsem musel absolvovat školení ESD každé tři měsíce, takže jsem mohl pokračovat dál. Ale myslím, že by to mělo stačit k odpovědi na vaši otázku. Věřím, že všechno v této odpovědi musí být přesné, ale rád bych rád doporučil, abyste si ji přímo přečetli, abyste se lépe seznámili s tímto jevem, pokud jsem nezničil vaši zvědavost navždy.
Jedna věc, kterou lidé najdou proti-intuici, je, že tašky, které často vidíte v elektronice uložené a dodávané( antistatické sáčky), jsou také vodivé.Antistatická znamená, že materiál nebude shromažďovat žádný smysluplný náboj z interakce s jinými materiály. Ale ve světě ESD je stejně důležité( v co největší možné míře), že všechno má stejné referenční napětí na zemi.
Pracovní plochy( ESD rohože), ESD sáčky a další materiály jsou typicky udržovány vázány na společnou zem, ať už prostě nemají izolovaný materiál mezi nimi, nebo více explicitně zapojením dráh s nízkým odporem do země mezi všemi pracovními lavičkami;konektory pro pracovní zápěstí, podlahu a některé vybavení.Zde jsou bezpečnostní otázky. Pokud pracujete s vysokými výbušninami a elektronikou, vaše zápěstní pásmo by mohlo být spojeno přímo se zemí, nikoliv s 1M Ohm rezistorem. Pokud pracujete s velmi vysokým napětím, vůbec byste se nezařizovali.
Zde je citace o nákladech na ESD od společnosti Cisco, která by mohla být dokonce trochu konzervativní, neboť vedlejší škody z selhání pole pro společnost Cisco obvykle nevedou ke ztrátě života, což může zvýšit 100x, na které se vztahují příkazyvelikost:
Musíte něco přidat k vysvětlení?Zní to v komentářích. Chcete se dozvědět více odpovědí od ostatních uživatelů technologie Stack Exchange? Podívejte se na celý diskusní příspěvek zde.
