28Aug
Kõik meist on kuulnud hoiatusi, et veenduda, et meie elektroonilised seadmed töötavad korralikult, kuid kas tehnoloogilised edusammud vähendavad staatilise elektrikatkestuse probleemi või on see ikkagi nii levinud kui varem? Tänane SuperUser Q & A postitus on kõikehõlmav vastus uudishimulikule lugeja küsimusele.
tänapäeva küsimus &Vastuste seanss tuleb meile viisakalt SuperUseriga - Q & A veebisaitide kogukonnapõhise grupi Stack Exchange jagunemisest.
Photo courtesy of Jared Tarbell( Flickr).
Küsimus
SuperUser-lugeja Ricku tahab teada saada, kas staatiline elektrikoormus on ikkagi elektroonika suur probleem:
Olen kuulnud, et staatiline elektrienergia oli paar aastakümmet tagasi suur probleem. Kas see on ikkagi suur probleem? Ma arvan, et see on haruldane, kui inimene teostab arvuti komponendi praeguseks.
Kas staatiline elektrikoormus on endiselt tohutu probleem elektroonika valdkonnas?
Vastuseks
SuperUseri toetajale Argonaut on meie jaoks vastus:
Tööstuses nimetatakse seda elektrodestiiliseks( ESD) ja see on palju rohkem probleemi kui kunagi varem;kuigi seda on leevendanud mõnevõrra hiljuti laialdaselt kasutusele võetud poliitika ja menetlused, mis aitavad vähendada ESD kahjustusi toodetele. Sõltumata sellest on selle mõju elektroonikatööstusele suurem kui paljud teised kogu tööstusharud.
See on ka tohutu õppeteema ja väga keeruline, nii et ma puudutaksin vaid mõnda punkti. Kui olete huvitatud, on sellel teemal palju tasuta allikaid, materjale ja veebisaite. Paljud inimesed pühendavad oma karjääri selles valdkonnas. ESD-ga kahjustatud tooted on väga reaalse ja väga suure mõjuga kõigile elektroonikat tootvatele ettevõtetele, olenemata sellest, kas tegemist on tootja, disaineri või "tarbijaga" ning nagu paljudes valdkondades tegelevad tööstused, kantakse selle kulud edasimeid.
ESD Assotsiatsioonist:
Kuna seadmed ja nende funktsioonide suurus väheneb pidevalt, muutuvad nad ESD-le kahjulikeks, mis mõjutavad mõnevõrra mõtet. Elektroonika ehitamiseks kasutatavate materjalide mehaaniline tugevus langeb üldiselt, kuna nende suurus väheneb, samuti materjali võime seista kiirete temperatuurimuutustega, mida tavaliselt nimetatakse termilise massina( nagu ka makrotasandi objektidena).Umbes 2003 oli väikseim omadus 180 nm ulatuses ja nüüd läheme kiiresti 10 nm-ni.
ESD-sündmus, mis 20 aastat tagasi oleks olnud kahjutu, võiks potentsiaalselt hävitada kaasaegse elektroonika. Transistoride puhul on värava materjal sageli ohver, kuid teisi jooksvaid elemente saab aurustuda või sulatada. Südamik IC-pingidel( pinnaviimistlus samaväärne nagu ball grid array on palju rohkem levinud nendel päevadel) PCB saab sulatada ja räni ise on mõned kriitilised omadused( eriti selle dielektriline väärtus), mida saab muuta suure kuumusega. Võttes kokku, võib see muuta sidet pooljuhtseadmest alati juhtmele, mis tavaliselt lõpeb säde ja halb lõhn, kui kiip on sisse lülitatud.
Väiksemad funktsioonide suurused on peaaegu täielikult positiivsed enamiku mõõdikute vaatevinklist;selliseid asju nagu toimiv / kella kiirus, mida saab toetada, energiatarve, tihedalt seotud soojuse tootmine jne, kuid tundub, et kahjutundlikkust, mis muidu peetakse tühiseks energiakoguseks, suureneb oluliselt, kui funktsioonide maht väheneb.
ESD kaitse on tänapäeval integreeritud paljudesse elektroonikatesse, kuid kui teil on integreeritud vooluringis 500 miljardit transistorit, siis pole see takistatav probleem, et määrata, millise tee staatiline tühjendus võtab 100 protsenti kindlalt.
Inimese keha on mõnikord modelleeritud( inimese keha mudel; HBM), millel on 100 kuni 250 pikofaari mahtuvus. Selles mudelis võib pinge saada nii kõrge( sõltuvalt allikast) kui 25 kV( kuigi mõned väidavad, et see on nii kõrge kui 3 kV).Suuremate arvude kasutamisel oleks inimesel energiasisaldus umbes 150 millijouli. Täielikult laetud isik ei tunne seda tavaliselt ja see lastakse mitu sekundit läbi esimese kättesaadava maa-ala, sageli elektroonilise seadme.
Pange tähele, et need arvud eeldavad, et isik ei kanna riideid, mis on võimelised kandma lisatasu, mis tavaliselt on nii. ESD riski ja energia taseme arvutamiseks on olemas erinevad mudelid ja see muutub üsna segadusse väga kiiresti, sest mõnel juhul on need üksteisega vastuolus. Siin on link suurepärase arutelu paljudest standarditest ja mudelitest.
Sõltumata selle arvutamiseks kasutatavast erimeetodist ei ole see ja see ei tundu kindlasti palju energiat, kuid kaasaegse transistori hävitamiseks on enam kui piisav. Konteksti puhul on üks energia joule võrdne( vastavalt Wikipedia andmetele) keskmise suurusega tomati( 100 grammi) tõstmiseks vajaliku energiaga maapinnast vertikaalselt üks meeter.
See langeb ainult inimese jaoks esineva ESD sündmuse "halvima stsenaariumi" poolel, kus inimene kannab laengu ja tühjendab selle tundlikusse seadmesse. Pinge, mis kõrge suhteliselt madala laenguga, tekib siis, kui inimene on väga halvasti maandatud. Oluline tegur selles, mis ja kui palju see kahjustub, ei ole tegelikult laeng või pinge, vaid praegune, mida selles kontekstis võib mõelda, kui madal on elektroonilise seadme maapinna suuna takistus.
Elektroonikat tootvad inimesed töötavad tavaliselt jalgade randmerihmadel ja / või maandusrihmadel. Need ei ole "lühikesed" maandamiseks;vastupidavus on suurusega, et vältida töötajate püstlatid( kergesti elektrilöögi saamine).Randmepaelad on tüüpiliselt 1M Ohmil, kuid see võimaldab ikkagi akumuleeritud energia kiiret tühjenemist. Mahtuvuslikud ja isoleeritud esemed koos kõigi teiste materjalide tootmist või ladustamist eraldatakse tööpiirkondadest, näiteks polüstüreenist, mullpakendist ja plastikust tassidest.
on sõna otseses mõttes lugematuid teisi materjale ja olukordi, mis võivad põhjustada ESD kahjustusi( nii positiivsete kui ka negatiivsete suhteliste laengusüsteemide erinevuste tõttu) seadmele, kus inimkeha ise ei kannata laengut "sisemiselt", vaid lihtsalt hõlbustab selle liikumist. Cartooni taseme näide kannaks voodrit ja sokke jalgades üle vaipade, seejärel tõmmates metalli esemeid või puudutades neid. See loob märkimisväärselt suurema energiakoguse kui keha ise võiks säilitada.
Üks viimane punkt selle kohta, kui vähe energiat tänapäeva elektroonika vastu on vaja.10-nm transistor( pole veel levinud, kuid järgmise paari aasta jooksul) on värava paksus väiksem kui 6 nm, mis on lähedane sellele, mida nad nimetavad monokihiks( ükski aatomite kiht).
See on väga keeruline teema ja kahjustuste hulk, mille puhul ESD-juhtum võib seadmele põhjustada, on raske prognoosida tohutu hulga muutujate, sealhulgas väljundi kiiruse( kui palju on takistus laengu ja maapinna vahel), seadme maapinnale kulgevate teede arv, niiskus ja ümbritseva õhu temperatuur, ja palju muud. Kõiki neid muutujaid saab ühendada erinevatesse võrranditesse, mis suudavad mõju modelleerida, kuid need ei pruugi veel tegelikku kahju prognoosida, vaid paremini sündmuse võimaliku kahju kujundamisel.
Paljudel juhtudel ja see on väga tööstusharu spetsiifiline( meditsiini- või kosmosetööstuse arvates), on ESD põhjustatud katastroofiline ebaõnnestumine palju parem kui ESD-sündmus, mis läbib tootmist ja katset märkamatult. Märgistamata ESD-sündmused võivad tekitada väga väikese defekti või võib-olla veelgi halvendada eelnevalt olemasolevat ja avastamata latentse defekti, mis mõlemas stsenaariumis võib aja jooksul halveneda täiendavate väiksemate ESD-sündmuste või tavalise kasutuse tõttu.
Need põhjustavad lõppkokkuvõttes seadme katastroofilise ja enneaegse rikke kunstlikult lühenenud aja jooksul, mida ei saa usaldusväärsuse mudelite( mis on aluseks hooldus- ja asendusgraafikule) prognoosimine. Selle ohu tõttu on lihtne mõelda kohutavatele olukordadele( nt südamestimulaatori mikroprotsessor või lennujuhtimisvahendid), kuid varjatud ESD-de tekitatud defektide testimise ja mudeli väljatöötamine on praeguseks peamine uurimisvaldkond.
Tarbija jaoks, kes ei tööta või ei tea palju elektroonikatööstusest, ei pruugi see olla probleemiks. Selle aja jooksul, kui enamik elektroonika pakutakse müügiks, on olemas palju kaitsemeetmeid, mis hoiaksid ära enamiku ESD kahjustamise. Tundlikud komponendid on füüsiliselt ligipääsmatud ja mugavamad on maapinnale sobivad teeradad( st arvutiga šassii on maapinnaga ühendatud, ESD tühjenemine selles peaaegu kindlasti ei kahjusta protsessorit korpuse sees, vaid võtke selle asemel madalaima vastupakkumise teemaandus toiteallika ja seinakontakti kaudu).Alternatiivselt ei ole mõistlikke praeguseid kandevõimesid võimalik;paljudel mobiiltelefonidel on elektrit juhtivad välised ja neil on ainult tasuline laadimisviis.
Rekordina pean iga kolme kuu järel läbima ESD koolituse, nii et ma võiksin lihtsalt jätkata. Kuid ma arvan, et see peaks olema teie küsimusele vastamiseks piisav. Ma usun, et kõik selles vastuses on täpsed, kuid ma soovitaksin otseselt seda lugeda, et seda nähtust paremini tundma õppida, kui ma pole teie huvi hävinud.
Üks asi, mida inimesed leiavad vastu-intuitiivselt, on see, et kotid, mida sageli näete elektroonikas säilitatud ja lähetatud( antistaatilised kotid), on juhtivad. Antistaatiline tähendab, et materjal ei kogune teiste materjalidega suhtlemisel olulist laengut. Kuid ESD maailmas on võrdselt oluline( võimalikult suures ulatuses), et kõigil on sama pingealune viide.
Tööpinnad( ESD matid), ESD-kotid ja muud materjalid on tavaliselt kinnitatud ühise maa külge, kas neil pole lihtsalt nende vahel isoleeritud materjali, või täpsemalt, ühendades kõik tööpingid maapinnale madalate takistusteede;töötajate randmepaelade, põranda ja mõne seadme pistikud. Siin on ohutusküsimused. Kui te töötate lõhkeainete ja elektroonikaseadmete puhul, võib teie randmepael olla otse maapinnale, mitte 1M Ohm takistitena. Kui te töötate väga kõrge pinge all, ei hakka te üldse maanduma.
Siin on tsükkel Cisco-ga seotud ESD-i kulude kohta, mis võib olla isegi natuke konservatiivne, kuna Cisco väli rikete tagajärjel tekkinud kahju ei too tavaliselt kaasa elu kaotust, mis võib tõsta selle 100x-isuurus:
Kas teil on seletamiseks midagi lisada? Helistage kommentaarides. Kas soovite lugeda rohkem vastuseid teistelt tech-savvy Stack Exchange'i kasutajatelt? Tutvu täieliku arutelu teemaga siit.
