28Aug
Svi smo čuli upozorenja kako bismo bili sigurni da smo ispravno pričvršćeni pri radu na našim elektroničkim uređajima, ali napredak u tehnologiji smanjuje problem statičke elektricne štetnosti ili je još uvijek prevagnut kao i prije? Današnji SuperUser Q & A post ima sveobuhvatan odgovor na pitanje čudnog čitatelja.
Današnje pitanje &Sesija odgovora nam dolazi zahvaljujući SuperUseru - podjele Stack Exchange-a, grupiranjem zajednice Q & A web stranica.
Fotografija ljubaznošću Jared Tarbell( Flickr).
Pitanje
SuperUser čitač Ricku želi znati je li šteta od statičkog elektriciteta još uvijek veliki problem s elektronikom sada:
Čuo sam da je statički elektricitet bio veliki problem prije nekoliko desetljeća. Je li i dalje veliki problem? Vjerujem da je rijetkost za osobu da "pržiti" računalnu komponentu sada.
Je li oštećenje statičkog elektriciteta i dalje veliki problem s elektronikom sada?
Odgovor
SuperUser suradnik Argonauts ima odgovor za nas:
U industriji se naziva Elektro-statička pražnjenja( ESD) i daleko je više problem nego što je to ikad bio;iako je donekle ublaženo nedavnim rasprostranjenim usvajanjem politika i postupaka koji pomažu smanjiti vjerojatnost oštećenja ESD-a na proizvode. Bez obzira na to, njegov utjecaj na elektroniku industriju je veći od mnogih drugih cjelokupnih industrija.
Također je velika tema studija i vrlo složena pa ću samo dodirnuti nekoliko točaka. Ako ste zainteresirani, postoje brojni besplatni izvori, materijali i web stranice posvećene ovoj temi. Mnogi ljudi posvećuju svoju karijeru ovom području. Proizvodi oštećeni ESD-om imaju vrlo realan i vrlo velik utjecaj na sve tvrtke uključene u elektroniku, bez obzira radi li se o proizvođaču, dizajneru ili "potrošaču", a kao i mnoge stvari koje se bave industrijom, troškovi se prenose nanas.
Od Udruge ESD:
Kako uređaji i veličina njihovih značajki neprekidno postaju manji, oni postaju osjetljiviji na oštećenje ESD-a, što ima smisla nakon malo razmišljanja. Mehanička čvrstoća materijala koji se koriste za izgradnju elektronike općenito se smanjuje, jer se njihova veličina smanjuje, kao i sposobnost materijala da se odupre brzim promjenama temperature, obično nazivajući toplinsku masu( baš kao u objektima makroskopa).Oko 2003, najmanja veličina značajki bila su u rasponu od 180 nm, a sada se brzo približavamo 10 nm.
ESD događaj koji je prije 20 godina bio bezopasan može potencijalno uništiti modernu elektroniku. Na tranzistorima, materijal vrata često je žrtva, ali i druge tekuće noseće elemente mogu se isparavati ili rastopiti. Lijevanje na IC igle( ekvivalent na površinskoj montaži kao što je Ball Grid Array su mnogo češći ovih dana) na PCB-u se može rastopiti, a sam silicij ima neke kritične karakteristike( osobito dielektričnu vrijednost) koje se mogu mijenjati visokom toplinom, Zajedno, može promijeniti krug od poluvodiča do uvijek vodiča, koji obično završava s iskrom i lošim mirisom kada je čip uključen.
Manja veličina značajki gotovo je potpuno pozitivna od većine perspektiva metrike;stvari kao što su brzine rada / sata koje se mogu podupirati, potrošnja energije, čvrsto povezana proizvodnja topline i sl., ali osjetljivost na štetu od onoga što bi se inače smatrali trivijalnim količinama energije također se uvelike povećava kako se veličina značajki smanjuje.
ESD zaštita je ugrađena u mnoge elektronike danas, ali ako imate 500 milijardi tranzistora u integriranom krugu, nije problem koji se može utvrditi na kojem putu statički iscjedak će potrajati sa 100 posto sigurnosti.
Ljudsko tijelo je ponekad modelirano( Human Body Model, HBM) kao da ima 100 do 250 picofarada kapacita. U tom modelu napon može biti visok( ovisno o izvoru) kao 25 kV( iako neki tvrde samo do 3 kV).Korištenjem većih brojeva, osoba bi imala "naplatu" od oko 150 millijula. Potpuno "nabijena" osoba obično ne bi bila svjesna toga i dobiva se u djeliću sekunde kroz prvu raspoloživu terenu, često elektronski uređaj.
Imajte na umu da ti brojevi pretpostavljaju da osoba ne nosi odjeću koja može nositi dodatnu naplatu, što je obično slučaj. Postoje različiti modeli za izračunavanje ESD rizika i razina energije, a vrlo se zbunjuje vrlo brzo jer se u nekim slučajevima međusobno proturječe. Ovdje je veza za izvrsnu raspravu o mnogim standardima i modelima.
Bez obzira na specifičnu metodu kojom se izračunava, nije, i zasigurno ne zvuči kao puno energije, ali je više nego dovoljno uništiti moderni tranzistor. Za kontekst, jedan joule energije jednak je( prema Wikipediji) energiji potrebnoj za podizanje srednje veličine rajčice( 100 grama) jednog metra vertikalno od površine Zemlje.
Ovo pada na "najgoru scenarij" stranu ljudskog samo ESD događaja, gdje je čovjek nosi naplatu i ispušta ga u osjetljiv uređaj. Napon visokog od relativno niske količine napunjenosti nastaje kad je osoba vrlo loše utemeljena. Ključni čimbenik u tome što i koliko se oštećuje nije zapravo naboj ili napona, već struja, koja se u ovom kontekstu može smatrati koliko je otpor elektroničke naprave prema zemlji.
Ljudi koji rade oko elektronike obično se temelje na remenicama za ruke i / ili uzemljivačima na nogama. Nisu "kratke" za uzemljenje;otpor je veličine kako bi se spriječilo radnike da služe kao gromobran( lako dobivanje elektricitet).Ručni pojasovi obično su u rasponu od 1M Ohm, ali to ipak omogućava brzo pražnjenje bilo koje akumulirane energije. Kapacitivne i izolirane predmete zajedno s bilo kojim drugim materijalom za stvaranje ili pohranjivanje materijala izdvajaju se iz radnih površina, poput polistirena, mjehurića i plastičnih šalica.
Postoji doslovno bezbroj drugih materijala i situacija koje mogu prouzročiti oštećenje ESD-a( od pozitivnih i negativnih relativnih razlika u naboju) na uređaj gdje tijelo ljudskog tijela ne nosi naboj "interno", nego samo olakšava njegovo kretanje. Primjer na razini crtića nosio bi vuneni pulover i čarape dok bi hodao preko tepiha, a zatim podigao ili dodirivao metalni predmet. To stvara znatno veću količinu energije od samog tijela koji bi mogao pohraniti.
Jedna posljednja točka o tome koliko je malo energije potrebno za oštećivanje moderne elektronike.10 nm tranzistor( još nije uobičajen, ali će biti u narednih nekoliko godina) ima debljinu vrata manju od 6 nm, što se približava onome što zovu monoslojem( jednim slojem atoma).
To je vrlo složen predmet i količina oštećenja ESD događaja može uzrokovati uređajima teško je predvidjeti zbog velikog broja varijabli, uključujući brzinu pražnjenja( koliko je otpor između napona i tla), broj puteva prema tlu kroz uređaj, vlažnost i temperatura okoline i još mnogo toga. Sve te varijable mogu se priključiti na različite jednadžbe koje mogu oblikovati utjecaj, ali nisu baš precizne u predviđanju stvarne štete, ali bolje u oblikovanju eventualnih oštećenja događaja.
U mnogim slučajevima, a to je vrlo specifična za industriju( mislim na medicinsku ili zrakoplovnu industriju), ESD-induciran događaj katastrofalnog kvara daleko je bolji od ESD događaja koji prolazi kroz proizvodnju i testiranje nezapažen. Nezamjereni ESD događaji mogu stvoriti vrlo malu manu ili možda malo pogoršati postojeće i neotkriveno latentno kvar koji se u oba scenarija može pogoršati tijekom vremena zbog dodatnih manjih ESD događaja ili samo redovitog korištenja.
U konačnici dovode do katastrofalnog i prijevremenog neuspjeha uređaja u umjetno skraćenom vremenskom okviru koji se ne može predvidjeti pomoću modela pouzdanosti( koji su osnova za održavanje i zamjenu rasporeda).Zbog te opasnosti i lako je zamisliti strašne situacije( npr. Mikroprocesor pacemakera ili instrumenti za kontrolu leta), koji su došli do načina testiranja i modeliranja latentnih ESD-induciranih nedostataka, glavno je područje istraživanja.
Za potrošača koji ne rade ili znaju mnogo o proizvodnji elektronike, čini se da to nije problem. Do vremena kada se većina elektronike pakira za prodaju, postoje brojne zaštitne mjere koje bi spriječile većinu oštećenja ESD-a. Osjetljive komponente su fizički nepristupačne i dostupni su praktičniji putovi do tla( tj. Računalo podvozje je vezano uz zemlju, ispuštanje ESD-a u nju gotovo sigurno neće oštetiti procesor unutar kućišta, već umjesto toga uzima najniži put otpora nazemlju preko izvora napajanja i zidne utičnice).Alternativno, nisu mogući razumni strujni putevi nošenja;mnogi mobilni telefoni imaju ne-vodljive eksterijere i imaju samo teren put kada se naplaćuju.
Za rekord, moram proći kroz ESD trening svaka tri mjeseca, pa sam samo mogao nastaviti. Ali mislim da bi ovo trebalo biti dovoljno za odgovor na vaše pitanje. Vjerujem da je sve u ovom odgovoru točno, ali ja bih čvrsto savjetovao da izravno pročitam o tome kako bih bolje upoznao taj fenomen ako nisam uništio vašu znatiželju za dobro.
Jedna stvar koju ljudi smatraju protu-intuitivnim jest da vreće koje često vidite elektronički pohranjene i isporučene( antistatičke vrećice) također su vodljive. Antistatički znači da materijal neće prikupljati nikakvu značajnu naboj od interakcije s drugim materijalima. No, u svijetu ESD-a, jednako je važno( u najvećoj mogućoj mjeri) da sve ima istu referentnu vrijednost tla.
Radne površine( ESD-tepisi), ESD-vrećice i drugi materijali obično se drže vezanim za zajedničko tlo, ili jednostavno ne posjeduju izolirani materijal između njih, ili eksplicitnije, povezivanjem niskih staza otpora na tlo između svih radnih klupe;konektori za radničke zglobne trake, pod i neke opreme. Ovdje postoje sigurnosni problemi. Ako radite oko visokih eksploziva i elektronike, vaš bi ručni zglob mogao biti izravno povezan s tlom, a ne jedan otpornik od 1M.Ako radite oko visokog napona, uopće se ne bi temeljili.
Ovdje je citat o troškovima ESD-a tvrtke Cisco, koji bi mogao biti čak i malo konzervativan, jer kolateralna oštećenja zbog neuspjeha na terenu za Cisco obično ne rezultiraju gubitkom života, što može povećati 100x koji se odnosi na nalogeveličina:
Imate li nešto za objašnjenje? Zvuči u komentarima.Želite li pročitati više odgovora od drugih tehnoloških korisnika Stack Exchangea? Pogledajte ovdje cijelu raspravu.