28Aug
Mindannyian hallottuk a figyelmeztetéseket, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy mi megfelelő módon földeltek, amikor az elektronikai készülékeinken dolgozunk, de a technológiai fejlődés csökkenti a statikus elektromosság károsodásának problémáját, vagy még mindig olyan gyakori, mint korábban? A mai SuperUser Q & A bejegyzés átfogó választ ad egy kíváncsi olvasó kérdésére.
A mai kérdés &A válaszüzenet a SuperUser - a Stack Exchange megosztottságának köszönhetően - a Q & A webhelyek közösségi szintű csoportosítása.
Fotó jóvoltából Jared Tarbell( Flickr).
Kérdés
SuperUser olvasó Ricku azt akarja tudni, hogy a statikus elektromosság károsodása még mindig nagy probléma az elektronikával most:
Hallottam, hogy a statikus elektromosság néhány évtizeddel ezelőtt nagy probléma volt. Még mindig nagy probléma van?Úgy vélem, hogy ritka az, hogy egy személy "megpirítsa" a számítógép komponensét most.
A statikus elektromosság károsodása még mindig nagy probléma az elektronikával?
A válasz
A SuperUser közreműködője Argonautsnak a választ számunkra:
Az iparban az úgynevezett elektrosztatikus kisülés( ESD), és sokkal nagyobb probléma, mint valaha;annak ellenére, hogy kissé mérsékelték az olyan politikák és eljárások eléggé széles körben elterjedt elfogadása, amelyek hozzájárulnak az ESD-károsodások valószínűségének csökkentéséhez. Függetlenül attól, hogy az elektronikai iparra gyakorolt hatás nagyobb, mint sok más iparág.
Ez egy óriási tanulmányi és nagyon összetett téma, ezért csak néhány pontot érintenek. Ha érdekel, számos ingyenes forrás, anyag és weboldal található a témában. Sokan szentelik karrierjüket erre a területre. Az ESD által károsított termékek nagyon valós és nagy hatást gyakorolnak az elektronikai gyártókra, legyen szó akár gyártóról, tervezőről vagy fogyasztóról, és mint sok iparágban foglalkozik, költségeit aminket.
Az ESD Association-ból:
Mivel az eszközök és a jellemzőik mérete folyamatosan csökken, egyre inkább érzékenyek lesznek az ESD által károsodott, ami egy kis gondolat után értelmes. Az elektronika építéséhez használt anyagok mechanikai szilárdsága általában lecsökken, mivel méretük csökken, valamint az anyagnak a gyors hőmérsékletváltozásnak való ellenállóképessége, amelyet általában termikus tömegnek neveznek( csakúgy, mint makroszintű objektumoknál).2003 körül, a legkisebb jellemző méretei a 180 nm-es tartományban voltak, és most közelítünk 10 nm-t.
Egy 20 évvel ezelőtti ESD esemény, amely ártalmatlan lenne, potenciálisan elpusztíthatja a modern elektronikát. A tranzisztorokon a kapuanyag gyakran az áldozat, de a többi hordozó elem is párologtatható vagy olvadhat. Az IC pálcákon való forrasztása( a felszínre szerelt ekvivalensek, mint a golyósrácsok, sokkal gyakoribbak ezeken a napokon) egy PCB-n megolvaszthatóak, és a szilíciumnak bizonyos kritikus jellemzői vannak( különösen a dielektromos értékei), amelyek magas hőmérséklettel változtathatók. Mindent összevéve megváltoztathatja az áramkört egy félvezetőről egy mindig vezetőre, amely általában szikra és rossz szaggal végződik, amikor a chip be van kapcsolva.
A kisebb méretű jellemzők szinte teljesen pozitívak a legtöbb mérési perspektívából;olyan dolgokat, mint a támogatható működési / óra sebességek, az energiafogyasztás, a szorosan összekapcsolt hőtermelés stb., de az érzékenység az egyébként triviális energiamennyiségként jelentkező károk iránti érzékenységhez is jelentősen megnő, mivel a funkció mérete lecsökken. Az
Az ESD védelem ma számos elektronikába épül, de ha 500 milliárd tranzisztor van integrált áramkörben, akkor nem jelent problémát annak meghatározása, hogy a statikus kisülés 100 százalékos biztonsággal jár-e.
Az emberi test néha modellezett( emberi testmodell, HBM), mivel 100-250 picofarad kapacitással rendelkezik. Ebben a modellben a feszültség akár 25 kV-ot is elérhet( a forrástól függően), bár némelyek csak 3 kV-os értéket igényelnek. A nagyobb számok felhasználásával a személy körülbelül 150 millijoules energiával "töltődik".Egy teljesen "feltöltött" személy általában nem ismeri fel, és egy másodperc törtrészében ki lesz engedve az első rendelkezésre álló földi pályán keresztül, gyakran egy elektronikus eszköz.
Ne feledje, hogy ezek a számok azt feltételezik, hogy az illető nem visel olyan ruhát, amely képes többletköltés viselésére, ami általában ez a helyzet. Számos modell létezik az ESD-kockázat és az energiaszintek kiszámítására, és meglehetősen zavarossá válik, mivel egyes esetekben ellentmondanak egymásnak. Itt van egy kapcsolat a kiváló szabványok és modellek kiváló vitájára.
A számításhoz használt speciális módszerektől függetlenül nem, és természetesen nem úgy hangzik, mint sok energia, de több mint elégséges egy modern tranzisztor elpusztítására. A kontextusban az energia egy joule egyenértékű( a Wikipédia szerint) ahhoz a energiához, amely egy közepes méretű paradicsom( 100 gramm) egy méterrel függőlegesen felemelkedik a Föld felszínéről.
Ez a humán csak ESD esemény "legrosszabb forgatókönyv" oldalára esik, ahol az ember töltést hordoz, és érzékeny eszközre bocsátja. A viszonylag kis mennyiségű töltésből származó feszültség akkor következik be, amikor a személy nagyon rosszul földelt. A kulcs és a károsodás egyik legfontosabb tényezője valójában nem a töltés vagy a feszültség, hanem az áram, amely ebben az összefüggésben fel lehet mérni, hogy mennyire alacsony az elektronikus eszköz földi útjának ellenállása.
Az elektronika köré dolgozó emberek rendszerint csuklópántokkal és / vagy földelőpántokkal vannak a lábukon. Ezek nem "rövidek" a földeléshez;az ellenállás úgy van méretezve, hogy megakadályozza a munkavállalók villámhárító szerepét( könnyű villámcsapás).A csuklópántok jellemzően 1M Ohm tartományban vannak, de még mindig lehetővé teszik a felgyülemlett energia gyors lemerülését. A kapacitív és szigetelt elemeket és egyéb anyagokat generáló vagy tároló anyagot elszigetelik a munkaterületektől, például polisztirolból, buborékfóliaból és műanyag poharakból.
Szó szerint vannak olyan számtalan egyéb anyagok és helyzetek, amelyek ESD-károsodást eredményezhetnek( mind a pozitív, mind a negatív relatív töltéskülönbségek esetén) egy olyan eszközre, ahol maga az emberi test nem hordozza a töltést "belsőleg", hanem csak megkönnyíti a mozgását. Egy rajzfilm szintű példa egy gyapjúpulóvert és zoknit viselne, miközben egy szőnyegen sétált, majd felvette vagy megérintett egy fém tárgyat. Ez jelentősen nagyobb energiát eredményez, mint maga a szervezet.
Egy utolsó pont arra vonatkozóan, hogy milyen kevés energiát igényel a modern elektronika károsodása. A 10 nm-es tranzisztor( amely még nem ismert, de a következő években lesz) a kapu vastagsága kisebb, mint 6 nm, ami egyre közelebb kerül ahhoz, amit egyrétegűnek( egyetlen réteg atomnak) neveznek.
Nagyon bonyolult téma, és az ESD-esemény által okozott károk mennyisége egy eszköz számára nehéz megjósolni a változók nagy számának köszönhetően, beleértve a kisütés sebességét( mennyi ellenállás van a töltés és a föld között), az eszközön keresztül történő földi utak számát, a páratartalmat és a környezeti hőmérsékletet, és még sok másat. Mindezeket a változókat különféle egyenletekkel lehet összekapcsolni, amelyek képesek a hatások modellezésére, de ezek nem szörnyen pontosak a tényleges károsodás megjóslásakor, hanem sokkal inkább a lehetséges károkat egy eseményből.
Sok esetben, és ez nagyon iparági( orvosi vagy űrkutatási gondolkodás), az ESD által okozott katasztrofális kudarc esemény sokkal jobb eredmény, mint egy ESD-esemény, amely a gyártáson és a tesztelésen észrevétlenül halad. Az észrevétlen ESD-események nagyon kicsi hibát okozhatnak, vagy esetleg enyhén rosszabbíthatják a már meglévő és észrevétlen látens hibákat, amelyek mindkét forgatókönyvben idővel romlanak, akár további kisebb ESD események, akár csak rendszeres használat miatt.
Végül a készülék katasztrofális és idő előtti meghibásodását eredményezi egy mesterségesen rövidített időhatáron belül, amelyet megbízhatósági modellekkel nem lehet megjósolni( amelyek a karbantartási és helyettesítő ütemtervek alapját képezik).Ennek a veszélynek köszönhetően, és könnyen lehet gondolni szörnyű helyzetekre( pacemaker mikroprocesszora vagy repülésvezérlő eszközök), amelyek a latens ESD-indukált hibák kipróbálására és modellezésére szolgálnak, jelenleg a kutatás egyik fő területe.
Olyan fogyasztó számára, aki nem dolgozik, vagy nem ismeri az elektronikai gyártást, nem feltétlenül jelent problémát. Mire a legtöbb elektronika értékesítésre kerül csomagolásra, számos olyan biztosíték van érvényben, amelyek megakadályozzák a legtöbb ESD-károsodást. Az érzékeny összetevők fizikailag nem érhetők el, és kényelmesebb utak állnak rendelkezésre( pl. Egy számítógép alváz egy földhöz van kötve, az ESD kiürítése szinte biztosan nem károsítja a CPU-t a belsejében, hanem inkább a legkisebb ellenállástföldelés a tápegység és a fali konnektor áramforrásán keresztül).Alternatívaként, ésszerű áramvezetési utak nem lehetségesek;sok mobiltelefonnak nincs vezetőképességű kültéri felülete, és csak akkor van terhelési útja a töltés során.
A rekordot három havonta meg kell tanulnod az ESD-képzésen, így folytathatnám. De úgy gondolom, elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy válaszoljon a kérdésére. Szerintem mindent ebben a válaszban pontosnak tartok, de határozottan javasolnám, ha közvetlenül felolvastad, hogy jobban megismerjem a jelenséget, ha nem tönkretettem a kíváncsiságotokat.
Az egyik ellenfelületet találó ember az, hogy a zsákok, amelyeket gyakran látnak az elektronika tárolt és szállított( antisztatikus zacskókban), szintén vezetők. Az antisztatikus azt jelenti, hogy az anyag nem gyűjt semmilyen értelmes töltést a többi anyaggal való kölcsönhatásban. De az ESD-világban ugyanolyan fontos( a lehető legteljesebb mértékben), hogy minden ugyanolyan földfeszültségre utal.
A munkafelületek( ESD szőnyegek), az ESD zsákok és más anyagok mindegyike jellemzően közös talajhoz van kötve, akár egyszerűen nincs szigetelt anyag közöttük, vagy kifejezetten úgy, hogy alacsonyan ellenálló pályákat vezetnek a talajhoz az összes munkaasztal között;a munkások csuklópántjaihoz, a padlóhoz és néhány berendezéshez. Vannak biztonsági kérdések itt. Ha nagy robbanóanyagokat és elektronikát használsz, akkor a csuklópántja közvetlenül egy talajhoz köthető, nem pedig 1M ohmos ellenállás. Ha nagyon nagy feszültség alatt dolgozik, akkor nem fektetné le magát.
Itt van egy idézet az ESD költségeiről a Cisco-ből, ami talán még egy kicsit konzervatív is, mivel a Cisco által okozott helyszíni hibák okozta káresemények általában nem eredményezik az életveszteséget, ami növelheti azt a 100x-ot, amelyet anagyság:
Van valami, amit hozzá kell adnod a magyarázathoz? Hangzik ki a megjegyzésekben. Szeretne többet válaszolni a többi technikus-tudós Stack Exchange felhasználóiról? Nézze meg a teljes vitafonalat itt.
