האם חשמל סטטי נזק עדיין בעיה ענקית עם אלקטרוניקה?

כולנו שמענו את האזהרות כדי לוודא שאנחנו מקורקעים כראוי כאשר עובדים על המכשירים האלקטרוניים שלנו, אבל יש התקדמות הטכנולוגיה הפחית את הבעיה של נזק חשמל סטטי או שזה עדיין נפוץ כמו בעבר?כותב היום של Q & פוסט יש תשובה מקיפה לשאלה הקורא סקרן.

השאלה של היום &מפגש תשובה מגיע אלינו באדיבות SuperUser - חלוקה של סטאק שערי, קהילה מונחה קיבוץ של Q & אתרי אינטרנט.

תמונה באדיבות Jared Tarbell( Flickr).

השאלה

SuperUser הקורא Ricku רוצה לדעת אם נזק חשמל סטטי הוא עדיין בעיה ענקית עם האלקטרוניקה עכשיו:

שמעתי כי חשמל סטטי היה בעיה גדולה לפני כמה עשורים.האם זה עדיין בעיה גדולה עכשיו?אני מאמין שזה נדיר עבור אדם "לטגן" רכיב המחשב עכשיו.

האם נזק חשמל סטטי עדיין בעיה ענקית עם האלקטרוניקה עכשיו?

התשובה

תרומת SuperUser ארגונוטים יש את התשובה עבורנו:

בתעשייה, זה נקרא הפרשות אלקטרו סטטי( ESD) והוא הרבה יותר בעיה עכשיו מאשר אי פעם היה;למרות שזה כבר מקולקל במידה מסוימת על ידי לאחרונה נרחב למדי של אימוץ מדיניות ונהלים המסייעים להפחית את הסבירות של נזק ESD למוצרים.עם זאת, השפעתה על תעשיית האלקטרוניקה גדולה יותר מתעשיות רבות אחרות.

זה גם נושא ענק של לימוד מורכב מאוד, אז אני רק לגעת על כמה נקודות.אם אתה מעוניין, ישנם מקורות חופשיים רבים, חומרים, ואתרי אינטרנט המוקדש לנושא.אנשים רבים להקדיש את הקריירה שלהם לאזור זה.למוצרים שנפגעו על ידי ESD יש השפעה ממשית גדולה מאוד על כל החברות המעורבות בתחום האלקטרוניקה, בין אם זה בתור יצרן, מעצב, או "הצרכן", וכמו דברים רבים עסקו בתעשייה, העלויות שלה מועבריםלָנוּ.

מאגודת ESD:

ככל שהתקנים וגודל התכונות שלהם הופכים להיות קטנים יותר, הם הופכים רגישים יותר לפגיעה ב- ESD, מה שעלול להיות הגיוני אחרי קצת מחשבה.חוזק מכני של החומרים המשמשים לבניית האלקטרוניקה בדרך כלל יורד ככל שגודלם פוחת, וכך גם יכולתו של החומר לעמוד בפני שינויי טמפרטורה מהירים, המכונים בדרך כלל מסה תרמית( בדיוק כמו באובייקטים בקנה מידה מאקרו).בסביבות 2003, גודל התכונה הקטן ביותר היו בטווח 180 ננומטר ועכשיו אנחנו מתקרבים במהירות 10 ננומטר.

אירוע ESD כי לפני 20 שנה היה מזיק עלול להרוס את האלקטרוניקה המודרנית.על טרנזיסטורים, החומר השער הוא לעתים קרובות הקורבן, אבל אלמנטים נושאים הנוכחי הנוכחי יכול להיות מאדה או נמס גם כן.הלחמה על סיכות של IC( משטח שווה ערך כמו מערך רשת בול נפוצים הרבה יותר בימים אלה) על PCB יכול להימס, ואת הסיליקון עצמו יש כמה מאפיינים קריטיים( במיוחד הערך הדיאלקטרי שלה) כי ניתן לשנות על ידי חום גבוה.הוא יכול לשנות את המעגל ממוליך למחצה למוליך תמיד, שבדרך כלל מסתיים עם ניצוץ וריח רע כאשר השבב מופעל.

גדלים קטנים יותר של תכונות הם כמעט חיוביים לחלוטין מנקודות המבט של רוב הערכים.דברים כמו ההפעלה / מהירויות שעון כי ניתן נתמך, צריכת החשמל, הדור חום בשילוב הדוק, וכו ', אבל הרגישות לנזק ממה שאחרת ייחשב כמויות טריוויאלי של אנרגיה גם מגדיל מאוד כמו גודל התכונה יורדת.

הגנה ESD הוא מובנה לתוך האלקטרוניקה רבים היום, אבל אם יש לך 500 מיליארד טרנזיסטורים במעגל משולב, זה לא בעיה tractable כדי לקבוע איזה נתיב הפרשות סטטי ייקח עם 100 אחוז וודאות.

גוף האדם מעוצב לפעמים( גוף גוף האדם, HBM) כבעל 100 עד 250 פיקופארדים של קיבול.במודל זה, המתח יכול להגיע גבוה( תלוי במקור) כמו 25 קילו וולט( אם כי חלק טוענים רק גבוה כמו 3 קילו וולט).באמצעות מספרים גדולים יותר, האדם היה אנרגיה "תשלום" של כ 150 millijoules.אדם "טעון" באופן מלא לא יהיה מודעים לכך בדרך כלל, והוא מקבל משוחרר בשבריר שנייה דרך נתיב הקרקע הזמין הראשון, לעתים קרובות מכשיר אלקטרוני.

שים לב כי מספרים אלה מניחים שהאדם אינו לובש בגדים המסוגלים לשאת תשלום נוסף, וזה בדרך כלל המקרה.ישנם מודלים שונים לחישוב רמות הסיכון של ESD ורמת האנרגיה, והיא מתבלבלת מאוד מהר מאוד, שכן נראה שהם סותרים זה את זה במקרים מסוימים.הנה קישור לדיון מעולה של רבים של סטנדרטים ומודלים.

ללא קשר לשיטה הספציפית המשמשת לחישוב זה, היא אינה, ובוודאי אינה נשמעת כמו אנרגיה רבה, אך היא מספיקה להרוס טרנזיסטור מודרני.בהקשר זה, אנרגיה אחת היא שווה ערך( על פי ויקיפדיה) לאנרגיה הדרושה להרים עגבניות בגודל בינוני( 100 גרם) מטר אחד אנכית מעל פני כדור הארץ.

זה נופל על הצד "תרחיש הגרוע ביותר" של אירוע ESD אנושי בלבד, שבו האדם נושא מטען ו פורק אותו לתוך מכשיר רגיש.מתח גבוה כי כמות נמוכה יחסית של תשלום מתרחשת כאשר האדם הוא מקורקע מאוד.גורם מפתח במה וכמה מקבל פגום הוא לא באמת את החיוב או את המתח, אבל הנוכחי, אשר בהקשר זה ניתן לחשוב על כמה נמוך ההתנגדות של הנתיב של המכשיר האלקטרוני לקרקע היא.

אנשים העוסקים באלקטרוניקה מסודרים בדרך כלל עם רצועות היד ו / או רצועות הארקה על רגליהם.הם לא "קצרים" עבור הארקה;ההתנגדות היא בגודל כדי למנוע את העובדים מלהיות ברקים( בקלות מקבל electrocuted).להקות שורש הם בדרך כלל בטווח אום 1M, אבל זה עדיין מאפשר פריקה מהירה של כל האנרגיה שנצברו.פריטים קיבולי ומבודד יחד עם כל תשלום אחר שנוצר או אחסון חומרים מבודדים מאזורי עבודה, דברים כמו פוליסטירן, עטיפת בועות, כוסות פלסטיק.

יש אינספור חומרים אחרים ומצבים שיכולים לגרום לנזק ל- ESD( מהפרשי חיוב חיוביים ושליליים יחסית) למכשיר שבו הגוף האנושי עצמו אינו נושא את המטען "פנימי", אלא רק מקדם את תנועתו.דוגמה לקריקטורה היתה לובשת סוודר צמר וגרביים תוך כדי הליכה על שטיח, ואז מרימה או נוגעת באובייקט מתכת.זה יוצר כמות גבוהה משמעותית של אנרגיה מאשר הגוף עצמו יכול לאחסן.

נקודה אחרונה על כמה מעט אנרגיה זה לוקח נזק האלקטרוניקה המודרנית.טרנזיסטור 10 ננומטר( לא נפוץ עדיין, אבל זה יהיה בשנים הקרובות) יש עובי השער פחות מ 6 ננומטר, אשר מתקרב למה שהם מכנים monolayer( שכבה אחת של אטומים).

זה נושא מסובך מאוד, ואת כמות הנזק אירוע ESD יכול לגרום למכשיר קשה לחזות בשל מספר עצום של משתנים, כולל המהירות של פריקה( כמה התנגדות יש בין החיוב לבין הקרקע), מספר נתיבים לקרקע דרך המכשיר, לחות וטמפרטורות הסביבה, ועוד רבים.כל המשתנים הללו ניתנים לחיבור למשוואות שונות שיכולות להדגים את ההשפעה, אך הן אינן מדויקות במידה ניכרת בעת ניבוי נזק ממשי, אך עדיף לסגור את הנזק האפשרי מאירוע.

במקרים רבים, וזה מאוד ספציפי בתעשייה( לחשוב רפואי או חלל), אירוע ESD-Indduced כישלון קטסטרופלי הוא תוצאה טובה יותר מאשר אירוע ESD שעובר דרך ייצור ובדיקה מעיניהם.אירועי ESD מעיניהם יכולים ליצור פגם קל מאוד, או אולי להחמיר מעט פגם טמון קיים ובלתי מזוהה, אשר בשני התרחישים יכול להחמיר עם הזמן בשל או אירועים נוספים ESD קטין או רק שימוש קבוע.

בסופו של דבר הם גורמים לכשל קטסטרופלי ומוקדם של המכשיר במסגרת זמן מקוצר באופן מלאכותי, שלא ניתן לחזות על ידי מודלים מהימנים( המהווים את הבסיס ללוחות תחזוקה ותחזוקה).בגלל סכנה זו, וקל לחשוב על מצבים איומים( לדוגמה, מעבד קוצב לב או כלי בקרת טיסה), מתקרבים דרכים לבחון ולדגם פגמים הנגרמים על ידי ESD-induced, הוא תחום מרכזי במחקר כרגע.

עבור צרכן שלא עובד או יודע הרבה על ייצור אלקטרוניקה, זה אולי לא נראה בעיה.לפי רוב האלקטרוניקה הם ארוזים למכירה, ישנם אמצעי הגנה רבים במקום שימנע נזק ESD ביותר.הרכיבים הרגישים אינם נגישים פיזית ונתיבים נוחים יותר לקרקע זמינים( כלומר, שלדה של המחשב קשורה לקרקע, פריקת ESD לתוכה כמעט ואינה מזיקה למעבד בתוך המקרה, אך במקום זאת, נתיב ההתנגדות הנמוך ביותר הואהקרקע באמצעות אספקת החשמל ואת מקור חשמל בקיר מוצא).לחלופין, לא סביר נתיבי נשיאה הנוכחי אפשרי;טלפונים ניידים רבים יש החיצוניים שאינם מוליכים ורק נתיב הקרקע כאשר מחויב.

בשביל הרשומה, אני צריך לעבור אימון ESD כל שלושה חודשים, אז אני יכול פשוט להמשיך.אבל אני חושב שזה צריך להיות מספיק כדי לענות על השאלה שלך.אני מאמין שהכל בתשובה זו מדויק, אבל אני ממליץ בחום לקרוא את זה ישירות כדי להכיר טוב יותר את התופעה אם לא הרסתי את סקרנותך לתמיד.

דבר אחד שאנשים מוצאים נגד אינטואיטיבי הוא כי התיקים אתה רואה לעתים קרובות האלקטרוניקה מאוחסנים ושלחו( שקיות אנטי סטטי) הם גם מוליך.אנטי סטטי פירושו כי החומר לא יאסוף כל תשלום משמעותי מ אינטראקציה עם חומרים אחרים.אבל בעולם ESD, חשוב באותה מידה( במידה הטובה ביותר האפשרית) שלכל דבר יש את אותה התייחסות למתח הארצי.

משטחי עבודה( ESD mats), שקיות ESD וחומרים אחרים קשורים בדרך כלל לקרקע משותפת, בין אם פשוט על ידי כך שאין להם חומר מבודד ביניהם, או באופן מפורש יותר על ידי נתיבי התנגדות נמוכים בחוטי חשמל לקרקע בין כל ספסלי העבודה;את המחברים של רצועת הידיים של העובדים, את הרצפה, וכמה ציוד.יש כאן בעיות בטיחות.אם אתה עובד סביב חומרי נפץ ואלקטרוניקה גבוהים, רצועת היד שלך עשויה להיות קשורה ישירות לאדמה ולא נגד 1M אוהם.אם אתה עובד סביב מתח גבוה מאוד, לא היית הקרקע שלך בכלל.

הנה ציטוט על העלויות של ESD מסיסקו, שעשויות אף להיות קצת שמרניות, שכן הנזק המשולב מכישלונות שדה עבור סיסקו בדרך כלל אינו גורם לאובדן חיים, אשר יכול להעלות את 100x המכונה על ידי הזמנות שלגודל:

יש משהו להוסיף להסבר?נשמע את ההערות.רוצה לקרוא תשובות נוספות ממשתמשים אחרים בעלי ידע טכנולוגי?בדוק את נושא הדיון המלא כאן.