28Aug
Všetci sme počuli upozornenia, aby sme sa uistili, že budeme správne zakotveni pri práci na našich elektronických zariadeniach, ale pokroky v technológii zmenšili problém poškodenia statickou elektrinou alebo sú stále také rozšírené ako predtým? Dnešný príspevok SuperUser Q & A obsahuje komplexnú odpoveď na otázku zvedavého čitateľa.
dnešná otázka &Odpoveď na zasadnutie nám príde s láskavým dovolením SuperUser - subdivíziu Stack Exchange, komunitne riadeného zoskupenia webových stránok Q & A.
Foto s láskavým dovolením Jared Tarbell( Flickr).
Otázka
SuperUser Reader Ricku chce vedieť, či poškodenie statickej elektriny je stále obrovským problémom s elektronikou:
Počul som, že statická elektrina bola veľkým problémom pred pár desaťročiami. Je to stále veľký problém? Myslím si, že je zriedkavé, keď sa človek môže teraz "vyprážať" počítačovú súčasť.
Je poškodenie statickej elektriny ešte stále obrovským problémom s elektronikou?
Odpoveď
SuperUser prispievateľ Argonauts má odpoveď pre nás:
V priemysle sa označuje ako elektrostatické vybíjanie( ESD) a je oveľa viac problémom, než kedy bolo;hoci mierne zmiernil pomerne nedávne rozsiahle prijatie politík a postupov, ktoré pomáhajú znížiť pravdepodobnosť poškodenia výrobkov ESD.Bez ohľadu na to, jeho vplyv na elektronický priemysel je väčší ako mnohé iné priemyselné odvetvia.
Je to tiež obrovská téma a veľmi zložité, takže sa len dotknem niekoľkých bodov. Ak máte záujem, existuje množstvo bezplatných zdrojov, materiálov a webových stránok venovaných tomuto predmetu. Mnoho ľudí venuje svoju kariéru tejto oblasti. Výrobky poškodené systémom ESD majú veľmi reálny a veľmi veľký vplyv na všetky spoločnosti zaoberajúce sa elektronikou, či už ide o výrobcu, dizajnéra alebo "spotrebiteľa", a podobne ako v mnohých veciach, ktoré sa zaoberajú priemyslom, jeho náklady sa prenášajúus.
Z asociácie ESD:
Keďže zariadenia a veľkosť ich vlastností sú stále menšie, stávajú sa náchylnejšie na poškodenie ESD, čo má zmysel po trochu myslenia. Mechanická pevnosť materiálov používaných na zostavenie elektroniky zvyčajne klesá, pretože ich veľkosť klesá, rovnako ako schopnosť materiálu odolávať rýchlym teplotným zmenám, ktoré sa zvyčajne označujú ako tepelná hmotnosť( rovnako ako u objektov na makroúrovni).Okolo roku 2003 boli najmenšie veľkosti prvkov v rozsahu 180 nm a teraz sa rýchlo približujeme k 10 nm.
Udalosť ESD, ktorá pred 20 rokmi bola neškodná, by mohla potenciálne zničiť modernú elektroniku. Na tranzistoch je materiál brány často obeťou, ale iné prúdové nosné prvky môžu byť tiež odparované alebo roztavené.Pájka na čipoch IC( povrchová montáž ekvivalentná ako Ball Grid Array sú v dnešnej dobe oveľa bežnejšie) na doske plošných spojov je možné roztaviť a samotný kremík má niektoré kritické vlastnosti( najmä jeho dielektrická hodnota), ktoré môžu byť zmenené vysokou teplotou, Celkom vzaté, môže zmeniť okruh z polovodiča na vždy-vodič, ktorý zvyčajne končí s iskrou a zlým zápachom, keď je zapnutý čip.
Menšie veľkosti funkcií sú takmer úplne pozitívne z väčšiny perspektív metrika.napríklad rýchlosť prevádzky / hodín, ktorú možno podporiť, spotrebu elektrickej energie, tesne prepojené generovanie tepla atď., ale citlivosť na poškodenie z toho, čo by sa inak považovalo za triviálne množstvo energie, tiež značne stúpa pri zmene veľkosti objektu.
ESD ochrana je dnes vstavaná do mnohých elektroník, ale ak máte v integrovanom obvode 500 miliárd tranzistorov, nie je ťažko zistite, akú cestu statické vybíjanie zaberie so 100% istotou.
Ľudské telo je niekedy modelované( Human Body Model, HBM) ako má 100 až 250 picofarád kapacity. V tomto modeli sa napätie môže dostať tak vysoko( v závislosti od zdroja) ako 25 kV( aj keď niektoré si vyžadujú až 3 kV).Pri použití väčších čísel by osoba mala energiu "poplatok" približne 150 milijoulov. Plne nabitá osoba by o ňom zvyčajne nebola informovaná a dostane sa za zlomok sekundy vypustená cez prvú dostupnú pozemnú cestu, často elektronické zariadenie.
Všimnite si, že tieto čísla predpokladajú, že osoba nemá na sebe oblečenie, ktoré je schopné nosiť dodatočný poplatok, čo je zvyčajne prípad. Existujú rôzne modely na výpočet úrovne rizika ESD a energetickej náročnosti a veľmi rýchlo sa mätú veľmi rýchlo, pretože sa zdá, že v niektorých prípadoch navzájom odporujú.Tu je odkaz na vynikajúcu diskusiu o mnohých štandardoch a modeloch.
Bez ohľadu na špecifickú metódu, ktorá sa používa na výpočet, nie je a určite neznie tak veľa energie, ale je viac ako dostatočné na zničenie moderného tranzistora. V kontexte je jeden joule energie ekvivalentný( podľa Wikipédie) s energiou potrebnou na zdvihnutie stredne veľkých paradajok( 100 gramov) o meter vertikálne od povrchu Zeme.
To je na strane "najhoršieho scenára" udalosti ESD len pre človeka, kde človek nesie náboj a vybije ho do náchylného zariadenia. Napätie, ktoré je vysoké z pomerne nízkeho množstva náboja, nastáva, keď je osoba veľmi zle uzemnená.Kľúčovým faktorom v tom, čo a koľko sa poškodí, nie je vlastne náboj alebo napätie, ale prúd, ktorý v tejto súvislosti možno považovať za to, ako nízka je odpor dráhy elektronického zariadenia na zem.
Ľudia, ktorí pracujú v elektronike, sú zvyčajne uzemení pomocou popruhov na zápästie a / alebo uzemňovacích pásov na svojich nohách. Nie sú "šortky" na uzemnenie;odpor je dimenzovaný tak, aby zabránil tomu, aby pracovníci slúžili ako bleskové tyče( ľahko sa dostali do elektrického prúdu).Pásky na zápästie sú zvyčajne v rozsahu 1M Ohm, ale stále to umožňuje rýchle vybíjanie akejkoľvek nahromadenej energie. Kapacitné a izolované predmety spolu s akýmkoľvek iným nábojom vytvárajúcim alebo ukladajúcim materiálom sú izolované z pracovných priestorov, veci ako polystyrén, obal bublín a plastové poháre.
Existujú doslova nespočetné množstvo ďalších materiálov a situácií, ktoré môžu viesť k poškodeniu ESD( od pozitívnych i negatívnych rozdielov v relatívnom náboji) k zariadeniu, kde samotné ľudské telo nenesie náboj "vnútorne", ale jednoducho uľahčuje jeho pohyb. Príkladom karikatúry by bolo nosenie sveterového svetre a ponožiek pri prechode cez koberec a následné zdvihnutie alebo dotýkanie sa kovového predmetu. To vytvára výrazne vyššie množstvo energie, ako by mohlo samo uložiť telo.
Jeden posledný bod o tom, koľko energie potrebuje na poškodenie modernej elektroniky.10-metrový tranzistor( ešte nie je bežný, ale bude to v nasledujúcich pár rokoch) má hrúbku brány menej ako 6 nm, ktorá sa blíži k tomu, čo nazýva monovrstva( jedna vrstva atómov).
Je to veľmi zložitý predmet a množstvo poškodenia, ktoré udalosť ESD môže spôsobiť zariadeniu, je ťažké predpovedať kvôli obrovskému počtu premenných vrátane rýchlosti vypúšťania( koľko odporov je medzi nábojom a zemou), počet ciest na zemi cez zariadenie, vlhkosť a okolité teploty a mnoho ďalších. Všetky tieto premenné môžu byť zapojené do rôznych rovníc, ktoré dokážu modelovať dopad, ale nie sú strašne presné pri predpovedaní skutočných škôd, ale lepšie pri zostavovaní možných škôd z udalosti.
V mnohých prípadoch a to je veľmi špecifické pre priemysel( myslím lekársky alebo letecký), udalosť katastrofického zlyhania indukovaná ESD je oveľa lepší výsledok než udalosť ESD, ktorá prechádza bezpredmetnou výrobou a testovaním. Neobmedzené udalosti ESD môžu spôsobiť veľmi malú chybu alebo možno mierne zhoršiť už existujúcu a nedetegovanú skrytú chybu, ktorá sa v obidvoch scenároch môže časom zhoršiť z dôvodu buď ďalších malých udalostí ESD alebo len pravidelného používania.
Výsledkom je katastrofálne a predčasné zlyhanie zariadenia v umelo skrátenom časovom rámci, ktoré nemožno predvídať modelmi spoľahlivosti( ktoré sú základom pre plány údržby a náhrady).Kvôli tomuto nebezpečenstvu a ľahko sa myslia na hrozné situácie( napr. Mikroprocesor alebo prístroje na kontrolu letu kardiostimulátorov), prichádza s spôsobmi testovania a modelovania latentných defektov vyvolaných ESD je v súčasnosti hlavnou oblasťou výskumu.
Pre spotrebiteľa, ktorý nepracuje ani nevie o výrobe elektroniky, nemusí to byť problém. V čase, keď je väčšina elektroniky balená na predaj, existuje veľa ochranných opatrení, ktoré by zabránili väčšine škôd spôsobených ESD.Citlivé komponenty sú fyzicky nedostupné a sú k dispozícii pohodlnejšie cesty k zemi( tj počítačový podvozok je viazaný na zem, vybíjanie ESD do nej takmer určite nepoškodí procesor vnútri skrine, ale namiesto toho má najnižšiu cestu odporu kuzemnite cez zdroj napájania a zdroj elektrickej zásuvky v stene).Alternatívne nie sú možné žiadne rozumné dráhy prenášania prúdu;mnohé mobilné telefóny majú nevodivé exteriéry a pri nabíjaní majú len pozemnú cestu.
Pre záznam, musím absolvovať školenie ESD každé tri mesiace, takže by som mohol pokračovať.Myslím si však, že by to malo stačiť na to, aby ste odpovedali na vašu otázku. Verím, že všetko v tejto odpovedi musí byť presné, ale rád by som vám odporučil, aby ste si ju priamo prečítali, aby ste sa lepšie oboznámili s týmto javom, ak som nezničil vašu zvedavosť.
Jedna vec, ktorú ľudia považujú za protiintuitu, je to, že tašky, ktoré často vidíte v elektronike uloženej a dodanej( antistatické vrecká), sú tiež vodivé.Antistatické znamená, že materiál nebude zbierať žiadny zmysluplný náboj z interakcie s inými materiálmi. Ale vo svete ESD je rovnako dôležité( v čo najväčšom možnom rozsahu), aby všetko malo rovnaké referenčné hodnoty zemného napätia.
Pracovné plochy( ESD rohože), vrecká ESD a iné materiály sú typicky udržiavané viazané na spoločnú zem, buď jednoducho nemajú izolovaný materiál medzi nimi, alebo explicitnejšie zapojením nízkych odporových ciest do zeme medzi všetkými pracovnými lavičkami;konektory pre pracovné pásky zápästia, podlahu a niektoré zariadenia. Tu sú bezpečnostné otázky. Ak pracujete s vysokými výbušninami a elektronikou, zápästné pásmo by mohlo byť viazané priamo na zem, a nie ako rezistor 1M Ohm. Ak pracujete s veľmi vysokým napätím, vôbec by ste sa nezakladali.
Tu je citát o nákladoch na ESD od spoločnosti Cisco, čo môže byť trochu konzervatívne, pretože vedľajšie škody spôsobené zlyhaním poľa pre spoločnosť Cisco zvyčajne nevedú k strate života, čo môže zvýšiť 100x, na ktoré odkazujú príkazyveľkosť:
Musíte niečo doplniť k vysvetleniu? Znížte komentáre. Chcete si prečítať viac odpovedí od iných používateľov technológie Stack Exchange? Pozrite sa na celý diskusný príspevok tu.