28Aug
Vsi smo slišali opozorila, da se prepričamo, da smo pri delu z našimi elektronskimi napravami pravilno zasnovani, vendar so napredki v tehnologiji zmanjšali problem poškodbe statične elektrike ali pa je še vedno tako razširjen kot prej? Današnji SuperUser Q & Objava ima celovit odgovor na radovedno vprašanje bralca.
Današnje vprašanje &S sejo odgovora prihaja uporaba SuperUserja, ki je razdeljena na Stack Exchange, skupinsko spletno stran Q & A.
Foto: Jared Tarbell( Flickr).
Vprašalnik
SuperUser bralec Ricku želi vedeti, ali je statična elektrika še vedno velik problem z elektroniko zdaj:
Slišal sem, da je statična elektrika velik problem pred nekaj desetletji. Je še vedno velik problem zdaj? Menim, da je redko, da oseba zdaj "fry" računalniške komponente.
Ali je statična elektrika še vedno ogromna težava z elektroniko?
Odzivnik
SuperUser, ki prispeva Argonauts, ima odgovor za nas:
V industriji se imenuje Elektrostatična razelektritev( ESD) in zdaj je zdaj bolj problematična kot kdajkoli prej;čeprav ga je nekoliko ublažilo precej nedavno razširjeno sprejetje politik in postopkov, ki pomagajo zmanjšati verjetnost poškodb zaradi ESD za proizvode. Ne glede na to, njegov vpliv na elektronsko industrijo je večji od mnogih drugih celotnih panog.
To je tudi velika tema študija in zelo zapletena, zato se bom dotaknil le nekaj točk.Če vas zanima, obstaja veliko brezplačnih virov, gradiv in spletnih strani, posvečenih temi. Mnogi ljudje posvečajo svojo kariero na tem področju. Izdelki, ki jih je poškodovalo podjetje ESD, imajo resnično in zelo velik vpliv na vsa podjetja, ki se ukvarjajo z elektroniko, bodisi kot proizvajalec, oblikovalec ali "potrošnik", in podobno kot v industriji, se stroški prenesejo nanas.
Iz združenja ESD:
Ker naprave in velikost njihovih funkcij nenehno postajajo manjše, postanejo bolj dovzetni za poškodbe z ESD, kar je smiselno po pomisleku. Mehanska trdnost materialov, ki se uporabljajo za gradnjo elektronike, se navadno zmanjšuje, ko se njihova velikost zmanjša, prav tako pa tudi zmožnost materiala, da se upre hitam temperaturnim spremembam, ki se ponavadi imenujejo termična masa( tako kot v predmetih makro lestvice).Okoli leta 2003 so bile najmanjše značilnosti v območju 180 nm in zdaj se hitro približujemo 10 nm.
Dogodek ESD, ki bi bil pred 20 leti neškodljiv, bi lahko uničil sodobno elektroniko. Na tranzistorjih je material za vrata pogosto žrtev, vendar se lahko drugi uporovni elementi uparijo ali stopijo. Spajkanje na nožice IC-ja( ekvivalentna površinska montaža, kot je Ball Grid Array, je veliko bolj pogosta v teh dneh) na PCB se lahko stopi in silikon sama ima nekaj kritičnih značilnosti( zlasti njegovo dielektrično vrednost), ki se lahko spremeni z visoko toploto. V celoti se lahko spremeni vezje od polprevodnika do vedno vodnika, ki se običajno konča z iskrico in slabim vonjem, ko je čip vklopljen.
Majhne velikosti funkcij so skoraj povsem pozitivne iz večine meritev;stvari, kot so obratovalne / taktne hitrosti, ki jih je mogoče podpirati, porabo energije, tesno povezano proizvodnjo toplote itd., vendar občutljivost na škodo, ki bi sicer veljala za trivialne količine energije, prav tako močno narašča, ko se velikost funkcije zmanjša.
zaščita ESD je vgrajena v številne elektronike danes, vendar če imate 500 milijard tranzistorjev v integriranem vezju, to ni težko določiti, kakšno pot bo statična razrešnica vzela s 100-odstotno gotovostjo.
Človeško telo je včasih modelirano( Human Body Model, HBM), ki ima od 100 do 250 picofarads kapacitivnosti. V tem modelu lahko napetost postane tako visoka( odvisno od vira) kot 25 kV( čeprav nekateri zahtevajo le do 3 kV).Z uporabo večjih številk bi imela oseba energijo "napolniti" približno 150 milijonov. Popolnoma "zaračunana" oseba se tega ne bi zavedala in se z delom sekunde odziva skozi prvo razpoložljivo pot na zemlji, pogosto elektronsko napravo.
Upoštevajte, da te številke predvidevajo, da oseba ne nosi oblačil, ki bi lahko nosili dodatno plačilo, kar je običajno. Obstajajo različni modeli za izračun tveganja za tveganje in raven energije ter postane zelo zmedeno zelo hitro, saj se zdijo v nekaterih primerih v nasprotju. Tukaj je povezava do odlične razprave o številnih standardih in modelih.
Ne glede na specifično metodo, ki jo je uporabila za izračun, ni in zagotovo ne zveni kot veliko energije, vendar je več kot dovolj za uničenje sodobnega tranzistorja. Za kontekst je en džul energije enakovreden( glede na Wikipedijo) na energijo, potrebno za dvigovanje srednje velikega paradižnika( 100 gramov) enega metra navpično od površine Zemlje.
To spada na "najslabšem scenariju" strani dogodka, ki je edini človek, pri katerem človek nosi polnjenje in ga spusti v občutljivo napravo. Napetost, ki je visoka od relativno majhne količine polnjenja, se pojavi, ko je oseba zelo slabo ozemljena. Ključni dejavnik, kaj in kako se poškoduje, ni dejansko naboj ali napetost, temveč tok, ki se v tem kontekstu lahko šteje za nizko odpornost poti elektronske naprave do tal.
Ljudje, ki delajo po elektroniki, so navadno zasnovani z zapestnimi trakovi in / ali ozemljitvami na nogah. Niso "hlače" za ozemljitev;odpornost je velika, da delavcem preprečimo, da bi služili kot gromobran( zlahka dobivali električni udarec).Zapestni pasovi so običajno v območju 1M Ohm, vendar to še vedno omogoča hitro praznjenje katere koli nabrane energije. Z delujočimi deli, kot so polistiren, mehurčki in plastične skodelice, so izolirani kapacitivni in izolirani predmeti skupaj z vsemi drugimi materiali, ki ustvarjajo ali shranjujejo.
Obstaja dobesedno nešteto drugih materialov in situacij, ki lahko povzročijo poškodbo ESD( tako pozitivnih kot negativnih relativnih razlike polnjenja) na napravo, kjer človeško telo sama ne nosi napetosti "notranje", ampak le olajša njegovo gibanje. Zgled primera risanja bi nosil volneno pulover in nogavice, medtem ko bi hodil čez preprogo, nato pa dvignil ali se dotaknil kovinskega predmeta. To ustvarja znatno višjo količino energije, kot bi se lahko shranilo telo.
Zadnja točka o tem, kako malo energije potrebuje za poškodovanje sodobne elektronike.10 nm tranzistor( še ni pogost, vendar bo v naslednjih nekaj letih) ima debelino vrat manjšo od 6 nm, ki se približuje tistemu, kar imenujeta monosloj( en sloj atomov).
To je zelo zapleten predmet in količina poškodb, ki bi lahko povzročila napako v napravi, je težko napovedati zaradi velikega števila spremenljivk, vključno s hitrostjo izpusta( kolikšna je odpornost med polnjenjem in tlemi), število poti do tal skozi napravo, vlažnost in temperaturo okolice ter še veliko več.Vse te spremenljivke je mogoče priključiti na različne enačbe, ki lahko ustvarjajo vpliv, vendar še niso zelo natančne pri napovedovanju dejanske škode, vendar bolje pri oblikovanju morebitne škode od dogodka.
V mnogih primerih, in to je zelo specifično za industrijo( mislimo na medicinsko ali vesoljsko), je dogodek katastrofalnega popuščanja, ki ga sproži ESR, mnogo boljši rezultat kot dogodek ESD, ki skozi proizvodnjo in preizkušanje opazi neopaženo. Neznani dogodki ESD lahko ustvarijo zelo majhno napako ali pa nekoliko poslabšajo že obstoječo in neodkrite latentno napako, ki se lahko v obeh scenarijih sčasoma poslabša zaradi dodatnih manjših dogodkov ESD ali samo redne uporabe.
Na koncu povzroči katastrofalno in prezgodnjo odpoved naprave v umetno skrajšanem časovnem okviru, ki ga modelov zanesljivosti ne moremo predvideti( ki so osnova za vzdrževanje in nadomestne programe).Zaradi te nevarnosti in enostavne razmišljanja o groznih situacijah( na primer mikroprocesorju ali instrumentih za kontrolo letenja), prihajajoči načini preskušanja in modeliranja latentnih napak, ki jih povzročajo okužbe, je zdaj glavni raziskovalni prostor.
Za potrošnika, ki ne dela in ne ve veliko o proizvodnji elektronike, se morda ne zdi problem. Do takrat, ko je večina elektronike pakiranih za prodajo, obstajajo številni zaščitni ukrepi, ki bi preprečili večino poškodb ESD.Občutljive komponente so fizično nedostopne in na voljo so primernejše poti do tal( to pomeni, da je računalniško ohišje vezano na tla, pri čemer se odvajanje ESD v to skoraj zagotovo ne bo poškodovalo CPU znotraj ohišja, temveč naj bo najnižja pot odpornosti naozemljite prek napajalnega in viralnega vira napajanja).Druga možnost je, da ni možnih trenutnih potnih poti;mnogi mobilni telefoni imajo neprevodne zunanje površine in imajo le talno pot ob polnjenju.
Za zapisnik moram vsake tri mesece iti skozi ESD usposabljanje, zato sem lahko nadaljeval. Ampak mislim, da bi to zadostovalo za odgovor na vaše vprašanje. Verjamem, da je vse, kar je v tem odgovoru, točno, vendar bi močno svetoval branju na njem, da bi se bolje seznanil s tem pojavom, če nisem uničil vaše radovednosti za dobro.
Ena stvar, ki jo ljudje najdejo protiutež, je, da so vrečke, ki jih pogosto vidite v elektroniki, shranjenih in dobavljenih v( antistatične vrečke), tudi prevodne. Antistatično pomeni, da material ne bo zbral kakršne koli smiselne nabore medsebojnega interakcije z drugimi materiali. Toda v svetu ESD je enako pomembno( v najboljšem možnem obsegu), da ima vse enako referenco talne napetosti.
Delovne površine( matice ESD), vreče ESD in drugi materiali so običajno vezane na skupno podlago, bodisi preprosto brez izoliranega materiala med njimi ali bolj izrecno z ožičenjem nizkih odpornih poti do tal med vsemi delovnimi klopi;priključke za delovne zapestne trakove, tla in drugo opremo. Obstajajo varnostna vprašanja tukaj.Če se ukvarjate z visokim eksplozivom in elektroniko, se vam lahko zapestni trak poveže neposredno z zemljo in ne s 1M Ohm uporom.Če delate na zelo visoki napetosti, se sploh ne bi mletili.
Tukaj je citat o stroških sistema ESD od podjetja Cisco, ki je morda celo malo konzervativen, saj kolateralna škoda zaradi napak na področju za Cisco običajno ne povzroči izgube življenj, kar lahko poveča to 100-krat, ki ga označujejo naročilamagnituda:
Ali želite dodati nekaj pojasnila? Zvok v komentarjih.Želite prebrati več odgovorov od drugih uporabniških članov stack Exchange? Oglejte si celotno temo za razpravo tukaj.