האם נזק חשמל סטטי 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 קודם? היום של SuperUser Q & A פוסט יש תשובה מקיפה לשאלה הקורא סקרן.

מפגש השאלות והתשובות של היום מגיע אלינו באדיבות SuperUser - חלוקה מחודשת של Stack Exchange, קיבוץ מונחה על ידי הקהילה של אתרי אינטרנט של Q & A.

באדיבות ג'ארד טרבל (פליקר).

השאלה

SuperUser הקורא Ricku רוצה לדעת אם חשמל סטטי נזק 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

לתורם SuperUser Argonauts יש את התשובה עבורנו:

בתעשייה, זה נקרא הפרשות אלקטרו סטטית (ESD) והוא הרבה יותר בעיה עכשיו מאשר אי פעם היה; אם כי זה 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 פשוט לגעת על כמה נקודות. אם אתה מעוניין, ישנם מקורות חופשיים רבים, חומרים, ואתרי אינטרנט המוקדש לנושא. אנשים רבים מקדישים את הקריירה שלהם לאזור זה. למוצרים שנפגעו על ידי ESD יש השפעה ממשית מאוד גדולה על כל החברות המעורבות בתחום האלקטרוניקה, בין אם זה בתור יצרן, מעצב, או "הצרכן", וכמו דברים רבים עסקו בתעשייה, העלויות שלה מועברים אותנו.

מתוך האגודה ESD:

כמו התקנים בגודל של תכונות שלהם הופכים להיות קטנים יותר, הם הופכים רגישים יותר להיות פגום על ידי ESD, וזה הגיוני אחרי קצת מחשבה. חוזק מכני של החומרים המשמשים לבניית האלקטרוניקה בדרך כלל יורד כמו גודל שלהם פוחת, כמו גם את היכולת של החומר להתנגד שינויים בטמפרטורה מהירה, המכונה בדרך כלל מסת תרמית (בדיוק כמו חפצים בקנה מידה מאקרו). בסביבות 2003, גודל התכונה הקטן ביותר היו בטווח ננומטר 180 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 אחרים נושאים הנוכחי נושאת 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 בשילוב הדוק חום, וכו ', אבל את הרגישות לנזק ממה שאחרת ייחשב כמויות טריוויאלי של אנרגיה גם מגדיל מאוד כמו גודל תכונה יורד.

הגנת ESD היא מובנית 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 ודאות.

גוף האדם הוא המודל לפעמים (גוף גוף האדם, HBM) כמו שיש 100 עד 250 picofarads 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 מודעת לכך בדרך כלל, והוא מגיע לפרקים בשבריר שנייה דרך נתיב הקרקע הראשון הזמין, לעתים קרובות מכשיר אלקטרוני.

שים לב כי מספרים אלה מניחים את האדם אינו לובש בגדים המסוגל 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 לא, ובוודאי לא נשמע כמו הרבה אנרגיה, אבל זה יותר ממספיק כדי 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 "תרחיש הגרוע ביותר" בצד של אדם רק ESD האירוע, 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 מה וכמה מקבל פגום הוא לא למעשה את החיוב או את המתח, אבל הנוכחי, אשר בהקשר זה ניתן לחשוב על כמה נמוך ההתנגדות של הנתיב של המכשיר האלקטרוני על הקרקע היא.

אנשים העובדים סביב האלקטרוניקה הם בדרך כלל מקורקע 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 המצטברת. פריטים קיבולי ומבודד יחד עם כל תשלום אחר שנוצר או אחסון חומרים מבודדים מאזורי עבודה, דברים כמו פוליסטירן, עטיפת בועות, כוסות פלסטיק.

יש ממש אין ספור חומרים אחרים ומצבים שיכולים לגרום נזק ESD (משני ההבדלים חיוביים ושליליים יחסית חיוב) למכשיר שבו הגוף האנושי עצמו אינו נושא את המטען "פנימי", אבל רק מקלה על התנועה שלה. דוגמה לרמת קריקטורה תלבש סוודר צמר וגרביים תוך כדי הליכה על שטיח, ואז להרים או לגעת באובייקט מתכת. זה יוצר כמות גבוהה משמעותית של אנרגיה מאשר הגוף עצמו יכול לאחסן.

נקודה אחת 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 לנבא בשל מספר עצום של משתנים, כולל מהירות של פריקה (כמה התנגדות יש בין תשלום לקרקע) , מספר נתיבים לקרקע דרך המכשיר, לחות וטמפרטורות הסביבה, ועוד רבים. כל המשתנים הללו ניתנים לחיבור למשוואות שונות שיכולות להדגים את ההשפעה, אך הם אינם מדויקים במידה ניכרת בעת ניבוי נזק ממשי, אך עדיף לסגור את הנזק האפשרי מאירוע.

במקרים רבים, וזה מאוד ספציפי בתעשייה (לחשוב רפואי או חלל), ESD- המושרה אירוע 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 עקב או אירועים נוספים ESD קטין או רק שימוש קבוע.

הם בסופו של דבר לגרום לכישלון קטסטרופלי מוקדמת של המכשיר במסגרת זמן מקוצר באופן מלאכותי, כי לא ניתן לחזות על ידי מודלים אמינות (המהווה את הבסיס לוחות תחזוקה תחליף). בגלל סכנה זו, וקל לחשוב על מצבים איומים (למשל, מעבד קוצב לב או כלי בקרת טיסה), מתקרבים דרכים לבחון ולדגם פגמים הנגרמים על-ידי ESD, הוא תחום מרכזי של מחקר 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. המרכיבים 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 הוא הקרקע 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 הכל בתשובה זו כדי להיות מדויק, אבל הייתי ממליץ בחום לקרוא על זה ישירות כדי להכיר טוב יותר את התופעה אם לא הרס את סקרנותך לתמיד.

דבר אחד, כי אנשים מוצאים אנטי 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 נשמרים בדרך כלל על קרקע משותפת, בין אם פשוט על ידי כך שאין להם חומר מבודד ביניהם, או באופן מפורש יותר על ידי נתיבי התנגדות נמוכים של חוטים לאדמה בין כל ספסלי העבודה; את המחברים של רצועת היד של העובדים, את הרצפה, וכמה ציוד. יש כאן בעיות בטיחות. אם אתה עובד סביב חומר נפץ גבוה ואלקטרוניקה, 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 של סיסקו, אשר עשוי אפילו להיות קצת שמרני, כמו הנזק המשולב מכישלונות שדה עבור סיסקו בדרך כלל לא לגרום לאובדן חיים, אשר יכול להעלות את 100x המכונה על ידי בסדר גודל של גודל You

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