Да ли је статичка штета за електричну енергију и даље велики проблем са електроником?
Сви смо чули упозорења како бисмо били сигурни да смо исправно утемељени када радимо на нашим електронским уређајима, али да је напредак у технологији смањио проблем штете од статичког електрицитета или је и даље присутан као и раније? Данашња поставка за питања и одговоре СуперУсер има свеобухватан одговор на питање знатижељног читатеља.
Данашња сесија питања и одговора долази нам захваљујући СуперУсер-у - подјела Стацк Екцханге-а, груписане од стране заједнице веб-локација за питања и одговоре.
Фотографија захваљујући Јареду Тарбеллу (Флицкр).
Питање
Читач СуперУсер Рицку жели да зна да ли је оштећење статичког електрицитета још увек велики проблем са електроником:
Чуо сам да је статички електрицитет био велики проблем пре неколико деценија. Да ли је то још увек велики проблем? Верујем да је ретко да особа сада "пржи" компјутерску компоненту.
Да ли је штета од статичког електрицитета још увек велики проблем са електроником?
Одговор
Доприносник СуперУсер-а Аргонаути има одговор за нас:
У индустрији, то се назива електро-статичким пражњењем (ЕСД) и сада је далеко већи проблем него што је икада био; иако је донекле ублажена недавно широко распрострањеним усвајањем политика и процедура које помажу да се смањи вероватноћа оштећења ЕСД производа. Без обзира на то, њен утицај на електронску индустрију је већи од многих других целокупних индустрија.
То је такође велика тема студирања и веома је сложена, па ћу само дотакнути неколико тачака. Ако сте заинтересовани, постоје бројни бесплатни извори, материјали и веб странице посвећене овој теми. Многи људи своје каријере посвећују овој области. Производи оштећени ЕСД-ом имају веома стваран и веома велики утицај на све компаније које се баве електроником, било да се ради о произвођачу, дизајнеру или „потрошачу“, а као и многе друге ствари у индустрији, његови трошкови се преносе на нас.
Из Удружења ЕСД:
Како уређаји и величина њихових карактеристика постају све мањи, они постају подложнији оштећењима ЕСД-ом, што има смисла након мало размишљања. Механичка чврстоћа материјала који се користи за израду електронике опћенито се смањује како се њихова величина смањује, као и способност материјала да се одупре брзим температурним промјенама, које се обично називају термална маса (баш као код макро скале). Око 2003, најмањи обим карактеристика био је у распону од 180 нм и сада се брзо приближавамо 10 нм.
ЕСД догађај који је прије 20 година био безопасан могао би потенцијално уништити модерну електронику. На транзисторима, материјал капије је често жртва, али и други елементи који носе струју могу се испарити или растопити. Лемљење на пиновима ИЦ-а (еквивалент површинског монтирања као што је Балл Грид Арраи је много чешће ових дана) на ПЦБ-у се може растопити, а сам силицијум има неке критичне карактеристике (посебно диелектричне вредности) које се могу променити високом температуром . Све у свему, може да промени коло од полупроводника до увек-проводника, који се обично завршава искром и лошим мирисом када је чип укључен.
Мање величине функција су скоро у потпуности позитивне у већини перспектива метрике; ствари као што су оперативне / тактне брзине које се могу подржати, потрошња енергије, чврсто повезивање производње топлоте, итд., али осетљивост на оштећења од онога што би иначе било сматрано тривијалним количинама енергије такође се увелико повећава како се величина знака смањује.
ЕСД заштита је уграђена у многе електронике данас, али ако имате 500 милијарди транзистора у интегрисаном кругу, није проблем да се одреди који пут статичког пражњења ће трајати са 100% сигурношћу.
Људско тело се понекад моделира (модел људског тела; ХБМ) као да има 100 до 250 пикофарада капацитивности. У том моделу, напон може да буде једнако висок (у зависности од извора) као и 25 кВ (иако неки тврде само до 3 кВ). Користећи веће бројеве, особа би имала “набој” енергије од приближно 150 миљоуула. Потпуно "напуњена" особа обично не би била свесна тога и она би се испразнила у дјелићу секунде кроз прву доступну путању земље, често електронски уређај.
Имајте на уму да ови бројеви претпостављају да особа не носи одјећу која може носити додатну накнаду, што је обично случај. Постоје различити модели за израчунавање ЕСД ризика и нивоа енергије, и врло брзо се збуњује јер се чини да су у неким случајевима у супротности. Ево везе са одличном расправом о многим стандардима и моделима.
Без обзира на специфичну методу која се користи за израчунавање, она није, и сигурно не звучи као много енергије, али је више него довољна да се уништи савремени транзистор. За контекст, један јоуле енергије је еквивалентан (према Википедији) енергији која је потребна за подизање парадајза средње величине (100 грама) један метар вертикално од површине Земље.
Ово пада на "најгори сценарио" на страни људског ЕСД догађаја, где човек носи пуњење и испушта га у пријемљив уређај. Напон који је висок од релативно ниског нивоа набоја јавља се када је особа веома слабо утемељена. Кључни фактор у томе шта и колико се оштећује заправо није наелектрисање или напон, већ на струју, што се у овом контексту може сматрати као ниска отпорност пута електронског уређаја на тло..
Људи који раде око електронике обично су уземљени са тракама за зглоб и / или тракама за уземљење на својим ногама. Они нису “кратке” за уземљење; Отпор је димензиониран да спријечи раднике да служе као громобрани (лако добијају струјни удар). Траке за зглоб обично се налазе у опсегу од 1М Охма, али још увијек дозвољавају брзо пражњење било које акумулиране енергије. Капацитивни и изоловани предмети, заједно са другим материјалима за генерисање или чување наплате, изоловани су од радних места, као што су полистирен, омотач мехурића и пластичне чаше.
Постоје дословно безбројни други материјали и ситуације које могу довести до ЕСД оштећења (од позитивних и негативних релативних разлика у набоју) до уређаја у којем људско тело не носи наплату “интерно”, већ само олакшава његово кретање. Пример цртаног филма би био ношење вуненог џемпера и чарапа док би се шетало преко тепиха, а затим би се покупио или додирнуо метални предмет. То ствара знатно већу количину енергије него што би тело могло сама да складишти.
Последња ствар о томе колико мало енергије треба да би се оштетила савремена електроника. Транзистор од 10 нм (још није уобичајен, али ће бити у наредних неколико година) има дебљину врата мању од 6 нм, која се приближава ономе што они називају монослој (један слој атома).
То је врло компликован предмет, а количина штете коју ЕСД догађај може изазвати уређају је тешко предвидјети због великог броја варијабли, укључујући брзину пражњења (колико отпора постоји између набоја и тла). , број путева до тла кроз уређај, влажност и температуре околине, и још много тога. Све ове варијабле могу бити укључене у различите једнаџбе које могу моделирати утицај, али оне нису страшно тачне у предвиђању стварне штете, али боље у уоквиривању могуће штете од догађаја.
У многим случајевима, и то је веома специфично за индустрију (мислим медицински или аероспаце), ЕСД-индуцирани катастрофални догађај неуспјеха је далеко бољи резултат од ЕСД догађаја који пролази кроз производњу и тестирање незапажено. Незапажени ЕСД догађаји могу створити врло мањи дефект, или можда мало погоршати постојећи и неоткривени латентни дефект, који се у оба сценарија може погоршати с временом због додатних мањих ЕСД догађаја или само редовног кориштења.
Они на крају доводе до катастрофалног и преурањеног отказивања уређаја у вештачки скраћеном временском оквиру који се не може предвидети моделима поузданости (који су основа за планове одржавања и замене). Због ове опасности, и лако је замислити страшне ситуације (микропроцесор пејсмејкера или инструменти за контролу лета, на пример), који сада проналазе начине за тестирање и моделирање латентних ЕСД-индуцираних дефеката је тренутно главна област истраживања..
За потрошача који не ради или много зна о производњи електронике, то можда није проблем. До тренутка када се већина електронике пакује за продају, постоје бројне заштитне мјере које би спријечиле већину ЕСД оштећења. Осјетљиве компоненте су физички неприступачне и доступне су прикладније стазе за тло (нпр. Кућиште рачунала је везано за тло, пражњење ЕСД-а готово сигурно неће оштетити ЦПУ у кућишту, већ умјесто тога узети најнижу путању отпора до уземљење преко извора напајања и зидне утичнице). Алтернативно, нису могући разумни струјни путеви; многи мобилни телефони имају спољашње водове који нису проводљиви и имају само путању уземљења када се пуне.
За записник, морам проћи ЕСД тренинг свака три мјесеца, тако да могу наставити. Али мислим да би ово требало да буде довољно да одговорите на ваше питање. Вјерујем да је све у овом одговору тачно, али ја бих снажно савјетовао да га прочитате како би се боље упознали с феноменом ако нисам уништио вашу радозналост за добро..
Једна ствар коју људи сматрају контра-интуитивним је то што су торбе које често виђате похрањене и отпремљене (антистатичке вреће) такође проводљиве. Анти-статички значи да материјал неће прикупљати никакву значајну наплату из интеракције са другим материјалима. Али у свијету ЕСД-а, једнако је важно (у најбољем случају) да све има исту референцу за напон на земљи.
Радне површине (ЕСД матс), ЕСД торбе и други материјали се обично држе везани за заједничко тло, или једноставно немајући изоловани материјал између њих, или експлицитније ожичењем ниских путева отпора према земљи између свих радних столова; конекторе за радне траке за зглобове, под и неку опрему. Овде постоје безбедносни проблеми. Ако радите око експлозива и електронике, ваш ручни зглоб може бити везан директно за тло, а не за отпорник од 1М. Ако радите око врло високог напона, не би се уопште уземљили.
Ево цитата о трошковима ЕСД-а од компаније Цисцо, који може бити чак и мало конзервативан, јер колатерална штета од кварова на терену за Цисцо обично не доводи до губитка живота, што може да повећа да се 100к односи на ред величине :
Имате ли нешто да додате објашњењу? Звучи у коментарима. Желите ли прочитати више одговора од других технолошки паметних Стацк Екцханге корисника? Погледајте цео дискусију овде.
