Всички сме чували предупрежденията, за да се уверим, че сме правилно заземени, когато работим върху нашите електронни устройства, но напредъкът в технологиите намали проблема със статичното електричество или все още е толкова разпространен, колкото и преди? Днешната публикация "SuperUser Q & A" има изчерпателен отговор на въпроса на любознателен читател.
Днешната сесия за въпроси и отговори ни идва с любезното съдействие на SuperUser - подразделение на Stack Exchange - обединяване на уеб сайтове с въпроси и отговори.
Снимката е предоставена от Jared Tarbell (Flickr).
Reader на SuperUser Рикку иска да разбере дали статичното електрическо повреждане все още е огромен проблем с електрониката сега:
Чувал съм, че статичното електричество е голям проблем преди няколко десетилетия. Все още ли е голям проблем? Вярвам, че е рядко човек да "запържи" компютърен компонент сега.
Дали повредата от статично електричество все още представлява огромен проблем с електрониката сега?
Доставчикът на SuperUser Argonauts има отговор за нас:
В индустрията той се нарича Електростатичен разряд (ESD) и е много по-голям проблем сега, отколкото някога е бил; въпреки че донякъде се смекчи с доста широко разпространеното приемане на политики и процедури, които спомагат за намаляване на вероятността от увреждане на продуктите от ЕСД. Независимо от това, въздействието му върху електронната индустрия е по-голямо от много други промишлени отрасли.
Това също е огромна тема за обучение и е много сложна, така че ще се докосна само до няколко точки. Ако се интересувате, има много безплатни източници, материали и уебсайтове, посветени на темата. Много хора посвещават кариерата си в тази област. Продуктите, повредени от ESD, имат много реално и много голямо въздействие върху всички компании, занимаващи се с електрониката, независимо дали става дума за производител, дизайнер или "потребител", и както много неща се занимават с индустрията, разходите му се прехвърлят нас.
От Асоциацията ESD:
Тъй като устройствата и размерът на техните функции непрекъснато намаляват, те стават по-податливи на повреда от ESD, което има смисъл след малко мисъл. Механичната здравина на материалите, използвани за изграждане на електрониката, обикновено намалява, тъй като техният размер намалява, както и способността на материала да устои на бързи температурни промени, обикновено наричани топлинна маса (точно както при макромащабни обекти). Около 2003 г. най-малките размери бяха в диапазона 180 nm и сега се приближаваме бързо до 10 nm.
Едно събитие, което преди 20 години би било безвредно, би могло да унищожи съвременната електроника. При транзисторите материалът на вратата често е жертва, но други токови носещи елементи могат да бъдат изпарени или разтопени. Плета на IC колони (еквивалент повърхност монтаж като Ball Grid Array са много по-често в наши дни) на PCB може да се стопи и самият силиций има някои критични характеристики (особено нейната диелектрична стойност), които могат да бъдат променени от висока топлина , Като цяло, той може да промени веригата от полупроводник до постоянно проводник, който обикновено завършва с искра и лоша миризма, когато чипът се захранва.
По-малките размери на функциите са почти изцяло положителни от повечето гледни точки на метриките; неща като оперативни / тактови скорости, които могат да бъдат поддържани, консумация на енергия, плътно прикачено генериране на топлина и т.н., но чувствителността към щети от това, което иначе би било сметнато за тривиално количество енергия също значително се увеличава с намаляването на размера на елемента.
ESD защита е вградена в много електроника днес, но ако имате 500 милиарда транзистора в интегрална схема, не е проблем, който може да се прояви, за да се определи какъв път ще се постигне статично разреждане със 100% сигурност.
Човешкото тяло понякога е моделирано (Human Body Model, HBM) като притежаващо 100 до 250 пикофарда капацитет. В този модел напрежението може да бъде толкова високо (в зависимост от източника) като 25 kV (въпреки че някои претендират само толкова високи, колкото 3 kV). Използвайки по-големите числа, човек би имал енергиен "таксуване" от приблизително 150 милижула. Напълно "таксуван" човек обикновено няма да бъде наясно с него и той се изпуска в рамките на част от секундата през първата налична земна пътека, често електронно устройство.
Имайте предвид, че тези номера предполагат, че лицето не носи дрехи, които могат да носят допълнителна такса, което обикновено е така. Съществуват различни модели за изчисляване на рисковете и енергийните нива на ESD и доста бъркат доста бързо, тъй като в някои случаи те се противопоставят един на друг. Тук има връзка към отличното обсъждане на много от стандартите и моделите.
Независимо от конкретния метод, който се използва за изчисляването му, то не е и със сигурност не звучи като много енергия, но е повече от достатъчно, за да унищожи съвременен транзистор. В контекста, един джаул от енергия е еквивалентен (според Уикипедия) с енергията, необходима за вдигането на средно големи домати (100 грама) на метър вертикално от повърхността на Земята.
Това попада в "най-лошия сценарий" на събитие, свързано само с човешко увреждане, при което човек носи заряд и го изхвърля в податливо устройство. Високо напрежение от относително ниско зареждане се получава, когато лицето е много слабо заземено. Ключов фактор за това колко и колко се поврежда не е зарядът или напрежението, а токът, който в този контекст може да се смята за колко ниско е съпротивлението на пътя на електронното устройство към земята.
Хората, работещи в областта на електрониката, обикновено са заградени с ремъци за китката и / или заземителни ремъци на краката си. Те не са "шорти" за заземяване; съпротивлението е оразмерено, за да не позволи на работниците да служат като мълниезащитни пръчки (лесно се излъчват).Обикновено лентите на китките са в диапазона от 1M Ohm, но това все още позволява бързо зареждане на натрупаната енергия. Капацитивни и изолирани елементи заедно с всякакви други материали, генериращи или съхраняващи материали, са изолирани от работните места, неща като полистирол, обвивка с мехурчета и пластмасови чаши.
Има буквално безброй други материали и ситуации, които могат да доведат до увреждане на ESD (както от положителни, така и от отрицателни относителни разлики в таксите) до устройство, в което самият човешки орган не носи заряда "вътрешно", а просто улеснява движението му. Пример за карикатура ще носи вълнен пуловер и чорапи, докато върви по килим, а после вдига или докосва метален предмет. Това създава значително по-голямо количество енергия, отколкото тялото може да съхрани.
Една последна точка за това колко малко енергия е необходимо, за да се повреди съвременната електроника. 10-нанометровият транзистор (който все още не е обикновен, но ще бъде през следващите няколко години) има дебелина на портата по-малка от 6 nm, което се приближава до това, което те наричат монослой (един слой от атоми).
Това е много сложен въпрос и размерът на щетите, които може да причини на дадено устройство, е трудно да се предвиди поради огромния брой променливи, включително скоростта на изхвърляне (колко съпротива има между заряда и земята) , броя на пътищата към земята през устройството, влажността и температурата на околната среда и много други. Всички тези променливи могат да бъдат включени в различни уравнения, които могат да моделират въздействието, но те не са ужасно точни при предсказване на действителните щети, но по-добре при очертаване на възможните щети от дадено събитие.
В много случаи, и това е много специфично за дадения отрасъл (мисля, медицински или космически), катастрофалното събитие, предизвикано от ESD, е далеч по-добър резултат от събитието ESD, което преминава през производството и тестването незабелязано. Неизвестните събития на ESD могат да доведат до много малък дефект или може би леко да влошат съществуващия и неоткрит скрит дефект, който в двата случая може да се влоши с течение на времето, поради или допълнителни малки събития ESD, или просто редовна употреба.
Те в крайна сметка водят до катастрофална и преждевременна повреда на устройството в изкуствено съкратен период от време, който не може да бъде предвиден от моделите за надеждност (които са в основата на програмите за поддръжка и замяна). Поради тази опасност и е лесно да се мисли за ужасни ситуации (микропроцесор на пейсмейкъра или инструменти за контрол на полета), идващи с начини да се тестват и моделират латентни дефекти, причинени от ESD, е основна област на изследване в момента.
За потребителите, които не работят или не знаят много за производството на електроника, може да не изглежда да е проблем. По времето, когато повечето електронни устройства са опаковани за продажба, съществуват многобройни предпазни мерки, които биха предотвратили повечето щети по електромагнитната съвместимост. Чувствителните компоненти са физически недостъпни и са налице по-удобни пътища към земята (т.е. компютърно шаси е свързано със земята, изпускането на ESD в нея почти със сигурност няма да повреди процесора в кутията, а вместо това да вземе най-ниския път на резистентност към земя чрез захранващия източник и източника на захранване в стената). Алтернативно, не са възможни разумни токови пътища за пренасяне; много мобилни телефони имат непроводими външни повърхности и имат само земна пътека, когато се зареждат.
За протокола, трябва да преминавам през ESD обучение на всеки три месеца, за да мога да продължа. Но мисля, че това трябва да е достатъчно, за да отговори на въпроса ви. Вярвам, че всичко в този отговор е точна, но силно бих препоръчал да се чете директно, за да се запозная по-добре с явлението, ако не съм унищожил любопитството ви завинаги.
Едно нещо, което хората смятат за контра-интуитивно, е, че торбичките, които често виждате, съхраняват и доставят електронни (антистатични торби) също са проводими. Антистатичното означава, че материалът няма да събира никакъв смислен заряд от взаимодействието с други материали. Но в света на ESD, е също толкова важно (във възможно най-голяма степен), че всичко има едни и същи референтни стойности на напрежението.
Работните повърхности (ESD рогозки), ESD торбичките и други материали обикновено се поддържат обвързани с обща основа, или просто като нямат изолиран материал между тях, или по-точно чрез окабеляване на ниски резистори към земята между всички работни пейки; съединителите за лентите на китките на работниците, пода и известно оборудване. Тук има проблеми с безопасността. Ако работите с взривни вещества и електроника, китката ви може да бъде свързана директно със земята, а не с резистор 1M Ohm. Ако работите с много високо напрежение, изобщо няма да се заземете.
Ето цитат за разходите за ESD от Cisco, които дори биха могли да бъдат малко консервативни, тъй като съпътстващите щети от нежеланите реакции на Cisco обикновено не водят до загуба на живот, което може да доведе до това, че 100 пъти се позовават по заповеди от мащаба :
Имате ли нещо, което да добавите към обяснението? Звучи в коментарите. Искате ли да прочетете повече отговори от други потребители на Stack Exchange? Вижте цялата тема на дискусията тук.
