Toți am auzit avertismentele pentru a ne asigura că suntem bine fundamentați atunci când lucrăm la dispozitivele noastre electronice, dar progresele tehnologiei au diminuat problema daunelor cauzate de electricitatea statică sau sunt încă la fel de răspândite ca înainte? Postul de astăzi SuperUser Q & A are un răspuns cuprinzător la întrebarea curioasă a cititorului.
Sesiunea de întrebări și răspunsuri din ziua de astăzi vine de la amabilitatea SuperUser - o subdiviziune a Stack Exchange, o grupare bazată pe comunitate a site-urilor Q & A.
Fotografie prin amabilitatea lui Jared Tarbell (Flickr).
Cititorul superutilizatorului Ricku dorește să știe dacă daunele cauzate de electricitatea statică reprezintă o problemă enormă cu electronica acum:
Am auzit că electricitatea statică a fost o problemă mare cu câteva decenii în urmă. Este încă o problemă mare acum? Cred că este rare pentru o persoană să "prăjească" o componentă de calculator acum.
Este daunele de electricitate statică o problemă imensă cu electronica acum?
Supporterul Argonauts are răspunsul pentru noi:
În industrie, aceasta este denumită Descărcare electrostatică (ESD) și este mult mai dificilă acum decât a fost vreodată; deși a fost atenuată într-o oarecare măsură de adoptarea pe scară largă a politicilor și a procedurilor destul de recente, care ajută la reducerea probabilității producerii de daune produse ESD. Indiferent, impactul său asupra industriei electronice este mai mare decât multe alte industrii întregi.
Este, de asemenea, un subiect uriaș de studiu și foarte complex, așa că voi ating doar câteva puncte. Dacă sunteți interesat, există numeroase surse gratuite, materiale și site-uri web dedicate subiectului. Mulți oameni își dedică cariera în acest domeniu. Produsele afectate de ESD au un impact foarte real și foarte mare asupra tuturor companiilor implicate în electronică, indiferent dacă este vorba de producător, designer sau "consumator", și ca multe lucruri tratate într-o industrie, costurile sale sunt transmise ne.
Din partea Asociației ESD:
Dat fiind că dispozitivele și dimensiunile caracteristicilor acestora devin tot mai mici, devin mai sensibile la deteriorarea prin ESD, ceea ce are sens după un pic de gândire. Rezistența mecanică a materialelor utilizate pentru a construi electronica scade în general, diminuându-se dimensiunea acestora, la fel ca și capacitatea materialului de a rezista schimbărilor rapide ale temperaturii, denumite în mod obișnuit masa termică (la fel ca în cazul obiectelor la scară macro). În jurul anului 2003, cele mai mici dimensiuni ale caracteristicilor au fost în intervalul de 180 nm și acum ne apropiem rapid de 10 nm.
Un eveniment ESD care acum 20 de ani ar fi fost inofensiv ar putea distruge electronica moderna. Pe tranzistori, materialul porții este adesea victima, dar și alte elemente de purtare a curentului pot fi vaporizate sau topite. Îndepărtarea pe un pin al IC (un echivalent de suprafață echivalent ca o minge de grilă Array sunt mult mai frecvente în aceste zile) pe un PCB poate fi topit, și siliciu în sine are unele caracteristici critice (în special valoarea sa dielectric), care pot fi schimbate de căldură mare . Luat cu totul, poate schimba circuitul de la un semiconductor la un conductor întotdeauna, care de obicei se termină cu o scânteie și un miros rău când cipul este pornit.
Dimensiunile caracteristicilor mai mici sunt aproape în întregime pozitive din cele mai multe perspective de metrici; lucruri precum viteza de operare / ceas care poate fi suportată, consumul de energie, generarea căldurii cuplate strâns etc., dar sensibilitatea la deteriorarea din ceea ce altfel ar fi considerată cantități banale de energie crește de asemenea foarte mult pe măsură ce mărimea caracteristică coboară.
Protecția ESD este astăzi integrată în multe produse electronice, dar dacă aveți 500 de miliarde de tranzistori într-un circuit integrat, nu este o problemă tractabilă pentru a determina ce cale va avea o descărcare statică cu o certitudine de 100%.
Corpul uman este uneori modelat (Modelul corpului uman, HBM) ca având 100 până la 250 picofarade de capacitate. În acest model, tensiunea poate deveni la fel de mare (în funcție de sursă) ca 25 kV (deși unii revendică doar 3 kV). Folosind numerele mai mari, persoana ar avea o "încărcătură" de energie de aproximativ 150 milijouli. O persoană complet încărcată nu ar fi, de obicei, conștientă de aceasta și va fi descărcată într-o fracțiune de secundă prin prima cale disponibilă a terenului, frecvent un dispozitiv electronic.
Rețineți că aceste numere presupun că persoana nu poartă îmbrăcăminte capabilă să suporte o taxă suplimentară, ceea ce este în mod normal cazul. Există diferite modele de calcul pentru riscurile ESD și nivelurile de energie și devine destul de confuză foarte repede, deoarece se pare că se contrazic unele în altele în unele cazuri. Iată o legătură într-o discuție excelentă a multor standarde și modele.
Indiferent de metoda specifică utilizată pentru calcularea acesteia, ea nu este, și cu siguranță nu sună prea multă energie, dar este mai mult decât suficientă pentru a distruge un tranzistor modern. Pentru context, un joulu de energie este echivalent (conform Wikipedia) cu energia necesară pentru ridicarea unui tomat de mărime medie (100 grame) la un metru vertical de pe suprafața Pământului.
Acest lucru se încadrează în partea "celui mai rău scenariu" al unui eveniment ESD numai la om, în care omul poartă o încărcătură și o descarcă într-un dispozitiv susceptibil. O tensiune ridicată de la o cantitate relativ mică de încărcare are loc atunci când persoana este foarte slab împământată. Un factor cheie în ceea ce și cât de mult se distrugă nu este de fapt sarcina sau tensiunea, ci curentul, care în acest context poate fi considerat ca fiind cât de scăzută este rezistența căii dispozitivului electronic la un sol.
Oamenii care lucrează în domeniul electronicii sunt de obicei împământați cu curele de mână și / sau curele de prindere pe picioare. Nu sunt "pantaloni scurți" pentru împământare; rezistența este dimensionată pentru a împiedica lucrătorii să servească drept fulgere (ușor de electrocutat).Mijloacele de incheiere sunt în mod obișnuit în gama 1M Ohm, dar acest lucru permite încă descărcarea rapidă a oricărei energii acumulate. Elementele capacitive și izolate, împreună cu alte materiale care generează sau depozitează materiale, sunt izolate de zonele de lucru, lucruri precum polistirenul, învelișul cu bule și cupele din plastic.
Există literalmente nenumărate alte materiale și situații care pot determina daune ESD (atât din diferențe pozitive cât și negative relative ale sarcinii) către un dispozitiv în care corpul uman nu poartă încărcătura "intern", ci doar facilitează mișcarea. Un exemplu de nivel de desene animate ar fi purtarea unui pulover de lână și a șosetelor în timp ce mergeți pe un covor, apoi luați sau atingeți un obiect metalic. Aceasta creează o cantitate semnificativ mai mare de energie decât corpul însuși ar putea stoca.
Un ultim punct despre cât de puțină energie este necesară pentru a deteriora electronica modernă. Un tranzistor de 10 nm (nu este încă obișnuit, dar va fi în următorii câțiva ani) are o grosime a porții mai mică de 6 nm, care se apropie de ceea ce numesc un monostrat (un singur strat de atomi).
Este un subiect foarte complicat și cantitatea de pagube pe care o poate provoca un eveniment ESD la un dispozitiv este dificil de prezis datorită numărului foarte mare de variabile, inclusiv a vitezei de descărcare de gestiune (câtă rezistență există între încărcare și un sol) , numărul de căi către un sol prin dispozitiv, umiditatea și temperaturile ambientale și multe altele. Toate aceste variabile pot fi conectate la diferite ecuații care pot modela impactul, dar nu sunt foarte exacte în ceea ce privește anticiparea pagubelor reale, dar mai bine la încadrarea eventualelor daune cauzate de un eveniment.
În multe cazuri, și acest lucru este foarte specific industriei (cred că este medical sau aerospațial), un eveniment de insuficiență catastrofică indusă de ESD este un rezultat mult mai bun decât un eveniment ESD care trece prin fabricație și testare neobservată. Evenimentele ESD neobservate pot crea un defect foarte mic sau poate agrava ușor un defect latent preexistent și nedetectat, care, în ambele scenarii, se poate agrava în timp, datorită fie unor evenimente suplimentare ESD minore, fie doar unei utilizări obișnuite.
În cele din urmă, rezultă o defecțiune catastrofică și prematură a dispozitivului într-un interval de timp redus artificial, care nu poate fi prevăzut de modelele de fiabilitate (care stau la baza programelor de întreținere și înlocuire). Din cauza acestui pericol și este ușor să se gândească la situații teribile (de exemplu, un microprocesor al stimulatorului sau instrumente de control al zborului), găsirea unor modalități de a testa și de a defini defectele latente cauzate de ESD este un domeniu important de cercetare chiar acum.
Pentru un consumator care nu lucrează sau nu știe prea multe despre fabricarea de electronice, este posibil să nu pară o problemă. Până când cele mai multe produse electronice sunt ambalate pentru vânzare, există numeroase măsuri de siguranță care ar împiedica cele mai multe daune ESD. Componentele sensibile sunt inaccesibile din punct de vedere fizic și sunt disponibile căi mai convenabile la sol (de exemplu, un șasiu de calculator este legat de un sol, descărcarea ESD în el aproape sigur nu va deteriora CPU-ul în interiorul carcasei, ci va lua cea mai mică cale de rezistență la prin sursa de alimentare și sursa de alimentare de pe priză). În mod alternativ, nu sunt posibile căi rezonabile de transport; multe telefoane mobile au exteriori neconductoare și au doar un drum la sol atunci când sunt taxate.
Ca să fiu înregistrat, trebuie să trec prin cursurile ESD la fiecare trei luni, așa că aș putea continua. Dar cred că acest lucru ar trebui să fie suficient pentru a răspunde la întrebarea dvs. Cred că totul în acest răspuns trebuie să fie corect, dar aș sfătui cu fermitate să citiți direct acest lucru pentru a vă familiariza mai bine cu fenomenul dacă nu v-am distrus curiozitatea pentru totdeauna.
Un lucru pe care oamenii îl găsesc contra-intuitiv este că pungile pe care le vedeți frecvent electronice stocate și expediate (pungi anti-statice) sunt, de asemenea, conductive. Antistatic înseamnă că materialul nu va colecta nicio încărcare semnificativă din interacțiunea cu alte materiale. Dar, în lumea ESD, este la fel de important (în cea mai mare măsură posibilă) că totul are aceeași referință de tensiune la sol.
Suprafețele de lucru (covorașele ESD), pungile ESD și alte materiale sunt de obicei ținute în legătură cu un teren comun, fie pur și simplu fără a avea un material izolat între ele, fie mai explicit prin cablarea căilor de rezistență scăzută către un sol între toate bancurile de lucru; conectorii pentru benzile de lucru ale mâinilor, podeaua și unele echipamente. Există probleme de siguranță aici. Dacă lucrați în jurul explozivilor și electronicii de înaltă calitate, banda dvs. de încheietura mâinii ar putea fi legată direct de un sol, mai degrabă decât de un rezistor de 1M Ohm. Dacă lucrați în jurul valorii de foarte înaltă tensiune, nu v-ați împământare deloc.
Iată o estimare a costurilor ESD de la Cisco, care ar putea fi chiar puțin conservatoare, deoarece daunele colaterale generate de eșecurile de teren pentru Cisco nu duc, de regulă, la pierderea vieții, ceea ce poate ridica 100x la care se face referire prin ordine de mărime :
Aveți ceva de adăugat la explicație? Sunați în comentarii. Doriți să citiți mai multe răspunsuri de la alți utilizatori de tehnologie Stack Exchange? Check out discuția completă aici.
