Όλοι μας έχουμε ακούσει τις προειδοποιήσεις για να βεβαιωθούμε ότι είμαστε σωστά γειωμένοι όταν εργαζόμαστε στις ηλεκτρονικές μας συσκευές, αλλά οι τεχνολογικές εξελίξεις μείωσαν το πρόβλημα της στατικής ηλεκτρικής βλάβης ή εξακολουθεί να είναι τόσο διαδεδομένο όπως πριν; Η σημερινή ανάρτηση ερωτήσεων και απαντήσεων SuperUser έχει μια ολοκληρωμένη απάντηση σε μια ερώτηση περίεργου αναγνώστη.
Η σημερινή συνεδρία Ερωτήσεων & Απαντήσεων μας προσφέρει ευγενική προσφορά του SuperUser - μια υποδιαίρεση του Stack Exchange, μιας ομάδας ιστότοπων Q&A που βασίζεται στην κοινότητα.
Η φωτογραφία προσφέρθηκε από Τζάρεντ Τάμπελ (Flickr).
Το ερώτημα
Ο αναγνώστης SuperUser Ricku θέλει να μάθει αν η στατική ηλεκτρική βλάβη εξακολουθεί να είναι ένα τεράστιο πρόβλημα με τα ηλεκτρονικά τώρα:
Έχω ακούσει ότι ο στατικός ηλεκτρισμός ήταν ένα μεγάλο πρόβλημα πριν από μερικές δεκαετίες. Εξακολουθεί να είναι μεγάλο πρόβλημα; Πιστεύω ότι είναι σπάνιο για ένα άτομο να «τηγανίζει» ένα στοιχείο υπολογιστή τώρα.
Η στατική ηλεκτρική ζημία εξακολουθεί να αποτελεί τεράστιο πρόβλημα με τα ηλεκτρονικά;
Η απάντηση
Ο συνεργάτης του SuperUser Argonauts έχει την απάντηση για εμάς:
Στον κλάδο, αναφέρεται ως Ηλεκτροστατική Εκφόρτιση (ESD) και τώρα είναι πολύ περισσότερο πρόβλημα από ποτέ. αν και έχει μετριαστεί κάπως με την πρόσφατα εκτεταμένη υιοθέτηση πολιτικών και διαδικασιών που συμβάλλουν στη μείωση της πιθανότητας ζημιάς από ESD στα προϊόντα. Ανεξάρτητα, ο αντίκτυπός του στη βιομηχανία ηλεκτρονικών είναι μεγαλύτερος από πολλές άλλες ολόκληρες βιομηχανίες.
Είναι επίσης ένα τεράστιο θέμα μελέτης και πολύ περίπλοκο, οπότε θα θίξω μόνο μερικά σημεία. Αν σας ενδιαφέρει, υπάρχουν πολλές δωρεάν πηγές, υλικά και ιστότοποι που είναι αφιερωμένοι στο θέμα. Πολλοί άνθρωποι αφιερώνουν τη σταδιοδρομία τους σε αυτόν τον τομέα. Τα προϊόντα που έχουν υποστεί ζημιά από την ESD έχουν πολύ πραγματικό και πολύ μεγάλο αντίκτυπο σε όλες τις εταιρείες που ασχολούνται με την ηλεκτρονική, είτε είναι κατασκευαστής, σχεδιαστής ή «καταναλωτής», και όπως πολλά πράγματα που αντιμετωπίζονται σε μια βιομηχανία, το κόστος του μετακυλίεται σε μας.
Από την Ένωση ESD:
Καθώς οι συσκευές και το μέγεθος των χαρακτηριστικών τους γίνονται ολοένα και μικρότερα, γίνονται πιο ευαίσθητα στην καταστροφή από το ESD, κάτι που έχει νόημα μετά από λίγο σκέψη. Η μηχανική αντοχή των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτρονικών γενικά μειώνεται καθώς το μέγεθός τους μειώνεται, όπως και η ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται σε γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας, που συνήθως αναφέρονται ως θερμική μάζα (όπως σε αντικείμενα μακροεντολής). Γύρω στο 2003, τα μικρότερα μεγέθη χαρακτηριστικών ήταν στην περιοχή 180 nm και τώρα πλησιάζουμε γρήγορα στα 10 nm.
Ένα γεγονός ESD που πριν από 20 χρόνια θα ήταν αβλαβές θα μπορούσε ενδεχομένως να καταστρέψει τα σύγχρονα ηλεκτρονικά είδη. Στα τρανζίστορ, το υλικό της πύλης είναι συχνά το θύμα, αλλά και άλλα στοιχεία μεταφοράς ρεύματος μπορούν επίσης να εξατμιστούν ή να λιώσουν. Η συγκόλληση στις καρφίτσες ενός IC (ισοδύναμο επιφανειακής βάσης όπως ένα Ball Grid Array είναι πολύ πιο συνηθισμένο αυτές τις μέρες) σε ένα PCB μπορεί να λιώσει και το ίδιο το πυρίτιο έχει κάποια κρίσιμα χαρακτηριστικά (ειδικά τη διηλεκτρική του τιμή) που μπορούν να αλλάξουν με υψηλή θερμότητα . Συνολικά, μπορεί να αλλάξει το κύκλωμα από έναν ημιαγωγό σε έναν πάντα αγωγό, ο οποίος συνήθως τελειώνει με έναν σπινθήρα και μια άσχημη μυρωδιά όταν ενεργοποιείται το τσιπ.
Τα μικρότερα μεγέθη χαρακτηριστικών είναι σχεδόν εντελώς θετικά από τις περισσότερες προοπτικές μετρήσεων. πράγματα όπως λειτουργίες / ταχύτητες ρολογιού που μπορούν να υποστηριχθούν, κατανάλωση ενέργειας, σφιχτά συνδεδεμένη παραγωγή θερμότητας κ.λπ., αλλά η ευαισθησία σε ζημιές από αυτό που διαφορετικά θα θεωρούσε ασήμαντες ποσότητες ενέργειας αυξάνεται επίσης πολύ καθώς το μέγεθος του χαρακτηριστικού μειώνεται.
Η προστασία ESD είναι ενσωματωμένη σε πολλά ηλεκτρονικά σήμερα, αλλά αν έχετε 500 δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, δεν είναι ένα πρόβλημα που μπορεί να αντιμετωπιστεί αν προσδιορίσετε ποια διαδρομή θα πάρει μια στατική εκφόρτιση με 100% βεβαιότητα.
Το ανθρώπινο σώμα είναι μερικές φορές μοντελοποιημένο (Human Body Model, HBM) ως έχει 100 έως 250 picofarads χωρητικότητας. Σε αυτό το μοντέλο, η τάση μπορεί να φτάσει τόσο υψηλή (ανάλογα με την πηγή) όσο τα 25 kV (αν και ορισμένοι ισχυρίζονται μόνο 3 kV). Χρησιμοποιώντας τους μεγαλύτερους αριθμούς, το άτομο θα είχε ενεργειακή «φόρτιση» περίπου 150 millijoules. Ένα πλήρως «φορτισμένο» άτομο δεν θα το γνώριζε τυπικά και αποφορτίζεται σε κλάσμα του δευτερολέπτου μέσω της πρώτης διαθέσιμης διαδρομής εδάφους, συχνά μιας ηλεκτρονικής συσκευής.
Σημειώστε ότι αυτοί οι αριθμοί υποθέτουν ότι το άτομο δεν φοράει ρούχα ικανά να φέρουν επιπλέον χρέωση, κάτι που συμβαίνει συνήθως. Υπάρχουν διαφορετικά μοντέλα για τον υπολογισμό των επιπέδων κινδύνου και ενέργειας ESD, και γίνεται αρκετά συγκεχυμένο πολύ γρήγορα, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις φαίνεται να έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Εδώ είναι ένας σύνδεσμος για ένα εξαιρετική συζήτηση πολλών από τα πρότυπα και τα μοντέλα.
Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη μέθοδο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της, δεν είναι, και σίγουρα δεν ακούγεται σαν πολύ ενέργεια, αλλά είναι κάτι παραπάνω από επαρκές για την καταστροφή ενός σύγχρονου τρανζίστορ. Για λόγους περιβάλλοντος, μια ένωση ενέργειας είναι ισοδύναμη (σύμφωνα με τη Wikipedia) με την ενέργεια που απαιτείται για την ανύψωση μιας μεσαίου μεγέθους ντομάτας (100 γραμμάρια) ένα μέτρο κάθετα από την επιφάνεια της Γης.
Αυτό εμπίπτει στην πλευρά του «χειρότερου σεναρίου» ενός συμβάντος ESD μόνο για τον άνθρωπο, όπου ο άνθρωπος μεταφέρει μια φόρτιση και την εκφορτώνει σε μια ευαίσθητη συσκευή. Μια τάση που είναι υψηλή από ένα σχετικά χαμηλό ποσό φόρτισης εμφανίζεται όταν το άτομο είναι πολύ άσχημη γείωση. Ένας βασικός παράγοντας για το τι και το πόσο θα υποστεί ζημιά δεν είναι στην πραγματικότητα η φόρτιση ή η τάση, αλλά το ρεύμα, το οποίο σε αυτό το πλαίσιο μπορεί να θεωρηθεί ως πόσο χαμηλή είναι η αντίσταση της διαδρομής της ηλεκτρονικής συσκευής προς το έδαφος.
Οι άνθρωποι που εργάζονται γύρω από ηλεκτρονικά γειώνονται συνήθως με ιμάντες καρπού ή / και ιμάντες γείωσης στα πόδια τους. Δεν είναι «σορτς» για γείωση. η αντίσταση έχει μέγεθος για να αποτρέψει τους εργαζόμενους από το να χρησιμεύσουν ως κεραυνοί (εύκολα ηλεκτροπληξία). Οι ζώνες καρπού είναι συνήθως στην περιοχή 1M Ohm, αλλά αυτό εξακολουθεί να επιτρέπει την γρήγορη εκφόρτιση οποιασδήποτε συσσωρευμένης ενέργειας. Χωρητικά και μονωμένα αντικείμενα μαζί με οποιοδήποτε άλλο υλικό δημιουργίας ή αποθήκευσης φορτίων απομονώνονται από χώρους εργασίας, όπως πολυστυρένιο, περιτύλιγμα φυσαλίδων και πλαστικά ποτήρια.
Υπάρχουν κυριολεκτικά αμέτρητα άλλα υλικά και καταστάσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε ζημιά ESD (τόσο από θετικές όσο και από αρνητικές διαφορές σχετικής φόρτισης) σε μια συσκευή όπου το ίδιο το ανθρώπινο σώμα δεν φέρει το φορτίο «εσωτερικά», αλλά απλώς διευκολύνει την κίνησή του. Ένα παράδειγμα σε επίπεδο γελοιογραφίας θα φορούσε μάλλινο πουλόβερ και κάλτσες ενώ περπατούσε σε ένα χαλί, έπειτα μαζεύοντας ή αγγίζοντας ένα μεταλλικό αντικείμενο. Αυτό δημιουργεί σημαντικά υψηλότερη ποσότητα ενέργειας από ό, τι θα μπορούσε να αποθηκεύσει το ίδιο το σώμα.
Ένα τελευταίο σημείο για το πόσο λίγη ενέργεια χρειάζεται για να καταστρέψει τα σύγχρονα ηλεκτρονικά. Ένα τρανζίστορ 10 nm (δεν είναι ακόμη κοινό, αλλά θα είναι τα επόμενα δύο χρόνια) έχει πάχος πύλης μικρότερο από 6 nm, το οποίο πλησιάζει αυτό που ονομάζουν μονοστοιβάδα (ένα μόνο στρώμα ατόμων).
Είναι ένα πολύ περίπλοκο θέμα και η ζημιά που μπορεί να προκαλέσει ένα συμβάν ESD σε μια συσκευή είναι δύσκολο να προβλεφθεί λόγω του τεράστιου αριθμού μεταβλητών, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας εκφόρτισης (πόση αντίσταση υπάρχει μεταξύ της φόρτισης και της γείωσης) , ο αριθμός των διαδρομών προς το έδαφος μέσω της συσκευής, η υγρασία και οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος και πολλές άλλες. Όλες αυτές οι μεταβλητές μπορούν να συνδεθούν σε διάφορες εξισώσεις που μπορούν να μοντελοποιήσουν τον αντίκτυπο, αλλά δεν είναι τρομερά ακριβείς στην πρόβλεψη της πραγματικής ζημιάς, αλλά καλύτερα να διαμορφώσουν την πιθανή ζημιά από ένα συμβάν.
Σε πολλές περιπτώσεις, και αυτό είναι πολύ συγκεκριμένο για τη βιομηχανία (σκεφτείτε ιατρικό ή αεροδιαστημικό), ένα γεγονός καταστροφικής αποτυχίας που προκαλείται από ESD είναι πολύ καλύτερο αποτέλεσμα από ένα συμβάν ESD που περνά από την κατασκευή και τις δοκιμές απαρατήρητο. Τα συμβάντα ESD που δεν έχουν παρατηρηθεί μπορεί να δημιουργήσουν ένα πολύ μικρό ελάττωμα, ή ίσως να επιδεινώσουν ελαφρώς ένα προϋπάρχον και μη ανιχνευμένο λανθάνων σφάλμα, το οποίο και στα δύο σενάρια μπορεί να επιδεινωθεί με την πάροδο του χρόνου λόγω είτε πρόσθετων δευτερευόντων συμβάντων ESD είτε απλώς κανονικής χρήσης.
Τελικά οδηγούν σε καταστροφική και πρόωρη αστοχία της συσκευής σε ένα τεχνητά συντομευμένο χρονικό πλαίσιο που δεν μπορεί να προβλεφθεί από μοντέλα αξιοπιστίας (τα οποία αποτελούν τη βάση για τα προγράμματα συντήρησης και αντικατάστασης). Εξαιτίας αυτού του κινδύνου, και είναι εύκολο να σκεφτούμε τρομερές καταστάσεις (για παράδειγμα, ο μικροεπεξεργαστής βηματοδότη ή τα όργανα ελέγχου πτήσης), το να βρούμε τρόπους για τον έλεγχο και τη μοντελοποίηση λανθάνουσας βλάβης που προκαλείται από ESD είναι ένας σημαντικός τομέας έρευνας αυτή τη στιγμή.
Για έναν καταναλωτή που δεν εργάζεται ή δεν γνωρίζει πολλά για την κατασκευή ηλεκτρονικών ειδών, μπορεί να μην φαίνεται να αποτελεί πρόβλημα. Μέχρι τη στιγμή που τα περισσότερα ηλεκτρονικά συσκευάζονται προς πώληση, υπάρχουν πολλές εγγυήσεις που θα μπορούσαν να αποτρέψουν τις περισσότερες ζημιές από ESD. Τα ευαίσθητα εξαρτήματα είναι φυσικά απρόσιτα και είναι διαθέσιμες πιο βολικές διαδρομές προς το έδαφος (π.χ. ένα πλαίσιο υπολογιστή είναι συνδεδεμένο με τη γείωση, η εκφόρτιση του ESD σε αυτό σχεδόν σίγουρα δεν θα βλάψει την CPU στο εσωτερικό της θήκης, αλλά αντ 'αυτού θα ακολουθήσει τη χαμηλότερη διαδρομή αντίστασης σε ένα γείωση μέσω της τροφοδοσίας και της πηγής τροφοδοσίας τοίχου). Εναλλακτικά, δεν είναι δυνατές διαδρομές μεταφοράς ρεύματος. Πολλά κινητά τηλέφωνα έχουν μη αγώγιμα εξωτερικά και έχουν μόνο μια γείωση όταν φορτίζονται.
Για το ρεκόρ, πρέπει να παρακολουθώ την εκπαίδευση ESD κάθε τρεις μήνες, έτσι θα μπορούσα να συνεχίσω. Πιστεύω όμως ότι αυτό πρέπει να είναι αρκετό για να απαντήσει στην ερώτησή σας. Πιστεύω ότι όλα σε αυτήν την απάντηση είναι ακριβή, αλλά θα συνιστούσα έντονα να το διαβάσετε απευθείας για να εξοικειωθείτε καλύτερα με το φαινόμενο εάν δεν έχω καταστρέψει την περιέργειά σας για πάντα.
Ένα πράγμα που οι άνθρωποι βρίσκουν αντιδιαισθητικό είναι ότι οι τσάντες που βλέπετε συχνά ηλεκτρονικά αποθηκεύονται και αποστέλλονται (αντιστατικές σακούλες) είναι επίσης αγώγιμες. Αντιστατικό σημαίνει ότι το υλικό δεν θα συλλέξει καμία σημαντική επιβάρυνση από την αλληλεπίδραση με άλλα υλικά. Αλλά στον κόσμο της ESD, είναι εξίσου σημαντικό (στον καλύτερο δυνατό βαθμό) ότι όλα έχουν την ίδια αναφορά τάσης γείωσης.
Οι επιφάνειες εργασίας (στρώματα ESD), οι τσάντες ESD και άλλα υλικά συνήθως διατηρούνται δεμένα σε ένα κοινό έδαφος, είτε απλά χωρίς να έχουν μονωμένο υλικό μεταξύ τους, είτε πιο συγκεκριμένα καλωδίωση διαδρομών χαμηλής αντίστασης προς το έδαφος μεταξύ όλων των πάγκων εργασίας. οι σύνδεσμοι για τις ζώνες καρπού των εργαζομένων, το δάπεδο και κάποιο εξοπλισμό. Υπάρχουν θέματα ασφάλειας εδώ. Εάν εργάζεστε γύρω από υψηλά εκρηκτικά και ηλεκτρονικά είδη, η ταινία του καρπού σας μπορεί να είναι απευθείας συνδεδεμένη σε γείωση και όχι αντίσταση 1Μ Ohm. Εάν εργάζεστε σε πολύ υψηλή τάση, δεν θα γειώσετε καθόλου
Εδώ είναι ένα απόσπασμα σχετικά με το κόστος της ESD από τη Cisco, η οποία μπορεί να είναι ακόμη και λίγο συντηρητική, καθώς η παράπλευρη ζημιά από αστοχίες πεδίου για τη Cisco συνήθως δεν οδηγεί σε απώλεια ζωής, η οποία μπορεί να αυξήσει αυτό το 100x που αναφέρεται με εντολές μεγέθους :
Έχετε κάτι να προσθέσετε στην εξήγηση; Ήχος στα σχόλια. Θέλετε να διαβάσετε περισσότερες απαντήσεις από άλλους χρήστες τεχνολογίας Stack Exchange; Δείτε ολόκληρο το νήμα συζήτησης εδώ .
