כולנו שמענו את האזהרות כדי לוודא שאנחנו מקורקעות כראוי כשעובדים על המכשירים האלקטרוניים שלנו, אך האם ההתקדמות הטכנולוגית הפחיתה את בעיית הנזק לחשמל סטטי או שהיא עדיין נפוצה כמו בעבר? בפוסט שאלות ותשובות של SuperUser של היום יש תשובה מקיפה לשאלת קורא סקרנית.
מושב השאלות והתשובות של היום מגיע אלינו באדיבות SuperUser - חלוקה של Stack Exchange, קיבוץ מונחה קהילה של אתרי שאלות ותשובות.
תמונה באדיבות ג'ארד טארבל (פליקר).
השאלה
קורא SuperUser Ricku רוצה לדעת אם נזק לחשמל סטטי עדיין מהווה בעיה ענקית באלקטרוניקה כעת:
שמעתי שחשמל סטטי היה בעיה גדולה לפני כמה עשורים. האם זה עדיין בעיה גדולה עכשיו? אני מאמין שנדיר שאדם "מטגן" רכיב מחשב כעת.
האם נזק לחשמל סטטי עדיין מהווה בעיה ענקית באלקטרוניקה כעת?
התשובה
לתורם SuperUser Argonauts יש את התשובה בשבילנו:
בתעשייה מכנים אותו פריקה אלקטרוסטטית (ESD) והיא מהווה בעיה הרבה יותר מכפי שאי פעם הייתה; אם כי היא הוקלה במידת מה על ידי אימוץ נרחב למדי של מדיניות ונהלים המסייעים להפחית את הסבירות לפגיעה בתסמונת המוח במוצרים. בלי קשר, ההשפעה שלה על תעשיית האלקטרוניקה גדולה יותר מענפים שלמים רבים אחרים.
זה גם נושא לימוד ענק ומורכב מאוד, אז פשוט אגע בכמה נקודות. אם אתה מעוניין, ישנם מספר רב של מקורות, חומרים ואתרי אינטרנט בחינם המוקדשים לנושא. אנשים רבים מקדישים את הקריירה שלהם לאזור זה. למוצרים שניזוקים מ- ESD יש השפעה אמיתית מאוד וגדולה על כל החברות העוסקות באלקטרוניקה, בין אם זה כיצרן, כמעצב או כ"צרכן ", וכמו דברים רבים שעוסקים בתעשייה, העלויות שלה מועברות ל לָנוּ.
מאגודת ה- ESD:
ככל שהתקנים וגודל התכונות שלהם הולכים וקטנים, הם הופכים לרגישים יותר להיפגע מ- ESD, וזה הגיוני אחרי קצת מחשבה. החוזק המכני של החומרים המשמשים לבניית אלקטרוניקה יורד בדרך כלל ככל שגודלם פוחת, וכך גם יכולתו של החומר להתנגד לשינויים מהירים בטמפרטורה, המכונים בדרך כלל מסה תרמית (בדיוק כמו באובייקטים בקנה מידה מקרו). בסביבות 2003, גדלי התכונות הקטנים ביותר היו בטווח של 180 ננומטר וכעת אנו מתקרבים במהירות ל -10 ננומטר.
אירוע ESD שלפני 20 שנה לא היה מזיק עלול להשמיד אלקטרוניקה מודרנית. בטרנזיסטורים, חומר השער הוא לעתים קרובות הקורבן, אך ניתן לאדות או להמיס אלמנטים אחרים הנוכחיים הנוכחיים. הלחמה על פינים של IC (מקבילה להרכבה על פני השטח כמו מערך כדור רשת שכיחה הרבה יותר בימינו) על גבי PCB ניתנת להמסה, ולסיליקון עצמו יש כמה מאפיינים קריטיים (במיוחד הערך הדיאלקטרי שלו) שניתן לשנות באמצעות חום גבוה . באופן מוחלט, זה יכול לשנות את המעגל ממוליך למחצה למוליך תמיד, שבדרך כלל מסתיים עם ניצוץ וריח רע כאשר השבב מופעל.
גדלי תכונות קטנים יותר הם כמעט לחלוטין חיוביים מרוב נקודות המבט של המדדים; דברים כמו מהירויות הפעלה / שעון שניתן לתמוך בהם, צריכת חשמל, ייצור חום מצומצם וכו ', אך הרגישות לפגיעה ממה שאחרת ייחשב כמויות אנרגיה טריוויאליות גדלה מאוד ככל שגודל התכונה יורד.
הגנת ESD מובנית כיום באלקטרוניקה רבה, אך אם יש לכם 500 מיליארד טרנזיסטורים במעגל משולב, אין זו בעיה ניתנת לניסיון לקבוע באיזו דרך תעבור פריקה סטטית בוודאות של 100 אחוז.
גוף האדם מעוצב לעיתים (מודל גוף האדם; HBM) כבעל 100 עד 250 פיקופראדים של קיבול. במודל זה, המתח יכול להגיע לגובה של 25 קילו-וולט (תלוי במקור) (אם כי יש הטוענים עד 3 קילו-וולט בלבד). בעזרת המספרים הגדולים יותר, לאדם תהיה "מטען" אנרגיה של כ -150 מילי-ג'ואול. אדם "טעון" לחלוטין לא היה מודע לכך בדרך כלל והוא משתחרר בשבריר שנייה בשביל הקרקע הראשון הזמין, לעיתים קרובות מכשיר אלקטרוני.
שים לב שמספרים אלה מניחים כי האדם אינו לובש בגדים המסוגלים לשאת בתשלום נוסף, מה שבדרך כלל המקרה. יש דגמים שונים לחישוב הסיכון ל- ESD ורמות האנרגיה, וזה מבולבל למדי מהר מאוד מכיוון שנראה שהם סותרים זה את זה במקרים מסוימים. הנה קישור ל- דיון מצוין של רבים מהסטנדרטים והמודלים.
ללא קשר לשיטה הספציפית המשמשת לחישובו, היא לא, ובוודאי לא נשמעת כמו הרבה אנרגיה, אבל זה די והותר כדי להרוס טרנזיסטור מודרני. בהקשר, ג'ולה של אנרגיה שווה ערך (על פי ויקיפדיה) לאנרגיה הנדרשת להרמת עגבנייה בגודל בינוני (100 גרם) מטר אנכית מעל פני האדמה.
זה נופל מהצד של "התרחיש הגרוע ביותר" באירוע ESD אנושי בלבד, שבו האדם נושא מטען ומשחרר אותו למכשיר רגיש. מתח גבוה מכמות טעינה נמוכה יחסית מתרחש כאשר האדם מקורקע מאוד. גורם מפתח במה וכמה שנפגע אינו למעשה המטען או המתח, אלא הזרם, אשר בהקשר זה ניתן לחשוב כמה נמוך ההתנגדות של נתיב המכשיר האלקטרוני לקרקע.
אנשים שעובדים סביב אלקטרוניקה בדרך כלל מקורקעים ברצועות פרק כף היד ו / או ברצועות הארקה על הרגליים. הם אינם "מכנסיים קצרים" להארקה; הגודל של ההתנגדות הוא למנוע מהעובדים לשמש כמוטות ברק (להתחשמל בקלות). רצועות פרק כף היד הן בדרך כלל בטווח של 1M אוהם, אך זה עדיין מאפשר פריקה מהירה של כל אנרגיה שנצברה. פריטים קיבוליים ומבודדים יחד עם כל מטען אחר שמייצר או מאחסן חומרים מבודדים מאזורי עבודה, דברים כמו פוליסטירן, עטיפת בועות וכוסות פלסטיק.
פשוטו כמשמעו ישנם אינספור חומרים ומצבים אחרים העלולים לגרום לנזק ל- ESD (מהבדלי מטען יחסית חיוביים ושליליים) למכשיר בו גוף האדם עצמו אינו נושא את המטען "באופן פנימי", אלא רק מקל על תנועתו. דוגמה ברמה מצוירת תהיה לבישת סוודר צמר וגרביים בזמן מעבר על שטיח, ואז להרים או לגעת בחפץ מתכת. זה יוצר כמות אנרגיה גבוהה משמעותית מכפי שהגוף עצמו יכול לאגור.
נקודה אחרונה על כמה מעט אנרגיה דרושה כדי לפגוע באלקטרוניקה המודרנית. טרנזיסטור של 10 ננומטר (עדיין לא נפוץ, אך זה יהיה בשנתיים הקרובות) הוא בעל עובי שער נמוך מ- 6 ננומטר, שמתקרב למה שהם מכנים שכבה חד שכבתית (שכבה אחת של אטומים).
זהו נושא מסובך מאוד, ואת כמות הנזק שאירוע ESD עלול לגרום למכשיר קשה לחזות עקב מספר המשתנים העצום, כולל מהירות הפריקה (כמה התנגדות יש בין המטען לקרקע) , מספר השבילים לקרקע דרך המכשיר, לחות וטמפרטורות סביבה, ועוד רבים אחרים. ניתן לחבר את כל המשתנים הללו למשוואות שונות שיכולות לדגמן את ההשפעה, אך הם עדיין לא מדויקים במיוחד בניבוי נזק ממשי, אלא טובים יותר במסגור הנזק האפשרי מאירוע.
במקרים רבים, וזה ספציפי מאוד לתעשייה (חשוב רפואי או חלל), אירוע של כשל קטסטרופלי הנגרם על ידי ESD הוא תוצאה טובה בהרבה מאירוע של ESD שעובר בייצור ובבדיקה ללא הבחנה. אירועי ESD שלא נצפו עלולים ליצור פגם קל ביותר, או אולי להחמיר מעט פגם סמוי קיים ולא מזוהה, אשר בשני התרחישים יכול להחמיר עם הזמן עקב אירועי ESD מינוריים נוספים או סתם שימוש קבוע.
בסופו של דבר הם מביאים לכישלון קטסטרופלי וטרם עת של המכשיר במסגרת זמן מקוצרת באופן מלאכותי שלא ניתן לחזות אותם על ידי מודלי אמינות (שהם הבסיס לתזמון התחזוקה והחלפה). בגלל הסכנה הזו, וקל לחשוב על מצבים איומים (מעבד מיקרו-מעבד של קוצב לב או מכשירי בקרת טיסה, למשל), לבוא עם דרכים לבדיקה ולמודל של ליקויים הנגרמים מ- ESD הוא תחום מרכזי של מחקר כרגע.
עבור צרכן שלא עובד או יודע הרבה על ייצור אלקטרוניקה, זה אולי לא נראה בעיה. עד שרוב האלקטרוניקה ארוזה למכירה, קיימים אמצעי הגנה רבים שימנעו את רוב הנזק ל- ESD. הרכיבים הרגישים אינם נגישים מבחינה פיזית ונתיבים נוחים יותר לקרקע זמינים (כלומר, שלדת מחשב קשורה לקרקע, פריקה של ESD לתוכה כמעט בוודאי לא תפגע במעבד בתוך המארז, אלא תעבור את נתיב ההתנגדות הנמוך ביותר אל הקרקע דרך מקור החשמל ושקע הקיר). לחלופין, אין אפשרות לנתיבי נשיאה סבירים; לטלפונים ניידים רבים יש חיצוני לא מוליך ויש להם נתיב קרקע רק בעת טעינה.
למען הפרוטוקול, אני צריך לעבור אימוני ESD כל שלושה חודשים, אז פשוט אוכל להמשיך. אבל אני חושב שזה אמור להספיק כדי לענות על שאלתך. אני מאמין שכל התשובה הזו מדויקת, אבל אני ממליץ בחום לקרוא עליה ישירות כדי להכיר טוב יותר את התופעה אם לא הרסתי את סקרנותך לטובה.
דבר אחד שאנשים מוצאים נגד אינטואיטיבי הוא שהתיקים שאתה רואה לעתים קרובות אלקטרוניקה מאוחסנים ונשלחים אליהם (שקיות אנטי סטטיות) הם גם מוליכים. אנטי סטטי פירושו שהחומר לא יגבה שום חיוב משמעותי מאינטראקציה עם חומרים אחרים. אבל בעולם ה- ESD, חשוב באותה מידה (במידה הטובה ביותר האפשרית) שלכל דבר תהיה אותה התייחסות מתח קרקע.
משטחי עבודה (שטיחי ESD), שקיות ESD וחומרים אחרים נשמרים כולם בדרך כלל לקרקע משותפת, או פשוט על ידי כך שלא היה ביניהם חומר מבודד, או באופן מפורש יותר באמצעות חיווט נתיבי התנגדות נמוכים לקרקע בין כל ספסלי העבודה; המחברים ללהקות פרק כף היד, לרצפה ולציוד כלשהו. יש כאן בעיות בטיחות. אם אתה עובד סביב חומרי נפץ גבוהים ואלקטרוניקה, רצועת היד שלך עשויה להיות קשורה ישירות לקרקע ולא נגד 1M אוהם. אם אתה עובד סביב מתח גבוה מאוד, לא היית מקרק את עצמך בכלל.
הנה הצעת מחיר לעלויות ה- ESD מסיסקו, שאולי אפילו מעט שמרניות, מכיוון שנזק הבטחונות מכשלים בשטח עבור סיסקו בדרך כלל אינו מביא לאובדן חיים, מה שעלול להעלות את פי ה 100 שמזוהים בסדרי גודל. :
יש לך מה להוסיף להסבר? נשמע בתגובות. רוצה לקרוא תשובות נוספות ממשתמשי Stack Exchange אחרים המתמצאים בטכנולוגיה? עיין כאן בשרשור הדיון המלא .
