Mindannyian hallottuk a figyelmeztetéseket, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy megfelelően megalapozottak vagyunk-e az elektronikus eszközeinken való munkavégzés során, de a technika fejlődése csökkentette-e a statikus elektromosság károsodásának problémáját, vagy még mindig olyan elterjedt, mint korábban? A mai SuperUser Q & A bejegyzés átfogó választ ad egy kíváncsi olvasói kérdésre.
A mai Kérdések és válaszok ülés a SuperUser jóvoltából érkezik hozzánk - a Stack Exchange alosztályához, amely a Q & A webhelyek közösségvezérelt csoportosulása.
Fotó jóvoltából Jared Tarbell (Flickr).
A kérdés
Ricku, a SuperUser olvasója tudni akarja, hogy a statikus elektromosság károsodása továbbra is óriási probléma-e az elektronikával kapcsolatban:
Hallottam, hogy a statikus elektromosság néhány évtizeddel ezelőtt nagy problémát jelentett. Most is nagy probléma? Úgy gondolom, hogy ritkán fordul elő, hogy az ember „megsüt” egy számítógép-alkatrészt.
A statikus elektromosság károsodása továbbra is óriási probléma az elektronikával?
A válasz
A SuperUser közreműködője, az Argonauts válaszolt ránk:
Az iparban ezt elektro-statikus kisülésnek (ESD) nevezik, és ez sokkal nagyobb problémát jelent, mint valaha; bár ezt némileg enyhítette az olyan politikák és eljárások meglehetősen közelmúltbeli széles körű elfogadása, amelyek segítenek csökkenteni a termékek ESD-károsodásának valószínűségét. Ettől függetlenül az elektronikai iparra gyakorolt hatása nagyobb, mint sok más egész ipar számára.
Ez szintén óriási tanulmányi téma és nagyon összetett, ezért csak néhány pontot érintek. Ha érdekel, számos ingyenes forrás, anyag és weboldal foglalkozik a témával. Sokan ennek a területnek szentelik karrierjüket. Az ESD által károsított termékek nagyon valós és nagyon nagy hatással vannak az elektronikával foglalkozó összes vállalatra, legyen szó akár gyártóról, tervezőről vagy „fogyasztóról”, és mint sok dologgal, amellyel egy iparág foglalkozik, költségeit is áthárítják minket.
Az ESD Szövetség részéről:
Ahogy az eszközök és jellemzőik mérete folyamatosan csökken, egyre érzékenyebbek az ESD károsodására, ami egy kis gondolkodás után van értelme. Az elektronika felépítéséhez használt anyagok mechanikai szilárdsága általában csökken, mivel méretük csökken, ahogy az anyag képessége is ellenáll a gyors hőmérsékleti változásoknak, amelyeket általában hőtömegnek neveznek (csakúgy, mint a makroszintű tárgyaknál). 2003 körül a legkisebb jellemzőméretek a 180 nm-es tartományban voltak, és most gyorsan megközelítjük a 10 nm-t.
Az ESD esemény, amely 20 évvel ezelőtt ártalmatlan lett volna, tönkreteheti a modern elektronikát. A tranzisztorokon a kapu anyaga gyakran az áldozat, de más áramhordozó elemek is elpárologhatnak vagy megolvadhatnak. Az IC IC csapjain lévő forrasztás (manapság jóval gyakoribb egy felületre szerelhető ekvivalens, mint a Ball Grid Array) egy PCB-n megolvasztható, és maga a szilícium is rendelkezik néhány kritikus jellemzővel (főleg dielektromos értékével), amelyeket nagy hő hatására meg lehet változtatni . Összességében megváltoztathatja az áramkört félvezetőből mindig vezetővé, amely általában szikrával és rossz szaggal végződik, amikor a chip be van kapcsolva.
A kisebb funkcióméretek szinte teljesen pozitívak a legtöbb mutató szempontjából; olyan dolgok, mint támogatható működési / órajelek, energiafogyasztás, szorosan kapcsolt hőtermelés stb., de az egyébként triviális energiamennyiségnek számító károk iránti érzékenység is nagymértékben növekszik, mivel a funkció mérete csökken.
Az ESD-védelem manapság sok elektronikába van beépítve, de ha 500 milliárd tranzisztor van egy integrált áramkörben, akkor nem kezelhető probléma meghatározni, hogy a statikus kisülés milyen úton halad 100 százalékos biztonsággal.
Az emberi testet néha úgy modellezik (Human Body Model; HBM), hogy 100–250 pikofarád kapacitása van. Ebben a modellben a feszültség akár 25 kV-os is lehet (a forrástól függően) (bár egyesek szerint csak 3 kV-ig). Nagyobb számok felhasználásával a személy energia töltése körülbelül 150 millijoule lenne. Egy teljesen „feltöltött” személy általában nem lenne tisztában vele, és másodpercek töredéke alatt ürül ki az első elérhető földi úton, gyakran elektronikus eszközön keresztül.
Ne feledje, hogy ezek a számok feltételezik, hogy a személy nem visel ruhát, amely képes lenne felár ellenében viselni, ami általában így van. Vannak különböző modellek az ESD kockázatának és az energiaszintnek a kiszámításához, és ez nagyon gyorsan összezavarodik, mivel úgy tűnik, hogy egyes esetekben ellentmondanak egymásnak. Itt van egy link egy kiváló vita számos szabvány és modell közül.
Függetlenül attól, hogy a kiszámításához milyen módszert alkalmaznak, ez nem, és természetesen nem hangzik sok energiának, de több mint elegendő egy modern tranzisztor megsemmisítésére. A kontextus szempontjából egy joule energia egyenértékű (a Wikipedia szerint) azzal az energiával, amely egy közepes méretű (100 gramm) paradicsom egy méteres függőleges felemeléséhez szükséges a Föld felszínéről.
Ez a csak az emberre kiterjedő ESD esemény „legrosszabb forgatókönyv” oldalára esik, ahol az ember töltetet hordoz és egy fogékony eszközbe engedi. Az a feszültség, amely viszonylag alacsony töltöttségből származik, akkor fordul elő, ha az ember nagyon rosszul van földelve. Kulcsfontosságú tényező abban, hogy mi és mennyit károsodik, valójában nem a töltés vagy a feszültség, hanem az áram, amely ebben az összefüggésben azt gondolhatja, hogy az elektronikus eszköz földhöz vezető útjának milyen alacsony az ellenállása.
Az elektronika körül dolgozó embereket általában csuklópántokkal és / vagy földi hevederekkel földelik. Nem „rövidnadrágok” a földeléshez; az ellenállás olyan méretű, hogy megakadályozza a dolgozókat villámhárítóként (könnyen áramütést szenvedve). A csuklópántok jellemzően az 1M Ohm tartományba esnek, de ez még mindig lehetővé teszi a felhalmozott energia gyors kisütését. A kapacitív és szigetelt elemeket, valamint minden más töltést előállító vagy tároló anyagokat elkülönítenek a munkaterületektől, például polisztirolból, buborékfóliából és műanyag poharakból.
Szó szerint számtalan olyan anyag és helyzet létezik, amely ESD károsodást eredményezhet (mind a pozitív, mind a negatív relatív töltéskülönbségektől kezdve) egy olyan eszközön, ahol az emberi test maga nem hordozza a töltetet „belső úton”, hanem csak megkönnyíti annak mozgását. Rajzfilm szintű példa lenne, ha gyapjú pulóvert és zoknit viselne, miközben átsétál a szőnyegen, majd felvesz vagy megérint egy fémtárgyat. Ez lényegesen nagyobb energiamennyiséget eredményez, mint amennyit maga a test el tudna tárolni.
Egy utolsó pont arról, hogy mennyi energia szükséges a modern elektronika károsodásához. Egy 10 nm-es tranzisztor (még nem gyakori, de a következő pár évben lesz) kapu vastagsága kevesebb, mint 6 nm, amely közelít ahhoz, amit egyrétegűnek neveznek (egyetlen atomréteg).
Ez egy nagyon bonyolult téma, és az ESD-esemény által okozott kár mértékét nehéz megjósolni a változók hatalmas száma miatt, beleértve a kisülés sebességét is (mekkora ellenállás van a töltés és a föld között) , az eszközön keresztül a földig vezető utak száma, a páratartalom és a környezeti hőmérséklet, és még sok más. Mindezek a változók különféle egyenletekbe kapcsolhatók, amelyek modellezhetik a hatást, de ezek még nem túl pontosak a tényleges károk előrejelzésében, de jobban meg tudják határozni az események lehetséges károsodásait.
Sok esetben, és ez nagyon iparági jellegű (gondoljunk csak az orvosi vagy az űrkutatásra), az ESD által kiváltott katasztrófahiba esemény sokkal jobb eredmény, mint az ESD esemény, amely észrevétlenül megy keresztül a gyártáson és a tesztelésen. Az észrevétlen ESD események nagyon kicsi hibát okozhatnak, vagy esetleg kissé ronthatnak egy már meglévő és nem észlelt látens hibát, amely mindkét forgatókönyvben súlyosbodhat az idő múlásával akár további kisebb ESD események, akár csak rendszeres használat miatt.
Végül a készülék katasztrofális és idő előtti meghibásodását eredményezi mesterségesen rövidített időkeretben, amelyet a megbízhatósági modellek nem tudnak megjósolni (amelyek a karbantartási és csereprogramok alapját képezik). E veszély miatt könnyű szörnyű helyzetekre gondolni (például a pacemaker mikroprocesszora vagy repülésvezérlő műszerei), a látens ESD okozta hibák tesztelésének és modellezésének módszereinek kidolgozása jelenleg a kutatás egyik fő területe.
Az a fogyasztó számára, aki nem dolgozik az elektronikai gyártásban, vagy sokat tud róla, ez nem tűnik problémának. Mire a legtöbb elektronikát eladásra csomagolják, számos biztosíték van érvényben, amelyek megakadályozzák az ESD legtöbb károsodását. Az érzékeny alkatrészek fizikailag nem hozzáférhetők, és kényelmesebb utak érhetők el a föld felé (azaz a számítógép alváza földhöz van kötve, az ESD lemerítése szinte biztosan nem károsítja a házban lévő CPU-t, ehelyett a legalacsonyabb ellenállási utat választja földelni az áramellátáson és a fali aljzaton keresztül). Alternatív megoldásként nem lehetséges ésszerű áramvezetési útvonal; sok mobiltelefon nem vezetőképes külsővel rendelkezik, és csak töltéskor van földi útja.
A nyilvántartáshoz három havonta át kell esnem az ESD-képzésre, így folytathatnám. De szerintem ennek elegendőnek kell lennie a kérdés megválaszolásához. Úgy gondolom, hogy ebben a válaszban minden pontos, de határozottan javasoljuk, hogy olvassa el közvetlenül, hogy jobban megismerkedjen a jelenséggel, ha nem romboltam le végleg a kíváncsiságát.
Egy dolog, amit az emberek intuitívnak találnak, az, hogy azok a táskák, amelyekben gyakran látja az elektronikát tárolva és szállítva (antisztatikus táskák), szintén vezetőképesek. Az antisztatikus azt jelenti, hogy az anyag nem gyűjt érdemi töltetet a más anyagokkal való kölcsönhatásból. De az ESD világában ugyanolyan fontos (a lehető legnagyobb mértékben), hogy mindennek ugyanaz legyen a földi feszültség referenciája.
A munkafelületeket (ESD szőnyegeket), az ESD táskákat és más anyagokat általában egy közös talajhoz kötve tartják, vagy egyszerűen úgy, hogy nincs közöttük szigetelt anyag, vagy kifejezettebben azáltal, hogy alacsony ellenállású utakat vezetnek a talajhoz az összes munkaasztal között; a munkavállalók csuklópántjainak, a padlónak és néhány berendezésnek a csatlakozóit. Biztonsági kérdések vannak itt. Ha robbanóanyagok és elektronika körül dolgozik, akkor a csuklópánt közvetlenül 1M Ohm ellenállás helyett a földhöz van kötve. Ha nagyon nagy feszültség körül dolgozik, akkor egyáltalán nem földelne le.
Itt van egy idézet az ESD költségeiről a Cisco-tól, ami még kissé konzervatív is lehet, mivel a Cisco számára a terepi kudarcokból eredő járulékos károk általában nem okoznak életvesztést, ami megnövelheti azt a 100x-ot, amelyre nagyságrendekkel utal. :
Van valami hozzáfűzhető a magyarázathoz? Hang a kommentekben. Szeretne további válaszokat olvasni más, hozzáértő Stack Exchange-felhasználóktól? Nézze meg a teljes vitafonalat itt .
