Elektronik cihazlarımız üzerinde çalışırken doğru şekilde topraklandığımızdan emin olmak için hepimiz uyarıları duyduk, ancak teknolojideki ilerlemeler statik elektrik hasarı sorununu azalttı mı yoksa hala eskisi kadar yaygın mı? Bugünün Süper Kullanıcı Soru-Cevap gönderisinde, meraklı bir okuyucunun sorusuna kapsamlı bir cevap var.
Bugünün Soru-Cevap oturumu bize, topluluk odaklı bir Soru-Cevap web siteleri grubu olan Stack Exchange'in bir alt bölümü olan SuperUser'ın izniyle geliyor.
Fotoğrafın izniyle Jared Tarbell (Flickr).
Soru
SuperUser okuyucu Ricku, statik elektrik hasarının artık elektronikte hala büyük bir sorun olup olmadığını bilmek istiyor:
Birkaç on yıl önce statik elektriğin büyük bir sorun olduğunu duydum. Hala büyük bir sorun mu var? Bir kişinin artık bir bilgisayar bileşenini "kızartmasının" nadir olduğuna inanıyorum.
Statik elektrik hasarı elektronikte hala büyük bir sorun mu?
Cevap
SuperUser katılımcısı Argonauts'un cevabı bizim için:
Endüstride Elektro-Statik Deşarj (ESD) olarak anılıyor ve şimdi her zamankinden çok daha fazla sorun teşkil ediyor; Ürünlerde ESD hasarı olasılığını azaltmaya yardımcı olan politika ve prosedürlerin oldukça yakın zamanda yaygın bir şekilde benimsenmesiyle bir miktar hafifletilmiş olsa da. Her şeye rağmen, elektronik endüstrisi üzerindeki etkisi diğer birçok endüstriden daha büyüktür.
Aynı zamanda çok büyük bir çalışma konusu ve çok karmaşık, bu yüzden sadece birkaç noktaya değineceğim. İlgileniyorsanız, konuya ayrılmış çok sayıda ücretsiz kaynak, materyal ve web sitesi var. Birçok insan kariyerlerini bu alana adamıştır. ESD'den zarar gören ürünler, ister üretici, ister tasarımcı veya "tüketici" olsun, elektronikle ilgili tüm şirketler üzerinde çok gerçek ve çok büyük bir etkiye sahiptir ve bir sektörde ele alınan birçok şey gibi, maliyetleri de bize.
ESD Derneği'nden:
Cihazlar ve özelliklerinin boyutu sürekli olarak küçüldükçe, ESD tarafından hasar görmeye daha duyarlı hale gelirler, bu da biraz düşündükten sonra mantıklıdır. Elektronik yapmak için kullanılan malzemelerin mekanik mukavemeti, genellikle termal kütle olarak adlandırılan (tıpkı makro ölçekli nesnelerde olduğu gibi) malzemenin hızlı sıcaklık değişikliklerine direnme kabiliyeti gibi, boyutları küçüldükçe azalır. 2003 civarında, en küçük özellik boyutları 180 nm aralığındaydı ve şimdi hızla 10 nm'ye yaklaşıyoruz.
20 yıl önce zararsız olabilecek bir ESD olayı, modern elektroniği potansiyel olarak yok edebilir. Transistörlerde, geçit malzemesi genellikle kurbandır, ancak diğer akım taşıyan elemanlar da buharlaştırılabilir veya eritilebilir. Bir IC'nin pinleri üzerindeki lehim (bir Küresel Izgara Dizisi gibi bir yüzey montaj eşdeğeri bu günlerde çok daha yaygındır) bir PCB üzerinde eritilebilir ve silikonun kendisinin yüksek ısı ile değiştirilebilen bazı kritik özellikleri (özellikle dielektrik değeri) vardır. . Tamamen ele alındığında, devreyi yarı iletkenden her zaman iletkene değiştirebilir; bu, çip açıldığında genellikle bir kıvılcım ve kötü bir koku ile biter.
Daha küçük özellik boyutları, çoğu ölçüm açısından neredeyse tamamen olumludur; Desteklenebilen çalışma / saat hızları, güç tüketimi, sıkı bir şekilde bağlanmış ısı üretimi, vb. gibi şeyler, ancak aksi takdirde önemsiz miktarlarda enerji olarak kabul edilebilecek olanlardan kaynaklanan hasara karşı duyarlılık, özellik boyutu küçüldükçe büyük ölçüde artar.
ESD koruması bugün birçok elektronik cihazda yerleşiktir, ancak entegre bir devrede 500 milyar transistörünüz varsa, statik bir boşalmanın hangi yolu izleyeceğini yüzde 100 kesinlikle belirlemek, izlenebilir bir problem değildir.
İnsan vücudu bazen 100 ila 250 pikofarad kapasitansa sahip olarak modellenir (İnsan Vücut Modeli; HBM). Bu modelde, voltaj 25 kV'a kadar yükselebilir (kaynağa bağlı olarak) (bazıları yalnızca 3 kV kadar yüksek olduğunu iddia etse de). Daha büyük sayıları kullanarak, kişi yaklaşık 150 milijul enerji "yüküne" sahip olacaktır. Tamamen "şarj edilmiş" bir kişi, tipik olarak bunun farkında olmayacaktır ve genellikle bir elektronik cihaz olan birinci uygun yer yolundan saniyenin bir kısmında boşaltılır.
Bu numaraların, normalde olduğu gibi, kişinin ek ücret taşıyabilecek kıyafetler giymediğini varsaydığını unutmayın. Var farklı modeller ESD riskini ve enerji seviyelerini hesaplamak için ve bazı durumlarda birbirleriyle çelişiyor gibi göründükleri için çok hızlı bir şekilde kafa karıştırıcı hale geliyor. İşte bir bağlantı mükemmel tartışma standartların ve modellerin çoğu.
Hesaplamak için kullanılan belirli yöntem ne olursa olsun, çok fazla enerji gibi gelmiyor ve kesinlikle kulağa gelmiyor, ancak modern bir transistörü yok etmek için fazlasıyla yeterli. Bağlam için, bir joule enerji, orta boy bir domatesi (100 gram) Dünya yüzeyinden bir metre dikey olarak kaldırmak için gereken enerjiye eşdeğerdir (Wikipedia'ya göre).
Bu, yalnızca insana özgü ESD olayının "en kötü senaryo" tarafına denk geliyor, burada insan bir yük taşıyor ve onu duyarlı bir cihaza deşarj ediyor. Nispeten düşük bir şarj miktarından yüksek bir voltaj, kişi çok zayıf bir şekilde topraklandığında ortaya çıkar. Neyin ve ne kadar hasar gördüğünün kilit faktörlerinden biri, gerçekte yük veya voltaj değil, bu bağlamda elektronik cihazın bir toprağa giden yolunun direncinin ne kadar düşük olduğu olarak düşünülebilecek akımdır.
Elektronik cihazlarla çalışan insanlar genellikle bilek kayışları ve / veya ayaklarında topraklama kayışları ile topraklanır. Topraklama için “şort” değildir; direnç, işçilerin paratoner görevi görmesini (kolayca elektrik çarpması) önleyecek şekilde boyutlandırılmıştır. Bilek bantları tipik olarak 1M Ohm aralığındadır, ancak bu yine de biriken herhangi bir enerjinin hızlı bir şekilde boşaltılmasına izin verir. Kapasitif ve yalıtımlı öğeler, diğer yük üreten veya depolayan malzemelerle birlikte çalışma alanlarından, polistiren, balonlu ambalaj ve plastik bardaklar gibi şeylerden izole edilir.
İnsan vücudunun kendisinin yükü "dahili olarak" taşımadığı, sadece hareketini kolaylaştırdığı bir cihaza ESD hasarına (hem pozitif hem de negatif göreceli yük farklılıklarından) neden olabilecek sayısız başka malzeme ve durum vardır. Çizgi film seviyesinde bir örnek, bir halıda yürürken yün bir süveter ve çorap giydikten sonra metal bir nesneyi kaldırıp dokunmak olabilir. Bu, vücudun kendisinin depolayabileceğinden çok daha yüksek miktarda enerji yaratır.
Modern elektroniğe zarar vermek için ne kadar az enerji gerektiğine dair son bir nokta. 10 nm'lik bir transistör (henüz yaygın değil, ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde olacak), 6 nm'den daha az bir kapı kalınlığına sahip, bu da tek katman (tek bir atom katmanı) dedikleri şeye yaklaşıyor.
Bu çok karmaşık bir konudur ve bir ESD olayının bir cihaza neden olabileceği hasar miktarını, deşarj hızı da dahil olmak üzere çok sayıda değişken nedeniyle tahmin etmek zordur (şarj ile toprak arasında ne kadar direnç vardır) , cihazdan zemine giden yolların sayısı, nem ve ortam sıcaklıkları ve çok daha fazlası. Tüm bu değişkenler, etkiyi modelleyebilecek çeşitli denklemlere bağlanabilir, ancak bunlar henüz gerçek hasarı tahmin etmede son derece doğru değil, ancak bir olaydan kaynaklanan olası hasarı çerçevelemede daha iyi.
Çoğu durumda ve bu çok sektöre özgüdür (tıp veya havacılık düşünün), ESD'nin neden olduğu bir felaket arızası olayı, üretim ve test aşamasından fark edilmeden geçen bir ESD olayından çok daha iyi bir sonuçtur. Fark edilmeyen ESD olayları, çok küçük bir kusur oluşturabilir veya önceden var olan ve tespit edilmemiş bir gizli kusuru biraz daha kötüleştirebilir; bu, her iki senaryoda da ek küçük ESD olayları veya yalnızca normal kullanım nedeniyle zamanla daha da kötüleşebilir.
Nihayetinde, güvenilirlik modelleriyle tahmin edilemeyen yapay olarak kısaltılmış bir zaman diliminde (bakım ve değiştirme programlarının temelini oluşturur) cihazın feci ve erken arızalanmasına neden olurlar. Bu tehlike nedeniyle ve korkunç durumları (örneğin bir kalp pilinin mikro işlemcisi veya uçuş kontrol cihazları) düşünmek kolaydır, gizli ESD kaynaklı kusurları test etmek ve modellemek için yollar bulmak şu anda önemli bir araştırma alanıdır.
Elektronik üretiminde çalışmayan veya hakkında çok fazla bilgi sahibi olmayan bir tüketici için bu bir sorun gibi görünmeyebilir. Çoğu elektronik cihaz satış için paketlendiğinde, ESD hasarının çoğunu önleyecek çok sayıda koruma önlemi vardır. Hassas bileşenlere fiziksel olarak erişilemez ve bir zemine giden daha uygun yollar mevcuttur (yani, bir bilgisayar kasası bir zemine bağlıdır, ESD'yi içine boşaltmak neredeyse kesinlikle kasa içindeki CPU'ya zarar vermez, bunun yerine en düşük direnç yolunu seçer. güç kaynağı ve duvar prizi güç kaynağı üzerinden topraklama). Alternatif olarak, makul akım taşıma yolları mümkün değildir; çoğu cep telefonunun iletken olmayan dış kısımları vardır ve yalnızca şarj edildiğinde bir topraklama yoluna sahiptir.
Kayıt için, her üç ayda bir ESD eğitiminden geçmem gerekiyor, böylece devam edebilecektim. Ama bence bu sorunun cevabı için yeterli olmalı. Bu yanıttaki her şeyin doğru olduğuna inanıyorum, ancak merakınızı sonsuza dek yok etmediysem, fenomeni daha iyi tanımak için doğrudan okumayı şiddetle tavsiye ederim.
İnsanların mantığa aykırı bulduğu bir şey de, sık sık sakladığınız ve içinde gönderdiğiniz elektronik eşyaların (anti-statik çantalar) da iletken olmasıdır. Anti-statik, malzemenin diğer malzemelerle etkileşime girerek anlamlı bir yük toplamayacağı anlamına gelir. Ancak ESD dünyasında, her şeyin aynı toprak gerilimi referansına sahip olması (mümkün olan en iyi ölçüde) eşit derecede önemlidir.
Çalışma yüzeyleri (ESD paspaslar), ESD torbaları ve diğer malzemelerin tümü, ya aralarında yalıtımlı bir malzeme bulunmayarak ya da daha açık bir şekilde, tüm çalışma tezgahları arasındaki bir zemine düşük dirençli yollar döşenerek, ortak bir zemine bağlı tutulur; işçilerin bilek bantları, zemin ve bazı ekipmanlar için konektörler. Burada güvenlik sorunları var. Yüksek patlayıcılar ve elektronik parçalar üzerinde çalışıyorsanız, bilek bandınız 1M Ohm direnç yerine doğrudan bir zemine bağlanabilir. Çok yüksek voltajla çalışırsanız, kendinizi hiç topraklamazsınız.
Cisco için saha arızalarından kaynaklanan ikincil hasar tipik olarak can kaybına yol açmadığından, Cisco'dan ESD'nin maliyetleri hakkında biraz ihtiyatlı bile olabilecek bir alıntı var, bu da büyüklük emirleri ile belirtilen 100 katını artırabilir. :
Açıklamaya eklemek istediğiniz bir şey var mı? Yorumlarda ses çıkarın. Diğer teknoloji meraklısı Stack Exchange kullanıcılarından daha fazla yanıt okumak ister misiniz? Tartışma dizisinin tamamına buradan göz atın .
