Mēs visi esam dzirdējuši brīdinājumus, lai pārliecinātos, ka mēs esam pienācīgi pamatoti, strādājot pie mūsu elektroniskajām ierīcēm, bet tehnoloģiju attīstība mazina statiskās elektrības bojājumu problēmu vai tā joprojām ir tik izplatīta kā līdz šim? Šodienas SuperUser Q & A ziņā ir visaptveroša atbilde uz ziņkārīgo lasītāja jautājumu.
Šodienas jautājumu un atbilžu sesija mums priecājas par SuperUser - Stack Exchange dalību, kas ir kopienas vadīta Q & A tīmekļa vietņu grupa.
Foto pieklājīgi no Jared Tarbell (Flickr).
SuperUser lasītājs Ricku vēlas zināt, vai statiskā elektrības bojājums joprojām ir milzīga problēma ar elektroniku:
Esmu dzirdējis, ka pirms vairākiem gadu desmitiem statika bija liela problēma. Vai tā joprojām ir liela problēma? Es uzskatu, ka personai ir reti sastopama datora sastāvdaļa.
Vai statiskās elektrības bojājums joprojām ir milzīga problēma ar elektroniku?
SuperUser ieguldītājs Argonauts mums ir atbilde:
Šajā nozarē tas tiek dēvēts par elektrostatisko izlādi (ESD), un tas ir daudz vairāk problēmu nekā tas jebkad bijis; lai gan tas ir mazinājies, pateicoties diezgan nesenai plaši pieņemtai politikai un procedūrām, kas palīdz mazināt iespējamību, ka ESD radīs kaitējumu produktiem. Neskatoties uz to, tā ietekme uz elektronikas nozari ir lielāka nekā daudzās citās nozarēs.
Tā ir arī milzīga mācību tēma un ļoti sarežģīta, tāpēc es tikai pieskaršos dažiem punktiem. Ja jūs interesē, tam ir vairāki bezmaksas avoti, materiāli un vietnes. Daudzi cilvēki veltījuši savu karjeru šajā jomā. ESD bojātie izstrādājumi ļoti reāli un ļoti lielā mērā ietekmē visus elektronikas uzņēmumus, neatkarīgi no tā, vai tie ir ražotāji, dizaineri vai "patērētāji", un tāpat kā daudzas lietas, kas tiek aplūkotas nozarē, izmaksas tiek novirzīti līdz mums.
No ESD asociācijas:
Tā kā ierīces un to funkciju izmēri nepārtraukti kļūst mazākas, tās kļūst arvien jutīgākas pret ESD bojājumiem, kas ir jēga pēc nedaudz domām. Elektronikas veidošanai izmantoto materiālu mehāniskā izturība parasti samazinās, jo to izmērs samazinās, kā arī materiāla spēja pretoties straujajām temperatūras izmaiņām, ko parasti sauc par termālo masu (tāpat kā makro mēroga objektos). Apmēram 2003.gadā mazākie izmēri bija 180 nm diapazonā, un tagad mēs strauji tuvojas 10 nm.
ESD notikums, kas pirms 20 gadiem būtu bijis nekaitīgs, varētu potenciāli iznīcināt moderno elektroniku. Par tranzistoriem vārtu materiāls bieži ir upuris, bet arī citus strāvu saturošus elementus var iztvaikot vai izkusēt. Līme uz IC ligzdām (virsmas montāžas ekvivalents, piemēram, Ball Grid array ir daudz vairāk izplatīts šajās dienās) uz PCB var izkusis, un silīcija pati par sevi ir dažas kritiskas īpašības (jo īpaši tās dielektriskā vērtība), ko var mainīt ar lielu siltumu . Kopumā tas var mainīt ķēdi no pusvadītāja līdz vienmēr vadītājam, kas parasti beidzas ar dzirksteli un sliktu smaku, kad mikroshēma tiek ieslēgta.
Mazākā izmēra lielumi gandrīz pilnībā ir pozitīvi no lielākās metrikas perspektīvas; piemēram, darbības / pulksteni, kurus var atbalstīt, enerģijas patēriņš, cieši saistīta siltuma ražošana utt., taču jutības pret bojājumiem, kas pretējā gadījumā tiktu uzskatīti par nevajadzīgiem enerģijas daudzumiem, arī ievērojami palielinās, kad funkciju izmērs samazinās.
ESD aizsardzība mūsdienās ir iebūvēta daudzās elektronikās, bet, ja integrētajā shēmā ir 500 miljardi tranzistoru, nav skaidra problēma, lai noteiktu, kāds ceļš būs ar 100% drošību.
Cilvēka ķermenis dažkārt tiek modelēts (Cilvēka ķermeņa modelis, HBM), jo tam ir 100 līdz 250 kapacitātes pikofarādes. Šajā modulī spriegums var sasniegt tik lielu (atkarībā no avota) kā 25 kV (lai gan daži apgalvo tikai tikpat augstu kā 3 kV). Izmantojot lielākus skaitļus, cilvēkam būtu aptuveni € 150 miligūdu uzlādes enerģija. Pilnībā uzlādēta persona parasti to nezina, un tā tiek izvadīta otrajā daļā, izmantojot pirmo pieejamo zemes ceļu, bieži vien elektronisku ierīci.
Ņemiet vērā, ka šajos skaitļos tiek pieņemts, ka persona nav valkā apģērbu, kas spēj uzņemties papildu maksu, kas parasti notiek. ESD riska un enerģijas līmeņu aprēķināšanai ir dažādi modeļi, un tas ļoti ātri kļūst neskaidri, jo dažos gadījumos tie šķiet pretrunīgi. Šeit ir saite uz lielisku diskusiju par daudziem standartiem un modeļiem.
Neatkarīgi no konkrētās metodes, ko izmanto, lai to aprēķinātu, tas nav un, protams, nešķiet tikpat enerģisks, bet modernā tranzistora iznīcināšanai tas ir vairāk nekā pietiekams. Attiecībā uz kontekstu viens jūls enerģijas ir ekvivalents (saskaņā ar Wikipedia), lai enerģija, kas nepieciešama, lai paceltu vidēja izmēra tomātu (100 gramus) vienu metru vertikāli no Zemes virsmas.
Tas attiecas uz "tikai sliktāko scenāriju" pusi, kas saistīts tikai ar cilvēka darbības traucējumiem, kad cilvēks veic uzlādi un izlādē to par jutīgu ierīci. Spriegums, kas aug no relatīvi zemā maksas daudzuma, rodas, kad persona ir ļoti slikti pamatota. Galvenais faktors, kas un cik daudz izpaužas bojā, faktiski nav lādiņš vai spriegums, bet pašreizējais, ko šajā kontekstā var uzskatīt par cik zemu ir elektroniskās ierīces ceļa uz zemes pretestība.
Cilvēki, kas strādā apkārt elektronikā, parasti ir nostiprināti ar rokas siksnām un / vai siksnu uz kājām. Tie nav "šorti" zemēšanai; pretestība ir liela, lai novērstu to, ka darbinieki kalpo kā zibens spēriens (viegli nokļūstot ar elektrību).Rokas lentes parasti ir 1M Ohm diapazonā, bet tas joprojām ļauj ātri izkrāpt jebkuru uzkrāto enerģiju. Ierīces ar ietilpību un izolāciju kopā ar jebkuru citu materiālu, kas rada vai uzglabā materiālus, ir izolētas no darba vietām, tādām kā polistirola, burbuļplēve un plastmasas trauki.
Ir burtiski neskaitāmi citi materiāli un situācijas, kas var izraisīt ESD bojājumus (gan no pozitīvām, gan negatīvām relatīvās uzlādes atšķirībām) uz ierīci, kurā cilvēka ķermenis neuzņem maksu "iekšēji", bet tikai atvieglo tā kustību. Karikatūra līmeņa piemērs būtu valkā vilnas džemperis un zeķes, ejot pa paklāju, pēc tam pacelt vai pieskaroties metāla priekšmetam. Tas rada ievērojami lielāku enerģijas daudzumu, nekā pati iestāde varētu uzglabāt.
Viens no pēdējiem jautājumiem par to, cik maz enerģijas patērē, lai bojātu moderno elektroniku. 10 nm tranzistors (kas vēl nav izplatīts, taču tas būs nākamajos pāris gados), vārtu biezums ir mazāks par 6 nm, kas tuvojas tam, ko viņi sauc par monolayer (viens slāņa atomiem).
Tas ir ļoti sarežģīts priekšmets, un bojājumu apjoms, kāds ESD gadījumā var izraisīt ierīci, ir grūti paredzams mainīgo lielo skaitu, tostarp izlādes ātrumu (cik liela pretestība ir starp maksu un zemi) , ceļu skaits uz zemes, izmantojot ierīci, mitrums un apkārtējā temperatūra, un vēl daudz vairāk. Visi šie mainīgie var tikt pieslēgti dažādiem vienādojumiem, kas var modeļus ietekmēt, taču tie nav briesmīgi precīzi, prognozējot faktisko kaitējumu vēl, bet labāk, veidojot iespējamos zaudējumus no notikuma.
Daudzos gadījumos, un tas ir ļoti specifisks nozarei (domā par medicīnu vai kosmosa izmantošanu), ESD izraisīts katastrofāls mazspējas gadījums ir daudz labāks rezultāts nekā ESD notikums, kas ražošanā un testēšanā tiek novērots nepamanīti. Neizmainītas ESD notikumi var radīt ļoti nelielu defektu vai, iespējams, nedaudz pasliktināt jau esošu un neatklātos latentos defektus, kuri abos scenārijos laika gaitā var pasliktināties vai nu papildu mazāku ESD notikumu dēļ, vai arī tikai parasto lietojumu.
Tie galu galā izraisīs katastrofālu un pāragru ierīces bojājumu mākslīgi saīsinātā laika posmā, ko nevar paredzēt uzticamības modeļi (kas ir pamatā apkopes un rezerves grafikiem). Šo briesmu dēļ un viegli domāt par briesmīgām situācijām (piemēram, elektrokardiostimulatoru mikroprocesoru vai lidojuma vadības instrumentus), patlaban ir galvenā pētījumu joma, kurā tiek piedāvāti veidi, kā pārbaudīt un modelēt latentos ESD izraisītos defektus.
Patērētājam, kurš nedarbojas vai daudz nezina par elektronikas ražošanu, šķiet, ka tas nav jautājums. Līdz tam laikam, kad lielākā daļa elektronikas ir iepakoti pārdošanai, pastāv vairāki drošības pasākumi, kas novērš lielāko daļu ESD bojājumu. Sensitīvie komponenti ir fiziski nepieejami un ir pieejami ērtāki ceļi uz zemes (ti, datora šasija ir saistīta ar zemi, izlādējot ESD tajā, gandrīz noteikti tas netiks bojāts CPU iekšpusē, bet tā vietā ņem zemāko pretestības ceļu uz zemē, izmantojot strāvas avotu un strāvas avotu). Alternatīvi, nav iespējamu saprātīgu pašreizējo pārvadāšanas ceļu; daudzi mobilie tālruņi ir nespecifiski ārpuses un tiem ir jāmaksā tikai ceļš.
Lai iegūtu ierakstu, man ir jāiziet ESD apmācību ik pēc trim mēnešiem, lai es varētu turpināt darboties. Bet es domāju, ka tam vajadzētu būt pietiekamam, lai atbildētu uz jūsu jautājumu. Es uzskatu, ka viss, kas sniegts šajā atbildē, ir precīzs, taču es noteikti ieteiktu tieši to lasīt, lai labāk iepazītu šo fenomenu, ja neesmu iznīcinājis jūsu interesi par labu.
Viena lieta, ko cilvēki uzskata par pret intuitīvu, ir tas, ka maisiņi, kurus jūs bieži redzat, elektroniski uzglabā un nosūta (anti-static bags), ir arī vadošas. Anti-static nozīmē, ka materiāls nesaņem nozīmīgu lādiņu no mijiedarbības ar citiem materiāliem. Bet ESD pasaulē ir vienlīdz svarīgi (pēc iespējas labāk), ka visam ir vienāds sprieguma zemējums.
Parasti darba virsmas (ESD paklājus), ESD maisus un citus materiālus parasti saista ar kopēju pamatu, vai nu vienkārši nav starp tiem izolēti materiāli, vai arī precīzāk, vadot zemas pretestības ceļus uz zemi starp visiem darba stendiem; darba roktura, grīdas un dažu iekārtu savienotāji. Šeit ir drošības jautājumi. Ja strādājat ar sprādzienbīstamām vielām un elektroniskām ierīcēm, rokas sprādze var būt piesaistīta tieši zemei, nevis 1M Ohm rezistoram. Ja jūs strādājat ar ļoti augstu spriegumu, jūs vispār nekļūtu.
Šeit ir citāts par Cisco izstrādātajiem ESD izdevumiem, kas varētu būt pat nedaudz konservatīvi, jo Cisco neveiksmīgo cēloņu radītie zaudējumi parasti neizraisa dzīvības zaudēšanu, kas var palielināt par 100x, kas minēti pasūtījumu apjomā :
Vai kaut ko pievienot paskaidrojumam? Skatieties komentāros. Vēlaties lasīt citas atbildes no citiem tehnoloģiju savvy Stack Exchange lietotājiem? Šeit skatiet pilnu diskusiju pavedienu.
