Я слышал, что статическое электричество было серьезной проблемой пару десятилетий назад. Тем не менее, многие производители компьютеров теперь, кажется, не беспокоятся о таких вещах, как ремни электростатического разряда (ESD) или другие меры при работе в системе.
Являются ли компьютеры менее восприимчивыми к ESD сейчас?
В промышленности его называют электростатическим разрядом (ESD), и сейчас он представляет собой гораздо большую проблему, чем когда бы то ни было, хотя он несколько смягчен довольно недавним повсеместным принятием политик и процедур, которые помогают снизить вероятность повреждения продукта от электростатического разряда.
Несмотря на это, его влияние на электронную промышленность больше, чем на целые отрасли. Это также огромная тема для изучения и очень сложная, поэтому я просто коснусь нескольких моментов. Если вы заинтересованы, есть множество бесплатных источников, материалов и веб-сайтов, посвященных этой теме. Многие люди посвящают свою карьеру этой области. Продукты, поврежденные ОУР, оказывают очень реальное и очень большое влияние на все компании, занимающиеся электроникой - будь то производитель, дизайнер или потребитель, и, как и многие другие вещи, с которыми сталкиваются в промышленности, их стоимость перекладывается на нас.
Согласно Ассоциации ESD:
«Эпоха электроники принесла с собой новые проблемы, связанные со статическим электричеством и электростатическим разрядом. И по мере того, как электронные устройства становились все быстрее и меньше, их чувствительность к ОУР возрастала. Сегодня ОУР влияет на производительность и надежность продукта практически во всех аспектах современной электроники. Эксперты отрасли подсчитали, что средние потери продукта из-за статического отклонения составляют [до] 33%. Другие оценивают фактическую стоимость ущерба от электростатических разрядов для электронной промышленности в миллиарды долларов ежегодно ».
По мере того, как устройства и их размеры (что означает наименьший размер компонентов, производимых по данной технологии) постоянно уменьшаются, они становятся более подверженными повреждению от электростатического разряда, что имеет смысл после недолгого размышления. Механическая прочность материалов, используемых для создания электроники, в целом уменьшается с уменьшением их размера, так же как и способность материалов противостоять быстрому изменению температуры, которое обычно называют термической массой - как в объектах «макро» масштаба. Приблизительно в 2003 году наименьшие размеры объектов были в диапазоне 180 нм - сейчас мы быстро приближаемся к 10 нм.
Событие ОУР, которое 20 лет назад было бы безвредным, потенциально может разрушить современную электронику. На транзисторах материал затвора очень часто является жертвой, но другие токонесущие элементы могут испаряться или расплавляться, паяться на выводах микросхемы (технически эквивалентный монтаж на поверхности, такой как шариковая решетка (BGA), гораздо более распространены в наши дни) на PCB может быть расплавлен, и сам кремний имеет некоторые критические характеристики (особенно его диэлектрическую ценность), которые могут быть изменены при высокой температуре; в целом это может изменить схему с полупроводника на постоянно проводящий, который обычно заканчивается искрой и неприятным запахом при включении микросхемы.
Меньшие размеры элементов почти полностью положительны с точки зрения большинства показателей - такие как рабочие / тактовые частоты, которые могут поддерживаться, энергопотребление (и тесно связаны) генерация тепла и т.д., Но чувствительность к повреждению от того, что в противном случае считалось бы тривиальными величинами. энергии также идет вверх, так как размер объекта уменьшается.
Сегодня защита от электростатического разряда встроена во многие электронные устройства, но если у вас 500 миллиардов транзисторов в интегральной схеме, определить, по какому пути пойдет статический разряд, можно с уверенностью 100%.
Человеческое тело иногда моделируется (модель человеческого тела ; HBM) как имеющее емкость от 100 до 250 пикофарад; в этой модели напряжение может достигать 25 кВ (в зависимости от источника) (некоторые утверждают, что оно достигает 3 кВ). При использовании больших чисел у человека будет «заряд» энергии около 150 миллиджоулей. Полностью «заряженный» человек обычно не знает об этом, и он разряжается за доли секунды по первому доступному пути заземления - часто электронному устройству. Обратите внимание, что эти цифры предполагают, что человек не носит одежду, способную нести дополнительную плату, что обычно имеет место.
Существуют разные модели для расчета риска ОУР и уровней энергии, и это очень запутанно очень быстро, так как в некоторых случаях они противоречат друг другу. Я не могу найти какой-либо источник, который был бы более точным, чем другой, поэтому я просто сошлюсь на это прекрасное обсуждение многих стандартов и моделей.
Независимо от конкретного метода, используемого для его расчета, это не так и, конечно, не так уж много энергии, но этого более чем достаточно, чтобы разрушить современный транзистор. Для контекста, 1 джоул энергии эквивалентен - в Википедии - энергии, необходимой для подъема томата среднего размера (100 г) на 1 метр вертикально от поверхности Земли.
Это на стороне «наихудшего» случая события ОУР, касающегося только человека, когда человек несет заряд и разряжает его в восприимчивое устройство. Высокое напряжение от относительно низкого уровня заряда возникает, когда человек крайне плохо заземлен. Ключевым фактором того, что и сколько повреждено, является не заряд или напряжение, а ток, который в этом контексте можно представить как низкое сопротивление пути электронного устройства к земле.
Люди, работающие с электроникой, как правило, всегда заземлены, с ремешками на запястье и / или с заземляющими ремешками на ногах. Они не являются «короткими замыканиями» для заземления - сопротивление измеряется таким образом, чтобы рабочие не были молниеотводами (их легко убить током) - браслеты обычно находятся в диапазоне 1 МОм, но это все же позволяет быстро разряжать любую накопленную энергию. Емкостные и изолирующие элементы вместе с любыми другими материалами, генерирующими или хранящими заряд, изолированы от рабочих зон - таких как полистирол, пузырчатая пленка и пластиковые стаканчики.
Существует буквально бесчисленное множество других материалов и ситуаций, которые могут привести к повреждению от электростатического разряда (как от положительной, так и от отрицательной разницы относительных зарядов) для устройства, где само тело человека не несет заряд «внутренне», оно просто облегчает его перемещение - мультфильм В качестве примера можно привести шерстяной свитер и носки, когда вы идете по ковру, а затем выбираете прикосновение к металлическому предмету - это создает значительно большее количество энергии, чем может хранить само тело.
И последнее замечание о том, как мало энергии требуется, чтобы повредить современную электронику: размер элемента транзистора 10 нм (пока не распространенный, но будет в ближайшие пару лет) имеет толщину затвора менее 6 нм, что близко к тому, что они называют «монослой» - один слой атомов.
Это очень сложная область, и количество ущерба, которое событие ESD может нанести устройству, трудно предсказать из-за огромного количества переменных, включая скорость разряда (сколько сопротивления между зарядом и землей), число путей к земле через устройство, влажности и температуры окружающей среды, и многое другое. Все эти переменные могут быть включены в различные уравнения, которые моделируют воздействия, но они пока не очень точны в прогнозировании реального ущерба, но лучше в определении «возможного» ущерба от события.
Во многих случаях - и это очень специфично для отрасли (например, медицинское или аэрокосмическое), событие ОУР, вызывающее катастрофический сбой, является гораздо лучшим результатом, чем событие ОУР, которое проходит незамеченным в процессе производства и тестирования, но вместо этого создает очень незначительный дефект, или возможно, слегка усугубляет существующий ранее необнаруженный скрытый дефект, который в обоих сценариях может усугубляться со временем либо из-за дополнительных «незначительных» событий ОУР, либо из-за регулярного использования, что в конечном итоге приводит к катастрофическому и преждевременному выходу устройства из строя (он же младенческая смертность) в искусственно сокращенном периоде времени, не предсказанном моделями надежности (которые являются основой для графиков технического обслуживания / замены). Из-за этой опасности, и легко представить себе ужасные ситуации - микропроцессор кардиостимулятора или инструменты управления полетом - разработка способов тестирования и моделирования скрытых дефектов, вызванных электростатическим разрядом, является сейчас важной областью исследований.
Теперь для потребителя, который не работает или не знает о производстве электроники, может показаться, что это не проблема - к тому времени, когда большая часть электроники упакована для продажи, существует множество мер безопасности, которые предотвратят большинство повреждений от электростатического разряда - чувствительный компоненты физически недоступны и доступны более «удобные» пути к земле (например, шасси компьютера привязано к земле - разрядка ESD в него почти наверняка не повредит процессор внутри корпуса, а вместо этого выберет путь низкого сопротивления к земле через электропитание и питание от сети) или, наоборот, невозможны приемлемые пути передачи тока - многие сотовые телефоны имеют непроводящую внешнюю поверхность и заземляются только при зарядке.
Для справки, я должен проходить тренинг по ОУР каждые три месяца, поэтому я мог просто продолжать. Но я думаю, что этого должно быть достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос. Я полагаю, что все в этом, чтобы быть точным, но я настоятельно рекомендовал бы прочитать это непосредственно, чтобы лучше познакомиться с явлениями, если я не уничтожил ваше любопытство навсегда.
Одна вещь, которую люди находят нелогичным, - это то, что сумки, которые вы часто видите, хранят и отправляют электронику - антистатические сумки - также являются проводящими. Антистатические означает, что материал не будет собирать содержательную заряд от взаимодействия с другими материалами, но в ОУР мире не менее важно, что, насколько это возможно, все имеет тот же источник опорного напряжения «землю», поэтому рабочие поверхности (ESD коврики ), мешки ESD и другие материалы, как правило, всегда привязаны к общему заземлению (либо просто не имея между ними изоляционного материала), либо, что более точно, подключают дорожки с низким сопротивлением к земле между всеми рабочими столами, разъемы для рабочего запястья полосы, пол и некоторое оборудование. Здесь есть проблемы безопасности - если вы работаете с взрывчаткой и электроникой, ваш браслет может быть привязан непосредственно к земле, а не с резистором 1 МОм. Если вы работаете с очень высоким напряжением, вы вообще не заземлитесь.
Другая цитата о стоимости ESD от Cisco - которая может быть даже немного консервативной, поскольку сопутствующий ущерб от сбоев в полевых условиях для Cisco, как правило, не приводит к потере жизни, что может увеличить эту 100-кратную величину, указанную на порядки:
Удивительно, когда вы смотрите на стоимость компонентов, поврежденных от электростатического разряда. Расходы, связанные с отказом, зависят от того, когда был обнаружен ущерб. Предполагается, что в случае обнаружения ущерба:
- При сборке стоимость в 1 раз превышает стоимость сборки и труда.
- Во время испытаний стоимость в 10 раз превышает стоимость сборки и труда.
- На сайте заказчика стоимость в 100 раз превышает стоимость сборки и труда
Я не собираюсь пытаться превзойти обсуждение ESD в @ Argonauts :)
Я хочу добавить что-то к этому ответу. @Argonauts отмечает, что существуют меры предосторожности для многих / большинства товаров бытовой электроники. Я считаю, что ответ на ваш вопрос заключается в том, что эти гарантии (в большинстве случаев) значительно улучшились.
Например, мой Commodore 64 начала 1980-х годов имел два разъема джойстика рядом с выключателем питания, оба расположены на боковой стороне корпуса. Это были 9-штырьковые "штекерные" разъемы 1, поэтому, если вы не наклонитесь вправо, чтобы посмотреть, что вы делаете, был относительно хороший шанс, что вы почистите открытые контакты разъема, пока будете искать переключатель… и если вы дотронувшись до правильной комбинации штифтов (и ваше тело / одежда держали заряд), вы включите ESD во внутренности машины.
В дополнение к этому, для некоторых программ требовалось использовать определенный порт джойстика ... это означало, что в тот или иной момент вы, вероятно, возитесь, чтобы вытащить джойстик из порта 1 и вставить его в порт 2 (или наоборот). , Опять же, был довольно хороший шанс, что вы дотронетесь до одного из двух портов и, возможно, активируете ESD.
Сегодня ваш джойстик, вероятно, использует разъем USB ("A"). Но что еще более важно, контакты USB-разъема утоплены внутрь корпуса, и к ним невозможно прикоснуться или почти так (по крайней мере, пальцем).
Точно так же мой Commodore (и другие компьютеры аналогичного поколения IIRC) имели интерфейс картриджей с открытыми контактами и заподлицо с внешним корпусом. Это была возможность не только для электростатического разряда, но и для накопления пыли, которая может помешать подключению картриджа.
Но к тому моменту, когда (Nintendo) NES появилась на месте происшествия, у ее слота для картриджа была подпружиненная крышка "дверь".
ОУР все еще остается (потенциальной) проблемой, если вы возитесь с компьютером (или консолью, или чем-то еще). Но несколько десятилетий назад было относительно легко повредить систему через ESD, не открывая ее. Эта опасность гораздо менее важна просто потому, что электроника разработана с учетом возможности электростатического разряда.
