Trong công nghiệp, nó được gọi là phóng tĩnh điện (ESD) và hiện đang là vấn đề lớn hơn nhiều so với trước đây, mặc dù nó được giảm nhẹ phần nào bằng việc áp dụng các chính sách và thủ tục khá phổ biến gần đây giúp giảm khả năng gây thiệt hại cho sản phẩm.
Bất kể, tác động của nó đối với ngành công nghiệp điện tử lớn hơn nhiều ngành công nghiệp. Đây cũng là một chủ đề lớn về nghiên cứu và rất phức tạp, vì vậy tôi sẽ chỉ đề cập đến một vài điểm. Nếu bạn quan tâm, có rất nhiều nguồn, tài liệu và trang web miễn phí dành riêng cho chủ đề này. Nhiều người dành sự nghiệp của họ cho lĩnh vực này. Các sản phẩm bị thiệt hại bởi ESD có tác động rất thực và rất lớn đối với tất cả các công ty liên quan đến điện tử - cho dù đó là nhà sản xuất, nhà thiết kế hay người tiêu dùng, và giống như nhiều vấn đề liên quan đến công nghiệp, chi phí của nó được chuyển cho chúng tôi.
Theo Hiệp hội ESD:
Thời đại điện tử mang theo những vấn đề mới liên quan đến tĩnh điện và phóng tĩnh điện. Và, khi các thiết bị điện tử trở nên nhanh hơn và nhỏ hơn, độ nhạy của chúng đối với ESD tăng lên. Ngày nay, ESD ảnh hưởng đến năng suất và độ tin cậy của sản phẩm trong hầu hết mọi khía cạnh của môi trường điện tử ngày nay. Các chuyên gia trong ngành đã ước tính tổn thất sản phẩm trung bình do tĩnh trong phạm vi [lên tới] 33%. Những người khác ước tính chi phí thiệt hại thực tế của ESD đối với ngành công nghiệp điện tử là hàng tỷ đô la hàng năm.
Khi các thiết bị và kích thước tính năng của chúng (có nghĩa là kích thước thành phần nhỏ nhất được sản xuất bởi một công nghệ nhất định) liên tục nhỏ hơn, chúng sẽ dễ bị hư hỏng hơn bởi ESD - điều này có ý nghĩa sau một chút suy nghĩ. Độ bền cơ học của các vật liệu được sử dụng để chế tạo thiết bị điện tử nói chung giảm xuống khi kích thước của chúng giảm xuống, cũng như khả năng vật liệu chống lại sự thay đổi nhiệt độ nhanh, thường được gọi là khối lượng nhiệt - giống như trong các vật thể ở quy mô 'vĩ mô'. Khoảng năm 2003, kích thước tính năng nhỏ nhất là trong phạm vi 180nm - hiện chúng tôi đang nhanh chóng tiếp cận 10nm.
Một sự kiện ESD mà 20 năm trước sẽ vô hại có khả năng phá hủy các thiết bị điện tử hiện đại. Trên các bóng bán dẫn, vật liệu cổng rất thường xuyên là nạn nhân, nhưng các phần tử mang dòng khác có thể bị bay hơi hoặc tan chảy, hàn trên các chân của IC (kỹ thuật gắn trên bề mặt tương tự như một mảng lưới bóng (BGA) ngày nay phổ biến hơn nhiều) PCB có thể bị nóng chảy, và bản thân silicon có một số đặc tính quan trọng (đặc biệt là giá trị điện môi của nó) có thể bị thay đổi bởi nhiệt độ cao; hoàn toàn có thể thay đổi mạch từ bán dẫn sang luôn luôn là dây dẫn, thường kết thúc bằng tia lửa và mùi hôi khi chip được bật.
Kích thước tính năng nhỏ hơn hầu như hoàn toàn tích cực từ hầu hết các quan điểm số liệu - những thứ như tốc độ hoạt động / đồng hồ có thể được hỗ trợ, tiêu thụ năng lượng, (và kết hợp chặt chẽ) sinh nhiệt, v.v., nhưng độ nhạy cảm với thiệt hại từ những thứ khác thường được coi là tầm thường năng lượng cũng tăng lên khi kích thước tính năng đi xuống.
Ngày nay, việc bảo vệ chống tĩnh điện được tích hợp vào nhiều thiết bị điện tử, nhưng nếu bạn có 500 tỷ bóng bán dẫn trong một mạch tích hợp, thì việc xác định đường phóng tĩnh sẽ đi theo con đường nào với độ chắc chắn 100%.
Cơ thể con người đôi khi được mô hình hóa ( mô hình cơ thể người ; HBM) có điện dung từ 100 đến 250 picofarad; trong mô hình đó, điện áp có thể tăng cao (tùy theo nguồn) là 25 kV (một số yêu cầu chỉ cao đến 3 kV). Sử dụng số lượng lớn hơn, người đó sẽ có 'năng lượng' năng lượng khoảng 150 millomanles. Một người được tính phí đầy đủ thường không nhận thức được điều đó và nó sẽ được thải ra trong một phần giây thông qua con đường mặt đất có sẵn đầu tiên - thường là một thiết bị điện tử. Lưu ý rằng những con số này cho rằng người đó không mặc quần áo có khả năng mang thêm phí, thông thường là như vậy.
Có nhiều mô hình khác nhau để tính toán mức độ rủi ro và năng lượng của ESD, và nó trở nên khá khó hiểu cực kỳ nhanh chóng vì trong một số trường hợp chúng có vẻ mâu thuẫn với nhau. Tôi không thể tìm thấy bất kỳ nguồn nào dứt khoát hơn nguồn khác, vì vậy tôi sẽ chỉ liên kết đến cuộc thảo luận tuyệt vời này về nhiều tiêu chuẩn và mô hình.
Bất kể phương pháp cụ thể nào được sử dụng để tính toán nó, nó không và chắc chắn không nghe có vẻ nhiều năng lượng - nhưng nó là quá đủ để phá hủy một bóng bán dẫn hiện đại. Đối với bối cảnh, 1 joule năng lượng tương đương - theo Wikipedia - với năng lượng cần thiết để nâng một quả cà chua cỡ trung bình (100 g) 1 mét theo chiều dọc từ bề mặt Trái đất.
Đây là trường hợp 'tồi tệ nhất' của một sự kiện chỉ có ở người, trong đó con người đang mang điện tích và xả nó vào một thiết bị nhạy cảm. Một điện áp cao từ một lượng điện tích tương đối thấp xảy ra khi người đó cực kỳ kém. Một yếu tố quan trọng trong những gì và bao nhiêu bị hư hỏng thực sự không phải là điện tích hoặc điện áp, mà là dòng điện - trong bối cảnh này có thể được nghĩ đến mức độ thấp của điện trở của thiết bị điện tử đối với mặt đất.
Những người làm việc xung quanh thiết bị điện tử thường luôn được nối đất, với dây đeo cổ tay và / hoặc dây đai nối đất trên bàn chân của họ. Đây không phải là 'quần soóc' xuống đất - điện trở có kích thước để ngăn công nhân khỏi bị sét đánh (dễ bị điện giật) - dây đeo cổ tay thường nằm trong phạm vi 1 Mohm, nhưng điều đó vẫn cho phép xả hết năng lượng tích lũy nhanh chóng. Các vật phẩm điện dung và cách điện cùng với bất kỳ vật liệu tạo hoặc lưu trữ điện tích nào khác được cách ly khỏi khu vực làm việc - những thứ như polystyrene, bọc bong bóng và cốc nhựa.
Có vô số vật liệu và tình huống khác có thể dẫn đến thiệt hại về vật chất (từ chênh lệch điện tích tương đối dương và âm) đến một thiết bị mà cơ thể con người không mang điện tích 'bên trong', nó chỉ tạo điều kiện cho nó di chuyển - một phim hoạt hình ví dụ cấp độ sẽ mặc áo len và vớ trong khi đi ngang qua thảm sau đó chọn chạm vào một vật kim loại - tạo ra một lượng năng lượng cao hơn đáng kể so với cơ thể có thể lưu trữ.
Một điểm cuối cùng về mức độ tốn ít năng lượng để làm hỏng các thiết bị điện tử hiện đại: Kích thước tính năng của bóng bán dẫn 10nm (chưa phổ biến, nhưng sẽ có trong vài năm tới) có độ dày cổng dưới 6nm - đang tiến gần đến mức nào họ gọi là "đơn lớp" - một lớp nguyên tử.
Đây là một khu vực rất phức tạp và mức độ thiệt hại mà một sự kiện ESD có thể gây ra cho thiết bị rất khó dự đoán do số lượng biến rất lớn, bao gồm cả tốc độ phóng điện (mức độ kháng giữa điện tích và mặt đất), số lượng đường dẫn đến mặt đất thông qua thiết bị, độ ẩm và nhiệt độ môi trường xung quanh, và nhiều hơn nữa. Tất cả các biến này có thể được cắm vào các phương trình khác nhau mô hình hóa các tác động, nhưng chúng chưa chính xác khủng khiếp trong việc dự đoán thiệt hại thực tế, nhưng tốt hơn là đóng khung thiệt hại 'có thể' từ một sự kiện.
Trong nhiều trường hợp - và điều này rất đặc thù của ngành (nghĩ về y tế hoặc hàng không vũ trụ), một sự cố thảm khốc gây ra sự kiện ESD là kết quả tốt hơn nhiều so với một sự kiện ESD không được chú ý thông qua sản xuất và thử nghiệm, nhưng thay vào đó tạo ra một khiếm khuyết rất nhỏ, hoặc có lẽ làm xấu đi một chút khiếm khuyết chưa được phát hiện trước đó, trong cả hai trường hợp có thể trở nên tồi tệ hơn theo thời gian do các sự kiện ESD 'nhỏ' bổ sung hoặc chỉ sử dụng thường xuyên, cuối cùng dẫn đến sự thất bại thảm hại và sớm của thiết bị (còn gọi là tử vong ở trẻ sơ sinh) trong một khung thời gian rút ngắn giả tạo không được dự đoán bởi các mô hình độ tin cậy (là cơ sở cho lịch bảo trì / thay thế). Vì sự nguy hiểm này, và thật dễ dàng để nghĩ đến những tình huống khủng khiếp - một bộ vi xử lý tạo nhịp,
Bây giờ từ một người tiêu dùng không làm việc hoặc biết nhiều về sản xuất thiết bị điện tử dường như không phải là vấn đề - vào thời điểm hầu hết các thiết bị điện tử được đóng gói để bán, có rất nhiều biện pháp bảo vệ sẽ ngăn chặn hầu hết các thiệt hại do nhiễm trùng - nhạy cảm các bộ phận không thể tiếp cận về mặt vật lý và có sẵn các đường dẫn 'thuận tiện' hơn tới mặt đất, (ví dụ: khung máy tính được gắn với mặt đất - xả ESD vào nó gần như chắc chắn sẽ không làm hỏng CPU bên trong vỏ máy, nhưng thay vào đó, đường dẫn điện trở thấp chạm đất cung cấp năng lượng và năng lượng tường) hoặc thay vào đó không có đường dẫn mang dòng hợp lý nào có thể - nhiều điện thoại di động có bề ngoài không dẫn điện và chỉ có đường dẫn mặt đất khi được sạc.
Đối với hồ sơ, tôi phải tham gia khóa đào tạo ESD ba tháng một lần, vì vậy tôi chỉ có thể tiếp tục. Nhưng tôi nghĩ rằng điều này là đủ để trả lời câu hỏi của bạn. Tôi tin tất cả mọi thứ trong trường hợp này là chính xác, nhưng tôi thực sự khuyên bạn nên đọc trực tiếp về nó để làm quen tốt hơn với các hiện tượng nếu tôi không phá hủy sự tò mò của bạn mãi mãi.
Một điều mà mọi người thấy phản trực giác là những chiếc túi mà bạn thường thấy các thiết bị điện tử được lưu trữ và vận chuyển trong - túi chống tĩnh điện - cũng dẫn điện. Chống tĩnh có nghĩa là vật liệu sẽ không thu được bất kỳ điện tích có ý nghĩa nào khi tương tác với các vật liệu khác, nhưng trong thế giới ESD, điều quan trọng không kém là, ở mức độ có thể, mọi thứ đều có cùng một tham chiếu điện áp 'mặt đất', vì vậy bề mặt làm việc (thảm phủ ), các túi ESD và các vật liệu khác thường được giữ chặt với một mặt bằng chung (đơn giản là không có vật liệu cách điện giữa chúng) hoặc rõ ràng hơn bằng cách nối các đường dẫn điện trở thấp xuống đất giữa tất cả các băng ghế làm việc, các đầu nối cho cổ tay công nhân ban nhạc, sàn, và một số thiết bị. Có vấn đề an toàn ở đây - nếu bạn làm việc xung quanh chất nổ và thiết bị điện tử cao, dây đeo cổ tay của bạn có thể được buộc trực tiếp xuống đất chứ không phải với điện trở 1 Mohm. Nếu bạn làm việc xung quanh điện áp rất cao, bạn sẽ không tự mình tiếp đất.
Một trích dẫn khác về chi phí của ESD từ Cisco - thậm chí có thể hơi bảo thủ, vì thiệt hại tài sản thế chấp từ các thất bại tại trường của Cisco thường không dẫn đến mất mạng, có thể tăng gấp 100 lần theo mức độ lớn:
Thật đáng kinh ngạc khi bạn nhìn vào chi phí liên quan đến các thành phần bị hư hỏng do ESD. Các chi phí liên quan đến sự thất bại phụ thuộc vào thời điểm thiệt hại được phát hiện. Ước tính nếu thiệt hại được tìm thấy:
- Trong quá trình lắp ráp, chi phí gấp 1 lần chi phí lắp ráp và nhân công.
- Trong quá trình thử nghiệm, chi phí gấp 10 lần chi phí lắp ráp và nhân công.
- Tại trang web của khách hàng, chi phí gấp 100 lần chi phí lắp ráp và nhân công