Là một rủi ro nghiêm trọng trên các máy móc hiện đại?


34

Tôi nghe nói rằng tĩnh điện là một mối quan tâm nghiêm trọng một vài thập kỷ trước. Tuy nhiên, nhiều nhà chế tạo máy tính hiện nay dường như không bận tâm đến những thứ như dây đai phóng tĩnh điện (ESD) hoặc các biện pháp khác khi làm việc trên hệ thống.

Có phải máy tính bây giờ ít nhạy cảm hơn với ESD?


7
Vật liệu bảo vệ mới hơn / tốt hơn đã được phát minh và thực hiện. Ngoài ra nhiều tiêu chuẩn công nghiệp ngăn chặn các nhà sản xuất cheapskate cắt góc ở sai vị trí.
gian mạng

14
Nó vẫn là một vấn đề lớn. Điều gì khiến bạn nghĩ rằng nó không phải là một vấn đề lớn? Mọi người làm hỏng linh kiện của họ vì
luôn luôn bị nhiễm trùng

3
@Ramhound: Trong nhiều năm qua, mọi người đã hiểu rõ hơn về cách bảo vệ hiệu quả các thiết bị lắp ráp khỏi ESD bên ngoài và cách xử lý an toàn các thiết bị không được bảo vệ, do đó, vấn đề này ít gặp phải hơn so với trước đây.
supercat

8
Một điều đã thay đổi rất nhiều kể từ năm 1985 hoặc lâu hơn là ngày nay, người dùng thông thường sẽ không bao giờ muốn mở máy tính hoặc thiết bị điện tử của họ và / hoặc họ sẽ không thể mở bất kỳ thiết bị nhạy cảm nào mà họ sở hữu. Ba mươi năm trước, việc mở một máy tính để thay đổi cài đặt hoặc các thành phần là phổ biến hơn và thường có thể thực hiện được. Lưu ý rằng ngày nay, một số người dùng cao cấp, game thủ là một ví dụ điển hình, cùng với nhân viên CNTT vẫn mở máy tính vì nhiều lý do và phải chú ý đến các mối nguy hiểm của ESD.
Todd Wilcox

2
Bạn thật may mắn ...
Ramhound

Câu trả lời:


62

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.

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

4
Chỉ cần chỉ ra - một picofarad là một đơn vị điện dung, không tính phí. Bạn đang nói rằng cơ thể có thể lưu trữ 250 picocoulomb, hoặc điện dung của nó là 250 picofarads?
Gremlin

1
Bạn nói đúng - Tôi trộn các đơn vị. Tôi đã phạm một vài lỗi khác trong cùng một phần vì vậy tôi đã cố gắng làm rõ nó. Cảm ơn cho những người đứng đầu lên. Tùy thuộc vào mô hình được chọn, điện dung của cơ thể người là 100 đến 250 pF; trong một số mô hình với điện trở 1k Ohm; trong các mô hình khác một lượng nhỏ điện cảm. Tôi nghĩ vấn đề là nó phụ thuộc vào rất nhiều biến số khác nhau mà hầu hết chúng đều sai và trong một số tình huống 'hoàn hảo' nhất định, mô hình là chính xác - nhưng tôi cho rằng mục đích của các mô hình không phải là 100 % chính xác nhưng để đặc trưng. Cảm ơn một lần nữa.
Argonauts

Các thiết bị Hollow State cũ không có khói ma thuật nào để thoát ra. Họ có thể sống sót sau sét, hoặc một sự kiện EMP. Nhưng sau đó, một chiếc điện thoại di động được làm từ chúng sẽ có kích thước của một thành phố ... Tôi luôn cẩn thận xả tĩnh điện khi tiếp nhiên liệu cho xe của mình, bằng cách chạm vào xe và vòi cùng lúc trước khi nới lỏng nắp. Điều này ngăn ngừa thiệt hại cho xe và máy bơm ... khi tia lửa đốt cháy bình xăng. Mọi người nên thực sự nhận thức rõ hơn về ESD! Không chắc chắn tại sao họ nói không sử dụng điện thoại di động khi tiếp nhiên liệu. Tôi đoán bạn có thể bị phân tâm và làm cho một số tĩnh.

1
@Argonauts - Đây là một câu trả lời tốt. Trong thế giới thực, những người tự sửa chữa PCB, và nếu không, họ có thể được viết bởi kiểm soát chất lượng cá nhân.
Ramhound

11

Tôi sẽ không cố gắng thảo luận về cuộc thảo luận về ESD của Argonauts :)
Tôi muốn thêm một cái gì đó vào câu trả lời đó. @Argonauts chỉ ra rằng có nhiều biện pháp bảo vệ được áp dụng cho nhiều / hầu hết các sản phẩm điện tử tiêu dùng. Tôi tin rằng câu trả lời cho câu hỏi của bạn là những biện pháp bảo vệ này (trong hầu hết các trường hợp) đã được cải thiện đáng kể.

Lấy ví dụ, chiếc Commodore 64 đầu những năm 1980 của tôi có hai đầu nối cần điều khiển liền kề với công tắc nguồn, cả hai đều nằm ở bên cạnh vỏ. Đây là các đầu nối "nam" 9 chân 1 , vì vậy trừ khi bạn cúi sang phải để xem những gì bạn đang làm, có một cơ hội tương đối tốt là bạn sẽ chải các chân kết nối bị lộ trong khi cảm nhận về công tắc ... và nếu bạn chạm vào sự kết hợp đúng của các chân (và cơ thể / quần áo của bạn đang giữ một điện tích), bạn sẽ kích hoạt một vật liệu điện tử vào bên trong máy.

Ngoài ra, một số phần mềm yêu cầu sử dụng một cổng cần điều khiển cụ thể ... điều đó có nghĩa là vào một lúc nào đó, bạn có thể sẽ dò dẫm để kéo cần điều khiển ra khỏi cổng 1 và đưa nó vào cổng 2 (hoặc ngược lại) . Một lần nữa, có một cơ hội khá tốt là bạn chạm vào một trong hai cổng và có thể kích hoạt một ESD.

Hôm nay, cần điều khiển của bạn có thể sử dụng đầu nối USB ("A"). Nhưng quan trọng hơn, các chân kết nối USB được lõm vào bên trong vỏ và không thể chạm vào, hoặc gần như vậy (ít nhất là bằng một ngón tay).

Tương tự, Hàng hóa của tôi (và các máy tính khác của IIRC cổ điển tương tự) có giao diện hộp mực với các chân tiếp xúc và tuôn ra với vỏ bên ngoài. Đây là một cơ hội không chỉ cho ESD mà còn cho sự tích tụ bụi có thể cản trở kết nối hộp mực.

Nhưng vào thời điểm NES (Nintendo) xuất hiện trên hiện trường, khe cắm hộp mực của nó có một "cánh cửa" có lò xo.

ESD vẫn là một vấn đề (tiềm năng) nếu bạn đang loay hoay bên trong PC (hoặc bảng điều khiển hoặc bất cứ thứ gì). Nhưng vài thập kỷ trước, việc phá hủy một hệ thống thông qua ESD mà không cần mở hệ thống là tương đối dễ dàng . Sự nguy hiểm đó ít hơn nhiều so với một yếu tố đơn giản là vì các thiết bị điện tử được thiết kế với khả năng của ESD.


  1. Giao diện kết nối này đã được sử dụng bởi bảng điều khiển Atari 2600, do đó, rất nhiều phần cứng của bên thứ ba đã có sẵn.

2
Tất cả các hộp mực đầu tiên của Atari cho 2600 đều có cửa lò xo, cũng như bảng điều khiển. Các hộp mực của bên thứ ba đã bỏ qua các cửa, cũng như các bảng điều khiển sau này như 7800 và 2600jr. Atari 400 và Atari 800 có một cánh cửa được khóa liên động với công tắc nguồn và đóng hoàn toàn hộp mực để vượt qua các yêu cầu phát thải RF của thập niên 1970.
supercat

2
@nocomprende Điểm công bằng. Nhưng tôi muốn nói một phần của vấn đề là định vị giắc cắm tai nghe ngay cạnh khe cắm USB. Đặc biệt nếu cả hai đều ở phía sau (trên máy tính để bàn) ở bên cạnh (trên máy tính xách tay). Thật không may, đó là cách máy tính xách tay của tôi được đặt ra :(
David

1
@supercat Tôi nhớ cửa khoang đạn trên 2600 ... Tôi không nhớ là sở hữu bất kỳ hộp mực nào có cửa. Tôi chưa bao giờ sở hữu một Atari, nhưng tôi dường như nhớ các máy hiện đại khác có khe cắm mở. Ngoài ra IIRC trên Hàng hóa, cổng hộp mực tăng gấp đôi như cổng máy in sẽ làm cho loại khóa liên động mà bạn mô tả không thực tế.
David

1
@David: Tôi không biết bất kỳ máy in nào sử dụng cổng hộp mực. Máy in hàng hóa sử dụng cùng một bus nối tiếp như các ổ đĩa.
Fred Larson

2
@nocomprende Plug-and-play không giống như hot-pluggable. Tôi nghĩ ví dụ như thuật ngữ Autoconfig được sử dụng trên Amiga tốt hơn so với plug-and-play vì nó thực sự mô tả những gì xảy ra. Chuẩn SATA có khả năng cắm nóng, nhưng rõ ràng một số phần cứng thực hiện nó không phải là . Nhiều bus nội bộ (PCI, PCIe, ...) là plug-and-play, nhưng thường không thể cắm nóng (mặc dù một số bo mạch chủ cho phép bạn tắt nguồn tới một khe cụ thể, cho phép cài đặt và gỡ bỏ thẻ mà không cần tắt hệ thống).
một CVn
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.