क्या इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ स्थिर विद्युत क्षति अभी भी एक बड़ी समस्या है?

हम सभी ने अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर काम करते समय यह सुनिश्चित करने के लिए चेतावनियाँ सुनी हैं कि हम ठीक से ग्राउंडेड हैं, लेकिन क्या प्रौद्योगिकी में प्रगति ने स्थैतिक बिजली के नुकसान की समस्या को कम कर दिया है या यह पहले की तरह ही प्रचलित है? आज के सुपरयूजर क्यू एंड ए पोस्ट में एक जिज्ञासु पाठक के प्रश्न का व्यापक उत्तर है.

आज का प्रश्न और उत्तर सत्र सुपरयूज़र के सौजन्य से आता है-स्टैक एक्सचेंज का एक उपखंड, क्यू एंड ए वेब साइटों का एक समुदाय-संचालित समूह है।.

जेरेड तारबेल (फ़्लिकर) के सौजन्य से फोटो.

प्रश्न

सुपरयूजर रीडर रिकू जानना चाहता है कि स्थिर विद्युत क्षति अभी भी इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक बड़ी समस्या है:

मैंने सुना है कि कुछ दशकों पहले स्थिर बिजली एक बड़ी समस्या थी। क्या अब भी यह एक बड़ी समस्या है? मेरा मानना ​​है कि किसी व्यक्ति के लिए अब कंप्यूटर कंपोनेंट को "फ्राई" करना दुर्लभ है.

क्या स्थिर विद्युत क्षति अभी भी इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक बड़ी समस्या है?

उत्तर

SuperUser योगदानकर्ता Argonauts हमारे लिए जवाब है:

उद्योग में, इसे इलेक्ट्रो-स्टेटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) के रूप में संदर्भित किया जाता है और अब तक की समस्या की तुलना में कहीं अधिक समस्या है; यद्यपि यह नीतियों और प्रक्रियाओं के हालिया व्यापक रूप से अपनाने से कुछ हद तक कम हो गया है, जो उत्पादों के लिए ESD क्षति की संभावना को कम करने में मदद करता है। बावजूद, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग पर इसका प्रभाव कई अन्य संपूर्ण उद्योगों की तुलना में बड़ा है.

यह अध्ययन का एक बहुत बड़ा विषय है और बहुत ही जटिल है, इसलिए मैं बस कुछ बिंदुओं को छूऊंगा। यदि आप रुचि रखते हैं, तो कई मुफ्त स्रोत, सामग्री और विषय के लिए समर्पित वेबसाइटें हैं। कई लोग इस क्षेत्र में अपने करियर को समर्पित करते हैं। ESD द्वारा क्षतिग्रस्त उत्पादों का इलेक्ट्रॉनिक्स में शामिल सभी कंपनियों पर बहुत वास्तविक और बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है, चाहे वह निर्माता, डिजाइनर, या "उपभोक्ता" के रूप में हो, और जैसे किसी उद्योग में कई चीजों से निपटा जाता है, इसकी लागत के साथ पारित कर दिया जाता है। हमें.

ESD एसोसिएशन से:

जैसे-जैसे उपकरण और उनकी विशेषताओं का आकार लगातार छोटा होता जाता है, वे ईएसडी द्वारा क्षतिग्रस्त होने के लिए अतिसंवेदनशील हो जाते हैं, जो कि थोड़े विचार के बाद समझ में आता है। इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की यांत्रिक शक्ति आमतौर पर उनके आकार के कम होने के रूप में नीचे जाती है, क्योंकि सामग्री की क्षमता तेजी से तापमान परिवर्तनों का विरोध करती है, जिसे आमतौर पर थर्मल द्रव्यमान (जैसे स्थूल पैमाने की वस्तुओं में) कहा जाता है। 2003 के आसपास, सबसे छोटी सुविधा का आकार 180 एनएम रेंज में था और अब हम तेजी से 10 एनएम के करीब पहुंच रहे हैं.

एक ईएसडी घटना जो 20 साल पहले हानिरहित रही होगी वह संभवतः आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को नष्ट कर सकती है। ट्रांजिस्टर पर, गेट सामग्री अक्सर शिकार होती है, लेकिन अन्य वर्तमान ले जाने वाले तत्वों को वाष्पीकृत या पिघलाया जा सकता है। एक आईसी पिन पर मिलाप (एक सतह जैसे कि बॉल ग्रिड ऐरे के बराबर एक सतह माउंट इन दिनों कहीं अधिक सामान्य है) को पिघलाया जा सकता है, और सिलिकॉन में कुछ महत्वपूर्ण विशेषताएं (विशेष रूप से इसकी ढांकता हुआ मूल्य) होती हैं जिन्हें उच्च गर्मी से बदला जा सकता है । पूरी तरह से, यह एक अर्ध-चालक से सर्किट को हमेशा-कंडक्टर में बदल सकता है, जो आमतौर पर एक चिंगारी और एक खराब गंध के साथ समाप्त होता है जब चिप चालू होती है.

अधिकांश मैट्रिक्स के दृष्टिकोण से छोटे फीचर आकार लगभग पूरी तरह से सकारात्मक हैं; ऑपरेटिंग / क्लॉक स्पीड जैसी चीजें जिनका समर्थन किया जा सकता है, बिजली की खपत, कसकर कपल हीट जेनरेशन, इत्यादि, लेकिन जो चीज अन्यथा ऊर्जा की तुच्छ मात्रा मानी जाएगी उससे होने वाली क्षति की संवेदनशीलता भी बहुत बढ़ जाती है क्योंकि फीचर का आकार कम हो जाता है.

ईएसडी संरक्षण आज कई इलेक्ट्रॉनिक्स में बनाया गया है, लेकिन अगर आपके पास एक एकीकृत सर्किट में 500 बिलियन ट्रांजिस्टर हैं, तो यह निर्धारित करना एक ट्रैक्टेबल समस्या नहीं है कि एक स्थिर निर्वहन 100 प्रतिशत निश्चितता के साथ क्या रास्ता लेगा।.

मानव शरीर को कभी-कभी मॉडलिंग किया जाता है (ह्यूमन बॉडी मॉडल; एचबीएम) समाई के 100 से 250 पिकोफर्ड होते हैं। उस मॉडल में, वोल्टेज 25 kV के रूप में उच्च (स्रोत के आधार पर) प्राप्त कर सकता है (हालांकि कुछ दावा केवल 3 kV के रूप में उच्च)। बड़ी संख्याओं का उपयोग करते हुए, व्यक्ति के पास लगभग 150 मिलिजल्स की ऊर्जा "चार्ज" होगी। एक पूरी तरह से "चार्ज किया गया" व्यक्ति को आम तौर पर इसके बारे में पता नहीं होगा और यह पहले उपलब्ध ग्राउंड पथ के माध्यम से एक दूसरे के एक अंश में छुट्टी दे दी जाती है, अक्सर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण.

ध्यान दें कि ये संख्या मानती है कि व्यक्ति ने अतिरिक्त शुल्क ले जाने में सक्षम कपड़े नहीं पहने हैं, जो कि सामान्य तौर पर होता है। ईएसडी जोखिम और ऊर्जा के स्तर की गणना के लिए अलग-अलग मॉडल हैं, और यह बहुत जल्दी भ्रमित हो जाता है क्योंकि वे कुछ मामलों में एक-दूसरे के खिलाफ विरोध प्रकट करते हैं। यहाँ कई मानकों और मॉडलों की उत्कृष्ट चर्चा की एक कड़ी है.

भले ही इसकी गणना करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली विशिष्ट विधि, यह नहीं है, और निश्चित रूप से यह बहुत ऊर्जा की तरह नहीं है, लेकिन यह एक आधुनिक ट्रांजिस्टर को नष्ट करने के लिए पर्याप्त से अधिक है। संदर्भ के लिए, ऊर्जा का एक जूल पृथ्वी की सतह से एक मीटर के मध्यम आकार के टमाटर (100 ग्राम) को उठाने के लिए आवश्यक ऊर्जा के बराबर (विकिपीडिया के अनुसार) है।.

यह मानव-केवल ईएसडी घटना के "सबसे खराब परिदृश्य" पक्ष पर पड़ता है, जहां मानव एक चार्ज ले रहा है और इसे अतिसंवेदनशील डिवाइस में छुट्टी दे देता है। एक वोल्टेज जो चार्ज की अपेक्षाकृत कम मात्रा से अधिक होता है, जब व्यक्ति बहुत खराब रूप से ग्राउंडेड होता है। क्या और कितना क्षतिग्रस्त हो जाता है इसका एक महत्वपूर्ण कारक वास्तव में चार्ज या वोल्टेज नहीं है, लेकिन वर्तमान, जो इस संदर्भ में सोचा जा सकता है कि इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के पथ का प्रतिरोध जमीन से कितना कम है।.

इलेक्ट्रॉनिक्स के आसपास काम करने वाले लोगों को आमतौर पर कलाई की पट्टियों और / या उनके पैरों पर ग्राउंडिंग पट्टियों के साथ रखा जाता है। वे ग्राउंडिंग के लिए "शॉर्ट्स" नहीं हैं; प्रतिरोध को आकार दिया जाता है ताकि श्रमिकों को बिजली की छड़ के रूप में सेवा करने से रोका जा सके (आसानी से विद्युतीकृत हो)। कलाई बैंड आम तौर पर 1M ओम रेंज में होते हैं, लेकिन यह अभी भी किसी भी संचित ऊर्जा के त्वरित निर्वहन की अनुमति देता है। कैपेसिटिव और इंसुलेटेड आइटम के साथ-साथ कोई अन्य चार्ज जेनरेट या स्टोर करने वाली सामग्री को कार्य क्षेत्रों से अलग किया जाता है, जैसे पॉलीस्टाइनिन, बबल रैप और प्लास्टिक के कप.

वस्तुतः अनगिनत अन्य सामग्रियां और परिस्थितियाँ हैं जो ESD क्षति (सकारात्मक और नकारात्मक दोनों के सापेक्ष अंतर से) के परिणामस्वरूप हो सकती हैं, जहां मानव शरीर स्वयं "आंतरिक रूप से" चार्ज नहीं करता है, लेकिन सिर्फ इसके आंदोलन की सुविधा देता है। एक कार्टून स्तर का उदाहरण एक कालीन पर चलते समय एक ऊन स्वेटर और मोजे पहने हुए होगा, फिर किसी धातु की वस्तु को उठाएगा या छूएगा। इससे शरीर में ऊर्जा की एक उच्च मात्रा पैदा होती है जो खुद को स्टोर कर सकती है.

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान पहुंचाने के लिए कितनी कम ऊर्जा लगती है, इस पर एक अंतिम बिंदु। एक 10 एनएम ट्रांजिस्टर (अभी तक आम नहीं है, लेकिन यह अगले कुछ वर्षों में होगा) गेट की मोटाई 6 एनएम से कम है, जो कि वे एक मोनोलर (परमाणुओं की एक एकल परत) कहते हैं, जो करीब हो रही है।.

यह एक बहुत ही जटिल विषय है, और एक ईएसडी घटना से होने वाली क्षति की मात्रा डिवाइस के कारण भविष्यवाणी करने में मुश्किल हो सकती है, बड़ी संख्या में चर की वजह से डिस्चार्ज की गति (चार्ज और जमीन के बीच कितना प्रतिरोध होता है) सहित डिवाइस, आर्द्रता और परिवेश के तापमान, और कई के माध्यम से एक जमीन के लिए पथ की संख्या। इन सभी चर को विभिन्न समीकरणों में प्लग किया जा सकता है जो प्रभाव को मॉडल कर सकते हैं, लेकिन वे वास्तविक नुकसान की भविष्यवाणी करने में बहुत सटीक नहीं हैं, लेकिन किसी घटना से संभावित नुकसान का पता लगाने में बेहतर हैं.

कई मामलों में, और यह बहुत ही उद्योग विशिष्ट है (चिकित्सा या एयरोस्पेस सोचो), एक ईएसडी-प्रेरित भयावह विफलता घटना एक ईएसडी घटना की तुलना में कहीं अधिक बेहतर परिणाम है जो विनिर्माण और किसी का ध्यान नहीं है। गैर-सूचीबद्ध ईएसडी घटनाएं एक बहुत ही मामूली दोष पैदा कर सकती हैं, या शायद पहले से मौजूद और अनिर्धारित अव्यक्त दोष को थोड़ा खराब कर सकती हैं, जो अतिरिक्त लघु ईएसडी घटनाओं या सिर्फ नियमित उपयोग के कारण दोनों परिदृश्यों में समय के साथ खराब हो सकते हैं।.

वे अंततः एक कृत्रिम रूप से कम समय सीमा में डिवाइस की एक भयावह और समय से पहले विफलता में परिणाम करते हैं जो कि विश्वसनीयता मॉडल (जो रखरखाव और प्रतिस्थापन अनुसूची के लिए आधार हैं) द्वारा भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है। इस खतरे के कारण, और यह भयानक परिस्थितियों (एक पेसमेकर का माइक्रोप्रोसेसर या उड़ान नियंत्रण उपकरणों, उदाहरण के लिए) के बारे में सोचना आसान है, अव्यक्त ईएसडी-प्रेरित दोषों के परीक्षण और मॉडल के तरीकों के साथ आना अनुसंधान का एक प्रमुख क्षेत्र है.

ऐसे उपभोक्ता के लिए जो इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण के बारे में ज्यादा काम नहीं करता है या उसके बारे में नहीं जानता है, यह एक मुद्दा नहीं हो सकता है। जब तक अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स बिक्री के लिए पैक किए जाते हैं, तब तक कई सुरक्षा उपायों को जगह दी जाती है जो कि अधिकांश ईएसडी क्षति को रोकते हैं। संवेदनशील घटक शारीरिक रूप से दुर्गम हैं और एक मैदान के लिए अधिक सुविधाजनक मार्ग उपलब्ध हैं (यानी एक कंप्यूटर चेसिस को जमीन से बांधा गया है, ईएसडी को निर्वहन करने से मामले के अंदर सीपीयू को लगभग नुकसान नहीं होगा, लेकिन इसके बजाय सबसे कम प्रतिरोध पथ को लें बिजली की आपूर्ति और दीवार आउटलेट बिजली स्रोत के माध्यम से जमीन)। वैकल्पिक रूप से, कोई उचित वर्तमान ले जाने वाले मार्ग संभव नहीं हैं; कई मोबाइल फोन में गैर-प्रवाहकीय एक्सटीरियर होते हैं और केवल चार्ज होने पर एक जमीनी रास्ता होता है.

रिकॉर्ड के लिए, मुझे हर तीन महीने में ईएसडी प्रशिक्षण से गुजरना पड़ता है, इसलिए मैं बस चलता रह सकता हूं। लेकिन मुझे लगता है कि आपके प्रश्न का उत्तर देने के लिए यह पर्याप्त होना चाहिए। मेरा मानना ​​है कि इस उत्तर में सब कुछ सटीक होना चाहिए, लेकिन मैं इस पर सीधे पढ़ने की सलाह दूंगा कि अगर मैं आपकी जिज्ञासा को नष्ट नहीं कर पाया, तो इस घटना से बेहतर तरीके से परिचित हो सकता हूं।.

एक बात जो लोगों को समझ में आती है, वह यह है कि जिन थैलियों में आप अक्सर इलेक्ट्रॉनिक्स को स्टोर करके देखते हैं और उन्हें (एंटी-स्टैटिक बैग में) कंडक्ट किया जाता है। एंटी-स्टैटिक का अर्थ है कि सामग्री अन्य सामग्रियों के साथ बातचीत करने से कोई सार्थक शुल्क नहीं लेगी। लेकिन ईएसडी दुनिया में, यह उतना ही महत्वपूर्ण है (सबसे अच्छी तरह से संभव है) कि सब कुछ एक ही जमीन वोल्टेज संदर्भ है.

काम की सतहों (ईएसडी मैट), ईएसडी बैग, और अन्य सामग्री सभी को आम तौर पर एक आम जमीन से बांधा जाता है, या तो उनके बीच एक अछूता सामग्री नहीं होने से, या अधिक स्पष्ट रूप से सभी काम बेंचों के बीच एक जमीन पर कम प्रतिरोध पथ तारों द्वारा; श्रमिकों की कलाई बैंड, फर्श और कुछ उपकरणों के लिए कनेक्टर्स। यहां सुरक्षा के मुद्दे हैं। यदि आप उच्च विस्फोटक और इलेक्ट्रॉनिक्स के आसपास काम करते हैं, तो आपका कलाई बैंड 1M ओम अवरोधक के बजाय सीधे जमीन से बंधा हो सकता है। यदि आप बहुत उच्च वोल्टेज के आसपास काम करते हैं, तो आप अपने आप को बिल्कुल नहीं करेंगे.

यहाँ सिस्को से ईएसडी की लागत पर एक उद्धरण है, जो थोड़ा रूढ़िवादी भी हो सकता है, क्योंकि सिस्को के लिए क्षेत्र की असफलताओं से संपार्श्विक क्षति के परिणामस्वरूप आमतौर पर जीवन का नुकसान नहीं होता है, जो 100x परिमाण के आदेश द्वारा संदर्भित 100x को बढ़ा सकता है। :

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