كيفية منع الكهرباء الساكنة الخطيرة؟
أولا ، الكهرباء الساكنة في كل مكان
تتكون المادة من الذرات التي تحتوي على نيوترونات غير مشحونة وبروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة. في ظل الظروف العادية ، تكون البروتونات والإلكترونات الموجودة في ذرة واحدة متساوية في العدد ، وتكون الشحنات الموجبة والسالبة متوازنة ، لذلك تظهر الظاهرة الخارجية على أنها غير مشحونة. عندما تفرك كائنين ضد بعضهما البعض ، فإن الحرارة المتولدة ترفع مستوى طاقة الإلكترون ، مما يجعل الإلكترونات الخاملة تصبح إلكترونات نشطة يسهل الهروب منها. يمكن نقل هذه الإلكترونات من كائن إلى آخر ، بحيث يصبح كائنان محايدان أصلاً كائنًا مشحونًا ، وهو ظاهرة "توليد الكهرباء الاحتكاكية" التي نعرفها.
في عملية التوليد الكهربي ، لا ترتبط كمية نقل الإلكترون وسرعة النقل بالفرق في خصائص المواد فحسب ، بل ترتبط أيضًا بدرجة حرارة الموقع ورطوبته. في الخريف والشتاء ، بسبب انخفاض رطوبة الهواء ، تكون القوة اللزجة بين الجزيئات صغيرة ، وتسارع سرعة الحركة ، ويتم توليد الكهرباء الساكنة بسهولة. لا يقتصر الأمر على توليد الهواء المتدفق من الكهرباء الساكنة فحسب ، بل أيضًا توليد الكهرباء الساكنة عندما نسير حول الأرض ، وندير الكرسي الدوار ، ونحول الدرج ، ونأخذ القلم الورقي ، ونحرك الماوس ، إلخ ، حتى يتسنى لهذه الكائنات و جسم الإنسان تحمل شحنة ثابتة.
بالإضافة إلى توليد الكهرباء الاحتكاكي ، هناك أيضًا أسباب كهروستاتيكية مثل "توليد الكهرباء التعريفي" و "توليد الكهرباء بالسعة" في المعدات الكهربائية. يتم توليد الكهرباء الساكنة من خلال الطريقتين المذكورتين أعلاه حتى لو لم يحدث أي اتصال بين المعدات والدوائر المعدنية والهياكل غير المعدنية. كما يقول المثل ، لا يوجد طائر في الجبال ، ولكن يمكن أن يحدث الحث الكهروستاتيكي بين الكائنات حتى لو كانت مفصولة عن بعد: شاشة شاشة CRT كمصدر للتحريض ستؤدي أيضًا إلى توليد الكهرباء الساكنة على الجسم ، مما يجعل وجوهنا مغبر؛ بسبب السعة الطفيلية بين الأسلاك الموازية ، يتم نقل الشحنة أيضًا بين بعضها البعض.
مجموعة متنوعة من أساليب توليد الكهرباء الساكنة تسبب الكهرباء الساكنة في كل مكان في بيئتنا. إذا كنا نعيش في عالم إلكتروستاتيكي ، فليس من قبيل المبالغة.
ثانياً ، ESD هو القاتل غير المرئي لأجهزة الكمبيوتر
هناك مستويات مختلفة من الكهرباء الساكنة في محيطنا وحتى أجسامنا. عندما تتراكم الكهرباء الساكنة إلى حد ما ، يحدث تفريغ الكهرباء الساكنة. إن عملية ESD هي عملية نقل شحنة إلكتروستاتيكية بين الكائنات ذات الإمكانات المختلفة ، والتي تتأثر شدتها بكمية الكهرباء وتباعد الأشياء. ظاهرة الصواعق في الطبيعة هي ظاهرة البيئة والتنمية المستدامة النموذجية في مناخ الحمل الحراري القوي. إن الطاقة الضخمة المنبعثة في لحظة يمكن أن تؤين الهواء المار عبر تيار البرق ، مما يجعل الهواء قناة موصلة ذات مقاومة منخفضة ، مكونًا تيار وقوي فائق القوة. ارتفاع درجة الحرارة والقوة التدميرية كبيرة.
تحدث ظاهرة البيئة والتنمية المستدامة في الحياة اليومية بشكل متكرر. على الرغم من أنها ليست قوية مثل البرق ، سيكون هناك تصريف من نوع الشرارة ، ليس فقط مصحوبًا بصوت "صوت" ، ولكن أيضًا متلألئ. أظهرت الدراسات أنه عندما يكون الجهد أكبر من 8000 فولت ، يمكن رؤية الضوء المنبعث من ESD. عندما يكون الجهد أكبر من 6000 فولت ، يمكن سماع صوت التفريغ ESD ؛ عندما يكون الجهد أكبر من 3000V ، يمكن أن يشعر ESD ؛ عندما يكون الجهد الكهربائي أقل من 3000 فولت ، ستحدث عملية ESD أيضًا ، لكننا لا نشعر بذلك. بمعنى آخر ، يتم تنفيذ العديد من عمليات ESD بهدوء.
ESD هو القاتل غير المرئي لأجهزة الكمبيوتر. لقد واجهت العديد من حالات الفشل في الكمبيوتر أثناء عملي في الصيانة. لم أستطع معرفة السبب. شعرت أنه لا يمكن تفسيره في ذلك الوقت ، والآن أعتقد أنه يجب أن يكون مرتبطًا بـ ESD. عندما يكون الجهد الكهروستاتيكي منخفضًا ، سوف تتداخل الضوضاء الكهربائية الناتجة عن ESD مع الدائرة المنطقية ، مما يؤدي إلى توقف تام في الدائرة المنطقية (LatchUp) في رقاقة IC ، مما يؤدي إلى حدوث خطأ في نقل البيانات أو التشغيل ، أو قد يتسبب في تلف مادي بسيط للرقاقة والشيخوخة المبكرة. أو الفشل المحتمل ؛ عندما يتجاوز الجهد الكهربائي 250 فولت ، يمكن ESD اختراق رقاقة الكمبيوتر.
عندما يتم تطبيق ESD على شريحة الكمبيوتر ، نظرًا لأن مقاومة دائرة التفريغ تكون صغيرة ، يكون تيار التفريغ الفوري لإطلاق الشحنة كبيرًا. على سبيل المثال ، عندما يتم توصيل كابل مزود بالكهرباء الساكنة بواجهة الكمبيوتر ، تكون مقاومة دائرة التفريغ صفرية تقريبًا ، ويتم تشكيل تيار تفريغ يصل إلى عدة عشرات من الأمبيرات. عندما يتدفق مثل هذا الذروة الكبيرة الحالية من دبوس معين من الشريحة ، فإن هذا يكفي لذوبان محلي ، حيث يهب الترانزستورات والأسلاك المعدنية في الرقاقة ، مما يؤدي إلى فقدان دائم لوظيفة الرقائق ، أو تدمير طبقة التخميل في الرقاقة ، المهينة أداء رقاقة. بعد تلف الشريحة ، لا يمكننا رؤية أي تغيير في المظهر ، ولكن لا يزال بإمكاننا رؤية الدائرة في مهب باستخدام أداة FESEM.
تستخدم اليوم شرائح وحدة المعالجة المركزية (CPU) ، ورقائق الذاكرة ، ورقائق الدوائر المتكاملة على نطاق واسع مثل Southbridge و Northbridge على اللوحة الأم في مواد CMOS (أشباه الموصلات المعدنية بأكسيد المعادن). تحتوي أجهزة CMOS على تكامل عالٍ ، وتكلفة منخفضة ، وسرعة سريعة ، واستهلاك الطاقة. ميزة منخفضة ، لذلك يتم استخدامه في مجموعة واسعة. ومع ذلك ، فإن الضعف المميت لأجهزة CMOS هو أن مقاومة المدخلات كبيرة ويمكن تقسيمها بسهولة بواسطة ESD. مع تقدم تقنية الرقائق ، زادت سرعة العمل ، لكن الشريحة أصبحت ضعيفة. الزيادة في التكامل تجعل حجم الجهاز أصغر وأصغر ، ويصبح عرض الاتصال بين الأجهزة أضيق ، وتصبح طبقة التخميل أرق وأرق. كل هذه العوامل تجعل الشريحة أكثر حساسية للتصريف الكهربائي. يمكن لجهد غير مرتفع للغاية أن يكسر الترانزستور ، ويمكن لتيار ESD الصغير أن يهب السلك.
أصبح ESD القاتل رقم واحد لأجهزة الكمبيوتر اليوم. تظهر أبحاث Intel أن ESD هو أكبر خطر خفي في العديد من العوامل التي تسبب تعطل جهاز الكمبيوتر. ما يقرب من نصف فشل الكمبيوتر بسبب EOS / ESD (الشكل 3). يمثل EOS الإجهاد الكهربائي (الإجهاد الكهربائي).
يتميز التأثير المدمر لل ESD على أجهزة الكمبيوتر بالإخفاء والإمكانات والعشوائية والتعقيد. عندما نكون على اتصال بألواح وشرائح الكمبيوتر ، سواء كانت الكهرباء الساكنة على الكمبيوتر أو الكهرباء الساكنة في أجسامنا ، فمن الممكن أن يكون ESD. في لحظة الاتصال ، يمكن القول أنه من المستحيل الوقاية.
لقد كتب ذهني هنا فجأة تلفاً واسع النطاق لجهاز الكمبيوتر واجهته في مقهى إنترنت قبل عام. توجد 40 آلة في مقهى الإنترنت هذا ، وقد تضررت بمقدار النصف تقريبًا في أقل من نصف عام. بعد الفحص ، وجدت أنه لا توجد مشكلة جودة في مزود الطاقة المنظم المستخدم في مقهى الإنترنت. راجعت سلك التأريض ووجدت أنه على الرغم من وجود سلك تأريض في الغرفة ، فإن السطح الخارجي للمنزل يتم دفعه فقط إلى الأرض بقضيب فولاذي يبلغ طوله أقل من متر واحد. والاتصال صدئ. بعد إعادة تصميم صاحب مقهى الإنترنت الخط الأرضي وفقًا لاقتراحي ، نادراً ما حدث خطأ في الكمبيوتر.