Mecanisme de generació d'electricitat estàtica

Normalment, l'electricitat estàtica es genera per fricció o inducció.

L'electricitat estàtica de fricció es genera pel moviment de càrregues elèctriques generades durant el contacte, la fricció o la separació entre dos objectes. L'electricitat estàtica deixada per la fricció entre conductors sol ser relativament feble, a causa de la forta conductivitat dels conductors. Els ions generats per la fricció es mouran ràpidament junts i es neutralitzaran durant i al final del procés de fricció. Després de la fricció de l'aïllant, es pot generar una tensió electrostàtica més alta, però la quantitat de càrrega és molt petita. Això ve determinat per l'estructura física del propi aïllant. A l'estructura molecular d'un aïllant, és difícil que els electrons es moguin lliurement de la unió del nucli atòmic, de manera que la fricció només produeix una petita quantitat d'ionització molecular o atòmica.

L'electricitat estàtica inductiva és un camp elèctric format pel moviment d'electrons en un objecte sota l'acció d'un camp electromagnètic quan l'objecte es troba en un camp elèctric. Generalment, l'electricitat estàtica inductiva només es pot generar en conductors. L'efecte dels camps electromagnètics espacials sobre els aïllants es pot ignorar.

Mecanisme de descàrrega electrostàtica

Quina és la raó per la qual l'electricitat de la xarxa de 220 V pot matar persones, però milers de volts a les persones no poden matar-les? La tensió a través del condensador compleix la següent fórmula: U=Q/C. Segons aquesta fórmula, quan la capacitat és petita i la quantitat de càrrega és petita, es generarà un alt voltatge. "En general, la capacitat dels nostres cossos i objectes que ens envolten és molt petita. Quan es genera una càrrega elèctrica, una petita quantitat de càrrega elèctrica també pot generar un alt voltatge”. A causa de la petita quantitat de càrrega elèctrica, quan es descarrega, el corrent generat és molt petit i el temps és molt curt. La tensió no es pot mantenir i el corrent cau en un temps extremadament curt. "Com que el cos humà no és un aïllant, les càrregues estàtiques acumulades per tot el cos, quan hi ha un camí de descàrrega, convergiran. Per tant, sembla que el corrent és més alt i hi ha una sensació de descàrrega elèctrica". Després que es generi electricitat estàtica en conductors com els cossos humans i els objectes metàl·lics, el corrent de descàrrega serà relativament gran.

Per als materials amb bones propietats d'aïllament, una és que la quantitat de càrrega elèctrica generada és molt petita i l'altra és que la càrrega elèctrica generada és difícil de fluir. Tot i que la tensió és alta, quan hi ha un camí de descàrrega en algun lloc, només la càrrega al punt de contacte i dins d'un petit rang proper pot fluir i descarregar-se, mentre que la càrrega al punt sense contacte no es pot descarregar. Per tant, fins i tot amb una tensió de desenes de milers de volts, l'energia de descàrrega també és insignificant.

Perills de l'electricitat estàtica per als components electrònics

L'electricitat estàtica pot ser perjudicialLEDs, no només la "patent" única del LED, sinó també els díodes i transistors d'ús habitual fets de materials de silici. Fins i tot els edificis, els arbres i els animals es poden danyar per l'electricitat estàtica (els llamps són una forma d'electricitat estàtica, i aquí no ho tindrem en compte).

Aleshores, com danya l'electricitat estàtica els components electrònics? No vull anar massa lluny, només parlant de dispositius semiconductors, però també limitat a díodes, transistors, circuits integrats i LED.

El dany causat per l'electricitat als components dels semiconductors, en última instància, implica el corrent. Sota l'acció del corrent elèctric, el dispositiu es fa malbé a causa de la calor. Si hi ha corrent, hi ha d'haver una tensió. Tanmateix, els díodes semiconductors tenen unions PN, que tenen un rang de tensió que bloqueja el corrent tant en sentit directe com invers. La barrera de potencial directe és baixa, mentre que la barrera de potencial invers és molt més alta. En un circuit, on la resistència és alta, la tensió es concentra. Però per als LED, quan la tensió s'aplica cap endavant al LED, quan la tensió externa és inferior a la tensió llindar del díode (corresponent a l'amplada de banda de material), no hi ha corrent directe i la tensió s'aplica a la cruïlla PN. Quan la tensió s'aplica al LED a la inversa, quan la tensió externa és inferior a la tensió de ruptura inversa del LED, la tensió també s'aplica a la unió PN completament. En aquest moment, no hi ha caiguda de tensió ni a la junta de soldadura defectuosa del LED, al suport, a l'àrea P o a l'àrea N! Perquè no hi ha corrent. Després de trencar la unió PN, la tensió externa és compartida per totes les resistències del circuit. Quan la resistència és alta, la tensió suportada per la peça és alta. Pel que fa als LED, és natural que la unió PN suporti la major part de la tensió. La potència tèrmica generada a la unió PN és la caiguda de tensió a través d'ella multiplicada pel valor actual. Si el valor actual no està limitat, la calor excessiva cremarà la unió PN, que perdrà la seva funció i penetrarà.

Per què els CI tenen relativament por de l'electricitat estàtica? Com que l'àrea de cada component en un IC és molt petita, la capacitat paràsit de cada component també és molt petita (sovint la funció del circuit requereix una capacitat paràsit molt petita). Per tant, una petita quantitat de càrrega electrostàtica generarà una alta tensió electrostàtica i la tolerància de potència de cada component sol ser molt petita, de manera que la descàrrega electrostàtica pot danyar fàcilment l'IC. Tanmateix, els components discrets ordinaris, com ara els díodes de potència petita i els transistors de potència petita, no tenen gaire por de l'electricitat estàtica, perquè la seva àrea de xip és relativament gran i la seva capacitat parasitària és relativament gran, i no és fàcil acumular altes tensions. en configuracions estàtiques generals. Els transistors MOS de baixa potència són propensos a danys electrostàtics a causa de la seva fina capa d'òxid de porta i una petita capacitat paràsit. Normalment surten de la fàbrica després de curtcircuitar els tres elèctrodes després de l'embalatge. En ús, sovint es requereix eliminar el recorregut curt després de completar la soldadura. A causa de la gran àrea de xip dels transistors MOS d'alta potència, l'electricitat estàtica ordinària no els danyarà. Així, veureu que els tres elèctrodes dels transistors MOS de potència no estan protegits per curtcircuits (els primers fabricants encara els van curtcircuitar abans de sortir de la fàbrica).

Un LED en realitat té un díode i la seva àrea és molt gran en relació a cada component de l'IC. Per tant, la capacitat parasitària dels LED és relativament gran. Per tant, l'electricitat estàtica en situacions generals no pot danyar els LED.

L'electricitat electrostàtica en situacions generals, especialment en els aïllants, pot tenir un alt voltatge, però la quantitat de càrrega de descàrrega és extremadament petita i la durada del corrent de descàrrega és molt curta. La tensió de la càrrega electrostàtica induïda al conductor pot no ser molt alta, però el corrent de descàrrega pot ser gran i sovint continu. Això és molt perjudicial per als components electrònics.

Per què danya l'electricitat estàticaXips LEDno es produeixen sovint

Comencem amb un fenomen experimental. Una placa metàl·lica de ferro transporta electricitat estàtica de 500 V. Col·loqueu el LED a la placa metàl·lica (presteu atenció al mètode de col·locació per evitar els problemes següents). Creus que el LED es farà malbé? Aquí, per danyar un LED, normalment s'ha d'aplicar amb una tensió superior a la seva tensió de ruptura, el que significa que els dos elèctrodes del LED haurien de contactar simultàniament amb la placa metàl·lica i tenir una tensió superior a la tensió de ruptura. Com que la placa de ferro és un bon conductor, la tensió induïda a través d'ella és igual i l'anomenada tensió de 500 V és relativa a terra. Per tant, no hi ha tensió entre els dos elèctrodes del LED i, naturalment, no hi haurà danys. A menys que contacteu un elèctrode d'un LED amb una placa de ferro i connecteu l'altre elèctrode amb un conductor (mà o cable sense guants aïllants) a terra o altres conductors.

El fenomen experimental anterior ens recorda que quan un LED està en un camp electrostàtic, un elèctrode ha de contactar amb el cos electrostàtic i l'altre elèctrode ha de contactar amb el terra o altres conductors abans que es pugui danyar. En la producció i aplicació reals, amb la petita mida dels LED, rarament hi ha la possibilitat que aquestes coses passin, especialment en lots. Són possibles esdeveniments accidentals. Per exemple, un LED està en un cos electrostàtic i un elèctrode entra en contacte amb el cos electrostàtic, mentre que l'altre elèctrode està suspès. En aquest moment, algú toca l'elèctrode suspès, cosa que pot danyar-loLlum LED.

El fenomen anterior ens diu que els problemes electrostàtics no es poden ignorar. La descàrrega electrostàtica requereix un circuit conductor i no hi ha cap dany si hi ha electricitat estàtica. Quan només es produeix una quantitat molt petita de fuites, es pot considerar el problema dels danys electrostàtics accidentals. Si es produeix en grans quantitats, és més probable que sigui un problema de contaminació d'encenalls o estrès.