Mechanizmus generovania statickej elektriny

Zvyčajne sa statická elektrina vytvára v dôsledku trenia alebo indukcie.

Trecia statická elektrina je generovaná pohybom elektrických nábojov generovaných počas kontaktu, trenia alebo oddelenia medzi dvoma predmetmi. Statická elektrina zanechaná trením medzi vodičmi je zvyčajne relatívne slabá v dôsledku silnej vodivosti vodičov. Ióny generované trením sa budú rýchlo pohybovať spolu a neutralizovať počas a na konci procesu trenia. Po trení izolátora sa môže generovať vyššie elektrostatické napätie, ale množstvo náboja je veľmi malé. To je určené fyzickou štruktúrou samotného izolátora. V molekulárnej štruktúre izolátora je pre elektróny ťažké voľne sa voľne pohybovať z väzby atómového jadra, takže trenie má za následok len malé množstvo molekulárnej alebo atómovej ionizácie.

Indukčná statická elektrina je elektrické pole vytvorené pohybom elektrónov v objekte pôsobením elektromagnetického poľa, keď je objekt v elektrickom poli. Indukčná statická elektrina môže byť vo všeobecnosti generovaná iba na vodičoch. Vplyv priestorových elektromagnetických polí na izolátory možno ignorovať.

Mechanizmus elektrostatického výboja

Aký je dôvod, prečo 220V sieťová elektrina môže zabiť ľudí, ale tisíce voltov na ľuďoch ich zabiť nemôžu? Napätie na kondenzátore spĺňa nasledujúci vzorec: U=Q/C. Podľa tohto vzorca, keď je kapacita malá a množstvo náboja malé, vytvorí sa vysoké napätie. „Kapacita našich tiel a predmetov okolo nás je zvyčajne veľmi malá. Keď sa vytvorí elektrický náboj, malé množstvo elektrického náboja môže tiež vytvoriť vysoké napätie.“. V dôsledku malého množstva elektrického náboja pri vybíjaní je generovaný prúd veľmi malý a čas je veľmi krátky. Napätie sa nedá udržať a prúd v extrémne krátkom čase klesne. „Keďže ľudské telo nie je izolant, statické náboje nahromadené v tele, keď existuje cesta výboja, sa budú zbiehať. Preto sa zdá, že prúd je vyšší a existuje pocit elektrického šoku. Po vytvorení statickej elektriny vo vodičoch, ako sú ľudské telá a kovové predmety, bude výbojový prúd relatívne veľký.

V prípade materiálov s dobrými izolačnými vlastnosťami je jedným z nich, že množstvo generovaného elektrického náboja je veľmi malé, a druhým je, že generovaný elektrický náboj ťažko prúdi. Aj keď je napätie vysoké, keď niekde existuje výbojová cesta, môže prúdiť a vybíjať iba náboj v kontaktnom bode av malom rozsahu v blízkosti, zatiaľ čo náboj v nekontaktnom bode sa nemôže vybiť. Preto aj pri napätí desiatok tisíc voltov je energia výboja tiež zanedbateľná.

Nebezpečenstvo statickej elektriny pre elektronické komponenty

Statická elektrina môže byť škodliváLEDs, nielen jedinečný „patent“ LED, ale aj bežne používané diódy a tranzistory vyrobené z kremíkových materiálov. Dokonca aj budovy, stromy a zvieratá môžu byť poškodené statickou elektrinou (blesk je forma statickej elektriny a nebudeme ju tu uvažovať).

Ako teda statická elektrina poškodzuje elektronické komponenty? Nechcem ísť príliš ďaleko, hovorím len o polovodičových zariadeniach, ale obmedzených aj na diódy, tranzistory, integrované obvody a LED diódy.

Škody spôsobené elektrinou na polovodičových súčiastkach v konečnom dôsledku zahŕňajú prúd. Pri pôsobení elektrického prúdu sa zariadenie vplyvom tepla poškodí. Ak existuje prúd, musí existovať napätie. Polovodičové diódy však majú PN prechody, ktoré majú rozsah napätia, ktorý blokuje prúd v smere dopredu aj dozadu. Dopredná potenciálna bariéra je nízka, zatiaľ čo spätná potenciálna bariéra je oveľa vyššia. V obvode, kde je odpor vysoký, je napätie sústredené. Ale pre LED diódy, keď je napätie aplikované dopredu na LED, keď je vonkajšie napätie menšie ako prahové napätie diódy (zodpovedajúce šírke šírky pásma materiálu), neexistuje žiadny dopredný prúd a napätie je privedené na PN križovatka. Keď je napätie privedené na LED opačne, keď je externé napätie menšie ako spätné prierazné napätie LED, napätie sa tiež úplne aplikuje na PN prechod. V tomto okamihu nedochádza k poklesu napätia v chybnom spájkovacom spoji LED, držiaku, oblasti P alebo oblasti N! Pretože tam nie je prúd. Po prerušení PN prechodu je vonkajšie napätie zdieľané všetkými odpormi v obvode. Tam, kde je odpor vysoký, napätie znášané časťou je vysoké. Čo sa týka LED, je prirodzené, že väčšinu napätia nesie PN prechod. Tepelný výkon generovaný na PN prechode je pokles napätia na ňom vynásobený aktuálnou hodnotou. Ak hodnota prúdu nie je obmedzená, nadmerným teplom dôjde k vyhoreniu PN prechodu, ktorý stratí svoju funkciu a prenikne.

Prečo sa integrované obvody relatívne boja statickej elektriny? Pretože plocha každého komponentu v IC je veľmi malá, parazitná kapacita každého komponentu je tiež veľmi malá (často funkcia obvodu vyžaduje veľmi malú parazitnú kapacitu). Preto malé množstvo elektrostatického náboja vytvorí vysoké elektrostatické napätie a tolerancia výkonu každého komponentu je zvyčajne veľmi malá, takže elektrostatický výboj môže ľahko poškodiť integrovaný obvod. Bežné diskrétne súčiastky, ako sú obyčajné malé výkonové diódy a malé výkonové tranzistory, sa však statickej elektriny veľmi neboja, pretože plocha ich čipu je pomerne veľká a ich parazitná kapacita pomerne veľká a nie je ľahké akumulovať na nich vysoké napätie. vo všeobecných statických nastaveniach. Nízkoenergetické MOS tranzistory sú náchylné na elektrostatické poškodenie vďaka svojej tenkej vrstve hradlového oxidu a malej parazitnej kapacite. Zvyčajne opúšťajú továreň po skratovaní troch elektród po zabalení. Pri používaní je často potrebné odstrániť krátku trasu po dokončení zvárania. Vzhľadom na veľkú plochu čipu vysokovýkonných MOS tranzistorov ich obyčajná statická elektrina nepoškodí. Uvidíte teda, že tri elektródy výkonových MOS tranzistorov nie sú chránené pred skratmi (prví výrobcovia ich ešte pred opustením továrne skratovali).

LED dióda má v skutočnosti diódu a jej plocha je veľmi veľká vzhľadom na každý komponent v IC. Preto je parazitná kapacita LED diód pomerne veľká. Preto statická elektrina vo všeobecných situáciách nemôže poškodiť LED.

Elektrostatická elektrina vo všeobecných situáciách, najmä na izolátoroch, môže mať vysoké napätie, ale množstvo vybíjacieho náboja je extrémne malé a trvanie vybíjacieho prúdu je veľmi krátke. Napätie elektrostatického náboja indukovaného na vodiči nemusí byť veľmi vysoké, ale vybíjací prúd môže byť veľký a často kontinuálny. To je veľmi škodlivé pre elektronické komponenty.

Prečo poškodzuje statická elektrinaLED čipysa často nevyskytujú

Začnime experimentálnym javom. Kovová železná doska nesie statickú elektrinu 500 V. Umiestnite LED na kovovú platňu (venujte pozornosť spôsobu umiestnenia, aby ste predišli nasledujúcim problémom). Myslíte si, že bude LED poškodená? V tomto prípade, aby sa LED poškodila, mala by byť zvyčajne aplikovaná s napätím vyšším, ako je jej prierazné napätie, čo znamená, že obe elektródy LED by sa mali súčasne dotýkať kovovej dosky a mať napätie vyššie ako prierazné napätie. Keďže železná doska je dobrý vodič, indukované napätie na nej je rovnaké a takzvané 500 V napätie je relatívne voči zemi. Preto medzi dvoma elektródami LED nie je žiadne napätie a prirodzene nedôjde k poškodeniu. Pokiaľ sa nedotknete jednej elektródy LED železnou doskou a druhú elektródu nepripojíte vodičom (rukou alebo drôtom bez izolačných rukavíc) k zemi alebo iným vodičom.

Vyššie uvedený experimentálny jav nám pripomína, že keď je LED dióda v elektrostatickom poli, jedna elektróda sa musí dostať do kontaktu s elektrostatickým telom a druhá elektróda sa musí dostať do kontaktu so zemou alebo inými vodičmi skôr, ako sa môže poškodiť. V skutočnej výrobe a aplikácii, s malou veľkosťou LED diód, existuje len zriedka šanca, že sa takéto veci stanú, najmä v dávkach. Náhodné udalosti sú možné. Napríklad LED je na elektrostatickom telese a jedna elektróda je v kontakte s elektrostatickým telom, zatiaľ čo druhá elektróda je len zavesená. V tomto čase sa niekto dotkne zavesenej elektródy, čo môže poškodiťLED svetlo.

Vyššie uvedený jav nám hovorí, že elektrostatické problémy nemožno ignorovať. Elektrostatický výboj vyžaduje vodivý obvod a statická elektrina nespôsobí žiadne škody. Keď dôjde len k veľmi malému úniku, môže sa zvážiť problém náhodného elektrostatického poškodenia. Ak sa vyskytuje vo veľkom množstve, je pravdepodobnejšie, že ide o problém kontaminácie čipu alebo stresu.