Mehanizam stvaranja statičkog elektriciteta

Obično se statički elektricitet stvara zbog trenja ili indukcije.

Statički elektricitet uslijed trenja nastaje kretanjem električnih naboja koji nastaju tijekom kontakta, trenja ili odvajanja između dva objekta. Statički elektricitet koji nastaje zbog trenja između vodiča obično je relativno slab, zbog velike vodljivosti vodiča. Ioni nastali trenjem brzo će se kretati zajedno i neutralizirati tijekom i na kraju procesa trenja. Nakon trenja izolatora može se stvoriti viši elektrostatički napon, ali je količina naboja vrlo mala. To je određeno fizičkom strukturom samog izolatora. U molekularnoj strukturi izolatora, elektronima je teško slobodno se kretati bez vezivanja atomske jezgre, tako da trenje rezultira samo malom količinom molekularne ili atomske ionizacije.

Induktivni statički elektricitet je električno polje koje nastaje kretanjem elektrona u objektu pod djelovanjem elektromagnetskog polja kada se objekt nalazi u električnom polju. Induktivni statički elektricitet općenito se može stvoriti samo na vodičima. Učinak prostornih elektromagnetskih polja na izolatore može se zanemariti.

Mehanizam elektrostatičkog pražnjenja

Koji je razlog zašto električna struja od 220 V može ubiti ljude, ali tisuće volti na ljude ne mogu ubiti? Napon na kondenzatoru odgovara sljedećoj formuli: U=Q/C. Prema ovoj formuli, kada je kapacitivnost mala i količina naboja mala, generira se visoki napon. “Obično je kapacitet naših tijela i objekata oko nas vrlo mali. Kada se generira električni naboj, mala količina električnog naboja također može generirati visoki napon.” Zbog male količine električnog naboja, kod pražnjenja, generirana struja je vrlo mala, a vrijeme vrlo kratko. Napon se ne može održati, a struja opada u iznimno kratkom vremenu. “Budući da ljudsko tijelo nije izolator, statički naboji akumulirani u cijelom tijelu, kada postoji staza pražnjenja, će konvergirati. Stoga se čini da je struja veća i postoji osjećaj strujnog udara.” Nakon što se u vodičima kao što su ljudska tijela i metalni predmeti stvori statički elektricitet, struja pražnjenja bit će relativno velika.

Za materijale s dobrim izolacijskim svojstvima, jedno je da je količina generiranog električnog naboja vrlo mala, a drugo je da generirani električni naboj teško teče. Iako je napon visok, kada negdje postoji put pražnjenja, samo naboj na kontaktnoj točki i unutar malog raspona u blizini može teći i prazniti se, dok se naboj na nekontaktnoj točki ne može isprazniti. Stoga je čak i uz napon od nekoliko desetaka tisuća volti energija pražnjenja također zanemariva.

Opasnosti od statičkog elektriciteta za elektroničke komponente

Statički elektricitet može biti štetan zaLEDs, ne samo jedinstveni “patent” LED-a, već i često korištene diode i tranzistori izrađeni od silikonskih materijala. Čak i zgrade, drveće i životinje mogu biti oštećene statičkim elektricitetom (munja je oblik statičkog elektriciteta i nećemo ga ovdje razmatrati).

Dakle, kako statički elektricitet oštećuje elektroničke komponente? Ne želim ići predaleko, govoreći samo o poluvodičkim uređajima, ali također ograničenim na diode, tranzistore, IC i LED.

Šteta koju elektricitet uzrokuje na poluvodičkim komponentama u konačnici uključuje struju. Pod djelovanjem električne struje dolazi do oštećenja uređaja uslijed topline. Ako postoji struja, mora postojati i napon. Međutim, poluvodičke diode imaju PN spojeve, koji imaju raspon napona koji blokira struju i u smjeru naprijed i unatrag. Prednja potencijalna barijera je niska, dok je povratna potencijalna barijera puno viša. U krugu, gdje je otpor visok, napon je koncentriran. Ali za LED diode, kada se napon primjenjuje naprijed na LED, kada je vanjski napon manji od napona praga diode (koji odgovara širini zazora materijala), nema struje naprijed, a sav napon se primjenjuje na PN spoj. Kada se napon primjenjuje na LED u obrnutom smjeru, kada je vanjski napon manji od obrnutog probojnog napona LED-a, napon se također primjenjuje na PN spoj u cijelosti. U ovom trenutku nema pada napona niti u neispravnom lemljenom spoju LED-a, nosaču, P području ili N području! Jer struje nema. Nakon što se PN spoj pokvari, vanjski napon dijele svi otpornici u krugu. Gdje je otpor visok, napon koji nosi dio je visok. Što se LED dioda tiče, prirodno je da PN spoj nosi većinu napona. Toplinska snaga koja se stvara na PN spoju je pad napona na njemu pomnožen sa trenutnom vrijednošću. Ako vrijednost struje nije ograničena, prekomjerna toplina će spaliti PN spoj, koji će izgubiti svoju funkciju i prodrijeti.

Zašto se IC relativno boje statičkog elektriciteta? Budući da je površina svake komponente u IC-u vrlo mala, parazitni kapacitet svake komponente također je vrlo malen (često funkcija kruga zahtijeva vrlo mali parazitni kapacitet). Stoga će mala količina elektrostatskog naboja generirati visok elektrostatički napon, a tolerancija snage svake komponente obično je vrlo mala, tako da elektrostatičko pražnjenje može lako oštetiti IC. Međutim, obične diskretne komponente, kao što su obične diode male snage i tranzistori male snage, ne boje se jako statičkog elektriciteta, jer je njihova površina čipa relativno velika i njihov parazitski kapacitet relativno velik, te nije lako akumulirati visoke napone na u općim statičkim postavkama. MOS tranzistori male snage skloni su elektrostatskom oštećenju zbog svog tankog oksidnog sloja vrata i malog parazitskog kapaciteta. Obično napuštaju tvornicu nakon kratkog spoja tri elektrode nakon pakiranja. U uporabi je često potrebno ukloniti kratki put nakon završetka zavarivanja. Zbog velike površine čipa MOS tranzistora velike snage, obični statički elektricitet ih neće oštetiti. Tako ćete vidjeti da tri elektrode energetskih MOS tranzistora nisu zaštićene od kratkih spojeva (raniji proizvođači su ih još uvijek kratko spajali prije nego što su napustili tvornicu).

LED zapravo ima diodu, a njezino je područje vrlo veliko u odnosu na svaku komponentu unutar IC-a. Stoga je parazitni kapacitet LED dioda relativno velik. Stoga statički elektricitet u općim situacijama ne može oštetiti LED diode.

Elektrostatički elektricitet u općim situacijama, posebice na izolatorima, može imati visok napon, ali je količina naboja pražnjenja iznimno mala, a trajanje struje pražnjenja vrlo kratko. Napon elektrostatskog naboja induciranog na vodiču ne mora biti jako visok, ali struja pražnjenja može biti velika i često kontinuirana. To je vrlo štetno za elektroničke komponente.

Zašto statički elektricitet oštećujeLED čipovine javljaju se često

Počnimo s eksperimentalnim fenomenom. Metalna željezna ploča prenosi statički elektricitet od 500 V. Postavite LED na metalnu ploču (obratite pažnju na način postavljanja kako biste izbjegli sljedeće probleme). Mislite li da će se LED oštetiti? Ovdje, za oštećenje LED-a, obično se treba primijeniti s naponom većim od njegovog probojnog napona, što znači da bi obje elektrode LED-a trebale istovremeno dodirivati ​​metalnu ploču i imati napon veći od probojnog napona. Kako je željezna ploča dobar vodič, inducirani napon na njoj je jednak, a tzv. 500V napon je u odnosu na masu. Dakle, nema napona između dvije elektrode LED-a i prirodno neće biti oštećenja. Osim ako jednu elektrodu LED-a ne dodirnete željeznom pločom, a drugu elektrodu spojite vodičem (rukom ili žicom bez izolacijskih rukavica) na uzemljenje ili druge vodiče.

Gore navedeni eksperimentalni fenomen podsjeća nas da kada je LED dioda u elektrostatičkom polju, jedna elektroda mora kontaktirati elektrostatičko tijelo, a druga elektroda mora kontaktirati uzemljenje ili druge vodiče prije nego što se može oštetiti. U stvarnoj proizvodnji i primjeni, s malom veličinom LED dioda, rijetko postoji šansa da se takve stvari dogode, osobito u serijama. Mogući su slučajni događaji. Na primjer, LED je na elektrostatičkom tijelu, a jedna elektroda dodiruje elektrostatičko tijelo, dok je druga elektroda samo obješena. U tom trenutku netko dotakne viseću elektrodu, što može oštetitiLED svjetlo.

Gornji fenomen nam govori da se elektrostatički problemi ne mogu zanemariti. Za elektrostatičko pražnjenje potreban je vodljivi krug i nema štete ako postoji statički elektricitet. Kada se dogodi samo vrlo mala količina curenja, može se razmotriti problem slučajnog elektrostatičkog oštećenja. Ako se javlja u velikim količinama, veća je vjerojatnost da je problem kontaminacije čipsa ili stresa.