Mecanismo de xeración de electricidade estática

Normalmente, a electricidade estática xérase por fricción ou indución.

A electricidade estática de fricción xérase polo movemento de cargas eléctricas xeradas durante o contacto, o rozamento ou a separación entre dous obxectos. A electricidade estática que deixa o rozamento entre condutores adoita ser relativamente débil, debido á forte condutividade dos condutores. Os ións xerados pola fricción moveranse rapidamente xuntos e neutralizaranse durante e ao final do proceso de fricción. Despois da fricción do illante, pódese xerar unha maior tensión electrostática, pero a cantidade de carga é moi pequena. Isto está determinado pola estrutura física do propio illante. Na estrutura molecular dun illante, é difícil que os electróns se movan libremente da unión do núcleo atómico, polo que a fricción produce só unha pequena cantidade de ionización molecular ou atómica.

A electricidade estática indutiva é un campo eléctrico formado polo movemento de electróns nun obxecto baixo a acción dun campo electromagnético cando o obxecto está nun campo eléctrico. En xeral, a electricidade estática indutiva só se pode xerar en condutores. O efecto dos campos electromagnéticos espaciais sobre os illantes pode ignorarse.

Mecanismo de descarga electrostática

Cal é a razón pola que a electricidade da rede de 220 V pode matar persoas, pero miles de voltios nas persoas non poden matalas? A tensión a través do capacitor cumpre a seguinte fórmula: U=Q/C. Segundo esta fórmula, cando a capacidade é pequena e a cantidade de carga é pequena, xerarase unha alta tensión. "Normalmente, a capacidade dos nosos corpos e obxectos que nos rodean é moi pequena. Cando se xera unha carga eléctrica, unha pequena cantidade de carga eléctrica tamén pode xerar unha alta tensión”. Debido á pequena cantidade de carga eléctrica, ao descargar, a corrente xerada é moi pequena e o tempo é moi curto. Non se pode manter a tensión e a corrente cae nun tempo extremadamente curto. “Como o corpo humano non é un illante, as cargas estáticas acumuladas por todo o corpo, cando hai un camiño de descarga, converxerán. Polo tanto, parece que a corrente é maior e hai unha sensación de descarga eléctrica”. Despois de xerar electricidade estática en condutores como corpos humanos e obxectos metálicos, a corrente de descarga será relativamente grande.

Para materiais con boas propiedades de illamento, un é que a cantidade de carga eléctrica xerada é moi pequena, e o outro é que a carga eléctrica xerada é difícil de fluír. Aínda que a tensión é alta, cando hai un camiño de descarga nalgún lugar, só a carga no punto de contacto e dentro dun pequeno rango preto pode fluír e descargar, mentres que a carga no punto non contacto non pode descargar. Polo tanto, mesmo cunha tensión de decenas de miles de voltios, a enerxía de descarga tamén é insignificante.

Riscos da electricidade estática para os compoñentes electrónicos

A electricidade estática pode ser prexudicialLEDs, non só a "patente" única de LED, senón tamén díodos e transistores de uso habitual feitos de materiais de silicio. Mesmo edificios, árbores e animais poden ser danados pola electricidade estática (o raio é unha forma de electricidade estática, e non a consideraremos aquí).

Entón, como a electricidade estática dana os compoñentes electrónicos? Non quero ir demasiado lonxe, só falando de dispositivos semicondutores, pero tamén limitado a díodos, transistores, IC e LED.

O dano causado pola electricidade aos compoñentes semicondutores implica finalmente a corrente. Baixo a acción da corrente eléctrica, o dispositivo está danado debido á calor. Se hai corrente, debe haber unha tensión. Non obstante, os díodos semicondutores teñen unións PN, que teñen un rango de voltaxe que bloquea a corrente tanto no sentido directo como no inverso. A barreira de potencial directo é baixa, mentres que a barreira de potencial inversa é moito maior. Nun circuíto, onde a resistencia é alta, a tensión concéntrase. Pero para os LED, cando a tensión se aplica cara adiante ao LED, cando a tensión externa é inferior á tensión de limiar do díodo (correspondente ao ancho da banda de material), non hai corrente directa e toda a tensión aplícase a unión PN. Cando a tensión se aplica ao LED ao revés, cando a tensión externa é menor que a tensión de ruptura inversa do LED, a tensión tamén se aplica á unión PN por completo. Neste momento, non hai caída de tensión nin na unión de soldadura defectuosa do LED, no soporte, na área P ou na área N. Porque non hai corrente. Despois de romper a unión PN, a tensión externa é compartida por todas as resistencias do circuíto. Cando a resistencia é alta, a tensión soportada pola peza é alta. No que se refire aos LED, é natural que a unión PN teña a maior parte da tensión. A potencia térmica xerada na unión PN é a caída de tensión a través dela multiplicada polo valor actual. Se o valor actual non está limitado, a calor excesiva queimará a unión PN, que perderá a súa función e penetrará.

Por que os CI teñen medo relativamente á electricidade estática? Debido a que a área de cada compoñente nun IC é moi pequena, a capacitancia parasitaria de cada compoñente tamén é moi pequena (moitas veces a función do circuíto require unha capacitancia parasitaria moi pequena). Polo tanto, unha pequena cantidade de carga electrostática xerará unha alta tensión electrostática e a tolerancia de potencia de cada compoñente adoita ser moi pequena, polo que a descarga electrostática pode danar facilmente o IC. Non obstante, os compoñentes discretos ordinarios, como os díodos de pequena potencia comúns e os transistores de pequena potencia, non teñen moito medo á electricidade estática, porque a súa área de chip é relativamente grande e a súa capacidade parasitaria é relativamente grande, e non é fácil acumular altas tensións. en configuracións estáticas xerais. Os transistores MOS de baixa potencia son propensos a danos electrostáticos debido á súa fina capa de óxido de porta e pequena capacidade parasitaria. Adoitan saír da fábrica despois de curtocircuitar os tres electrodos despois do envasado. En uso, moitas veces é necesario eliminar a ruta curta despois de completar a soldadura. Debido á gran área de chip dos transistores MOS de alta potencia, a electricidade estática común non os danará. Entón, verás que os tres electrodos dos transistores MOS de potencia non están protexidos por curtocircuítos (os primeiros fabricantes aínda os cortocircuitaron antes de saír da fábrica).

Un LED realmente ten un díodo, e a súa área é moi grande en relación a cada compoñente dentro do IC. Polo tanto, a capacidade parasitaria dos LED é relativamente grande. Polo tanto, a electricidade estática en situacións xerais non pode danar os LED.

A electricidade electrostática en situacións xerais, especialmente nos illantes, pode ter unha alta tensión, pero a cantidade de carga de descarga é moi pequena e a duración da corrente de descarga é moi curta. A tensión da carga electrostática inducida no condutor pode non ser moi alta, pero a corrente de descarga pode ser grande e moitas veces continua. Isto é moi prexudicial para os compoñentes electrónicos.

Por que danos a electricidade estáticachips LEDnon ocorren moitas veces

Comecemos cun fenómeno experimental. Unha placa metálica de ferro transporta electricidade estática de 500 V. Coloque o LED na placa metálica (preste atención ao método de colocación para evitar os seguintes problemas). Cres que o LED estará danado? Aquí, para danar un LED, adoita aplicarse cunha tensión maior que a súa tensión de avaría, o que significa que os dous electrodos do LED deberían contactar simultáneamente coa placa metálica e ter unha tensión maior que a tensión de avaría. Como a placa de ferro é un bo condutor, a tensión inducida a través dela é igual e a chamada tensión de 500 V é relativa ao chan. Polo tanto, non hai tensión entre os dous electrodos do LED e, naturalmente, non haberá danos. A non ser que entre en contacto cun eléctrodo dun LED cunha placa de ferro e conecte o outro electrodo cun condutor (man ou fío sen luvas illantes) a terra ou outros condutores.

O fenómeno experimental anterior recórdanos que cando un LED está nun campo electrostático, un eléctrodo debe contactar co corpo electrostático e o outro eléctrodo debe contactar co chan ou outros condutores antes de que se poida danar. Na produción e aplicación reais, co pequeno tamaño dos LED, raramente hai posibilidades de que tales cousas ocorran, especialmente en lotes. Son posibles eventos accidentais. Por exemplo, un LED está nun corpo electrostático e un eléctrodo entra en contacto co corpo electrostático, mentres que o outro está suspendido. Neste momento, alguén toca o electrodo suspendido, o que pode danarLuz LED.

O fenómeno anterior dinos que os problemas electrostáticos non se poden ignorar. A descarga electrostática require un circuíto condutor e non hai dano se hai electricidade estática. Cando só se produce unha pequena cantidade de fugas, pódese considerar o problema dos danos electrostáticos accidentais. Se ocorre en grandes cantidades, é máis probable que se trate dun problema de contaminación de chip ou estrés.