Mehanizam stvaranja statičkog elektriciteta

Obično se statički elektricitet stvara zbog trenja ili indukcije.

Statički elektricitet trenja nastaje kretanjem električnih naboja nastalih tokom kontakta, trenja ili razdvajanja između dva objekta. Statički elektricitet koji ostavlja trenje između provodnika je obično relativno slab, zbog jake provodljivosti provodnika. Joni nastali trenjem brzo će se kretati zajedno i neutralizirati tokom i na kraju procesa trenja. Nakon trenja izolatora može se stvoriti veći elektrostatički napon, ali je količina naboja vrlo mala. To je određeno fizičkom strukturom samog izolatora. U molekularnoj strukturi izolatora, teško je da se elektroni slobodno kreću bez vezivanja atomskog jezgra, tako da trenje rezultira samo malom količinom molekularne ili atomske jonizacije.

Induktivni statički elektricitet je električno polje koje nastaje kretanjem elektrona u objektu pod dejstvom elektromagnetnog polja kada je objekat u električnom polju. Induktivni statički elektricitet općenito se može generirati samo na provodnicima. Utjecaj prostornih elektromagnetnih polja na izolatore može se zanemariti.

Mehanizam elektrostatičkog pražnjenja

Koji je razlog zašto električna energija od 220 V može ubiti ljude, ali hiljade volti na ljudima ne mogu ih ubiti? Napon na kondenzatoru zadovoljava sljedeću formulu: U=Q/C. Prema ovoj formuli, kada je kapacitivnost mali, a količina naboja mala, stvara 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, pri pražnjenju, generirana struja je vrlo mala, a vrijeme je vrlo kratko. Napon se ne može održavati, a struja opada u izuzetno kratkom vremenu. “Budući da ljudsko tijelo nije izolator, statički naboji nakupljeni u cijelom tijelu, kada postoji put pražnjenja, će se konvergirati. Stoga se čini da je struja veća i postoji osjećaj strujnog udara.” Nakon što se statički elektricitet stvori u provodnicima kao što su ljudska tijela i metalni predmeti, struja pražnjenja će biti relativno velika.

Za materijale s dobrim izolacijskim svojstvima, jedno je da je količina generiranog električnog naboja vrlo mala, a drugo je da je generirani električni naboj teško teći. Iako je napon visok, kada negdje postoji put pražnjenja, samo naboj na kontaktnoj tački i unutar malog raspona u blizini može teći i isprazniti se, dok se punjenje na nekontaktnoj tački ne može isprazniti. Stoga, čak i sa naponom od desetina hiljada volti, energija pražnjenja je također zanemarljiva.

Opasnosti od statičkog elektriciteta za elektronske komponente

Statički elektricitet može biti štetan zaLEDs, ne samo jedinstveni “patent” LED dioda, već i najčešće korištene diode i tranzistori napravljeni od silicijumskih materijala. Čak i zgrade, drveće i životinje mogu biti oštećeni statičkim elektricitetom (munja je oblik statičkog elektriciteta i nećemo ga ovdje razmatrati).

Dakle, kako statički elektricitet oštećuje elektronske komponente? Ne želim ići predaleko, govorim samo o poluvodičkim uređajima, ali i ograničenim na diode, tranzistore, IC-ove i LED diode.

Šteta koju elektricitet uzrokuje na poluvodičkim komponentama na kraju 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 kako u naprijed tako iu obrnutom smjeru. Prednja potencijalna barijera je niska, dok je reverzna potencijalna barijera mnogo viša. U kolu, gdje je otpor visok, napon je koncentrisan. Ali za LED diode, kada se napon primjenjuje naprijed na LED, kada je vanjski napon manji od graničnog napona diode (koji odgovara širini pojasnog pojasa materijala), nema struje naprijed, a napon se primjenjuje na PN spoj. Kada se napon primjenjuje na LED u obrnutom smjeru, kada je vanjski napon manji od obrnutog napona proboja LED diode, napon se također u potpunosti primjenjuje na PN spoj. U ovom trenutku nema pada napona ni u neispravnom lemnom spoju LED diode, nosaču, P području ili N području! Jer nema struje. Nakon što se PN spoj pokvari, vanjski napon dijele svi otpornici u kolu. Tamo gdje je otpor visok, napon koji nosi dio je visok. Što se LED dioda tiče, prirodno je da PN spoj nosi najveći dio napona. Toplotna snaga proizvedena na PN spoju je pad napona na njemu pomnožen trenutnom vrijednošću. Ako trenutna vrijednost nije ograničena, prekomjerna toplina će sagorjeti PN spoj, koji će izgubiti svoju funkciju i prodrijeti.

Zašto se IC relativno plaše statičkog elektriciteta? Budući da je površina svake komponente u IC-u vrlo mala, parazitski kapacitet svake komponente je također vrlo mali (često funkcija kola zahtijeva vrlo mali parazitni kapacitet). Stoga će mala količina elektrostatičkog naboja generirati visok elektrostatički napon, a tolerancija snage svake komponente je obično 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 mnogo statičkog elektriciteta, jer je njihova površina čipa relativno velika, a parazitski kapacitet relativno velik, te nije lako akumulirati visoke napone na ih u općim statičkim postavkama. MOS tranzistori male snage su skloni elektrostatičkom oštećenju zbog svog tankog oksidnog sloja kapije i malog parazitnog kapaciteta. Obično napuštaju fabriku nakon kratkog spoja tri elektrode nakon pakovanja. U upotrebi je često potrebno ukloniti kratak put nakon što je zavarivanje završeno. Zbog velike površine čipa MOS tranzistora velike snage, običan statički elektricitet ih neće oštetiti. Tako ćete vidjeti da tri elektrode energetskih MOS tranzistora nisu zaštićene kratkim spojem (rani proizvođači su ih još uvijek kratko spojili prije nego što su napustili tvornicu).

LED zapravo ima diodu, a njena površina je vrlo velika u odnosu na svaku komponentu unutar IC-a. Stoga je parazitski kapacitet LED dioda relativno velik. Stoga, statički elektricitet u općim situacijama ne može oštetiti LED diode.

Elektrostatički elektricitet u opštim situacijama, posebno na izolatorima, može imati visok napon, ali je količina pražnjenja izuzetno mala, a trajanje struje pražnjenja je vrlo kratko. Napon elektrostatičkog naboja induciranog na vodiču možda nije jako visok, ali struja pražnjenja može biti velika i često kontinuirana. Ovo je veoma štetno za elektronske komponente.

Zašto statički elektricitet oštećujeLED čipovine javljaju često

Počnimo s eksperimentalnim fenomenom. Metalna željezna ploča nosi 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 dioda oštetiti? Ovdje, da bi se oštetila LED dioda, obično bi je trebalo primijeniti s naponom većim od napona proboja, što znači da obje elektrode LED diode treba istovremeno kontaktirati metalnu ploču i imati napon veći od napona proboja. Kako je željezna ploča dobar provodnik, inducirani napon na njoj je jednak, a takozvani napon od 500V je relativan u odnosu na masu. Stoga nema napona između dvije elektrode LED-a, a prirodno neće biti oštećenja. Osim ako jednu elektrodu LED diode kontaktirate željeznom pločom, a drugu elektrodu s vodičem (rukom ili žicom bez izolacijskih rukavica) spojite na uzemljenje ili druge provodnike.

Gore navedeni eksperimentalni fenomen nas podsjeća da kada je LED u elektrostatičkom polju, jedna elektroda mora kontaktirati elektrostatičko tijelo, a druga elektroda mora doći u kontakt sa zemljom ili drugim vodičima prije nego što se može oštetiti. U stvarnoj proizvodnji i primjeni, uz malu veličinu LED dioda, rijetko postoji šansa da se takve stvari dogode, posebno u serijama. Mogući su slučajni događaji. Na primjer, LED dioda je na elektrostatičkom tijelu, a jedna elektroda je u kontaktu sa elektrostatičkim tijelom, dok je druga elektroda samo suspendirana. U ovom trenutku, neko dodirne suspendovanu elektrodu, što može oštetitiLED svjetlo.

Gore navedeni fenomen nam govori da se elektrostatički problemi ne mogu zanemariti. Za elektrostatičko pražnjenje je potreban provodni krug i nema štete ako postoji statički elektricitet. Kada dođe do vrlo male količine curenja, može se razmotriti problem slučajnog elektrostatičkog oštećenja. Ako se javlja u velikim količinama, vjerojatnije je da je problem kontaminacije čipom ili stresa.