Genereringsmekanisme for statisk elektrisitet

Vanligvis genereres statisk elektrisitet på grunn av friksjon eller induksjon.

Friksjonsstatisk elektrisitet genereres ved bevegelse av elektriske ladninger generert under kontakt, friksjon eller separasjon mellom to objekter. Den statiske elektrisiteten som etterlates av friksjon mellom ledere er vanligvis relativt svak, på grunn av den sterke ledningsevnen til lederne. Ionene som genereres av friksjon vil raskt bevege seg sammen og nøytralisere under og på slutten av friksjonsprosessen. Etter friksjon av isolatoren kan det genereres en høyere elektrostatisk spenning, men ladningsmengden er veldig liten. Dette bestemmes av den fysiske strukturen til selve isolatoren. I den molekylære strukturen til en isolator er det vanskelig for elektroner å bevege seg fritt fra bindingen til atomkjernen, så friksjon resulterer i bare en liten mengde molekylær eller atomær ionisering.

Induktiv statisk elektrisitet er et elektrisk felt som dannes ved bevegelse av elektroner i et objekt under påvirkning av et elektromagnetisk felt når objektet er i et elektrisk felt. Induktiv statisk elektrisitet kan generelt bare genereres på ledere. Effekten av romlige elektromagnetiske felt på isolatorer kan ignoreres.

Elektrostatisk utladningsmekanisme

Hva er grunnen til at 220V nettstrøm kan drepe mennesker, men tusenvis av volt på mennesker kan ikke drepe dem? Spenningen over kondensatoren oppfyller følgende formel: U=Q/C. I henhold til denne formelen, når kapasitansen er liten og mengden ladning er liten, vil en høy spenning genereres. "Vanligvis er kapasiteten til kroppen og gjenstandene rundt oss veldig liten. Når en elektrisk ladning genereres, kan en liten mengde elektrisk ladning også generere høyspenning.» På grunn av den lille mengden elektrisk ladning, ved utlading, er den genererte strømmen veldig liten, og tiden er veldig kort. Spenningen kan ikke opprettholdes, og strømmen faller på ekstremt kort tid. "Fordi menneskekroppen ikke er en isolator, vil de statiske ladningene som samles i hele kroppen, når det er en utladningsbane, konvergere. Derfor føles det som om strømmen er høyere og det er en følelse av elektrisk støt.» Etter at statisk elektrisitet er generert i ledere som menneskekropper og metallgjenstander, vil utladningsstrømmen være relativt stor.

For materialer med gode isolasjonsegenskaper er den ene at mengden elektrisk ladning som genereres er svært liten, og den andre er at den genererte elektriske ladningen er vanskelig å flyte. Selv om spenningen er høy, når det er en utladningsbane et sted, kan bare ladningen ved kontaktpunktet og innenfor et lite område i nærheten strømme og utlades, mens ladningen ved ikke-kontaktpunktet ikke kan utlades. Derfor, selv med en spenning på titusenvis av volt, er utladningsenergien også ubetydelig.

Farer ved statisk elektrisitet for elektroniske komponenter

Statisk elektrisitet kan være skadelig forLEDs, ikke bare LEDs unike "patent", men også ofte brukte dioder og transistorer laget av silisiummaterialer. Selv bygninger, trær og dyr kan bli skadet av statisk elektrisitet (lyn er en form for statisk elektrisitet, og vi vil ikke vurdere det her).

Så hvordan skader statisk elektrisitet elektroniske komponenter? Jeg vil ikke gå for langt, bare å snakke om halvlederenheter, men også begrenset til dioder, transistorer, IC-er og LED-er.

Skaden forårsaket av elektrisitet på halvlederkomponenter involverer til slutt strøm. Under påvirkning av elektrisk strøm blir enheten skadet på grunn av varme. Hvis det er en strøm, må det være en spenning. Imidlertid har halvlederdioder PN-kryss, som har et spenningsområde som blokkerer strøm både i forover- og bakoverretningen. Foroverpotensialbarrieren er lav, mens reverspotensialbarrieren er mye høyere. I en krets, hvor motstanden er høy, er spenningen konsentrert. Men for lysdioder, når spenningen påføres frem til lysdioden, når den eksterne spenningen er mindre enn terskelspenningen til dioden (tilsvarende bredden på materialbåndsgapet), er det ingen foroverstrøm, og spenningen påføres til PN-krysset. Når spenningen påføres LED-en i revers, når den eksterne spenningen er mindre enn reverseringsspenningen til LED-en, blir spenningen også tilført PN-krysset helt. På dette tidspunktet er det ikke noe spenningsfall i verken den defekte loddeforbindelsen til LED-en, braketten, P-området eller N-området! For det er ingen strøm. Etter at PN-krysset er brutt ned, deles den eksterne spenningen av alle motstandene på kretsen. Der motstanden er høy, er spenningen som bæres av delen høy. Når det gjelder lysdioder er det naturlig at PN-krysset bærer mesteparten av spenningen. Den termiske kraften som genereres ved PN-krysset er spenningsfallet over det multiplisert med gjeldende verdi. Hvis gjeldende verdi ikke er begrenset, vil overdreven varme brenne ut PN-krysset, som vil miste sin funksjon og trenge inn.

Hvorfor er IC-er relativt redde for statisk elektrisitet? Fordi arealet til hver komponent i en IC er veldig lite, er den parasittiske kapasitansen til hver komponent også veldig liten (ofte krever kretsfunksjonen veldig liten parasittisk kapasitans). Derfor vil en liten mengde elektrostatisk ladning generere en høy elektrostatisk spenning, og effekttoleransen til hver komponent er vanligvis svært liten, så elektrostatisk utladning kan lett skade IC. Vanlige diskrete komponenter, som vanlige små effektdioder og små krafttransistorer, er imidlertid ikke veldig redde for statisk elektrisitet, fordi brikkeområdet deres er relativt stort og deres parasittiske kapasitans er relativt stor, og det er ikke lett å akkumulere høye spenninger på dem i generelle statiske innstillinger. MOS-transistorer med lav effekt er utsatt for elektrostatisk skade på grunn av deres tynne portoksidlag og små parasittiske kapasitans. De forlater vanligvis fabrikken etter å ha kortsluttet de tre elektrodene etter pakking. Ved bruk er det ofte nødvendig å fjerne den korte ruten etter at sveisingen er fullført. På grunn av det store brikkeområdet til MOS-transistorer med høy effekt, vil vanlig statisk elektrisitet ikke skade dem. Så du vil se at de tre elektrodene til MOS-transistorer ikke er beskyttet av kortslutninger (tidlige produsenter kortsluttet dem fortsatt før de forlot fabrikken).

En LED har faktisk en diode, og området er veldig stort i forhold til hver komponent i IC. Derfor er den parasittiske kapasitansen til LED-er relativt stor. Derfor kan statisk elektrisitet i generelle situasjoner ikke skade lysdioder.

Elektrostatisk elektrisitet i generelle situasjoner, spesielt på isolatorer, kan ha høy spenning, men mengden utladningsladning er ekstremt liten, og utladningsstrømmens varighet er veldig kort. Spenningen til den elektrostatiske ladningen som induseres på lederen er kanskje ikke veldig høy, men utladningsstrømmen kan være stor og ofte kontinuerlig. Dette er svært skadelig for elektroniske komponenter.

Hvorfor skader statisk elektrisitetLED-brikkerforekommer ikke ofte

La oss starte med et eksperimentelt fenomen. En metalljernplate bærer 500V statisk elektrisitet. Plasser LED-en på metallplaten (vær oppmerksom på plasseringsmetoden for å unngå følgende problemer). Tror du lysdioden vil bli skadet? Her, for å skade en LED, bør den vanligvis påføres en spenning som er større enn dens gjennomslagsspenning, noe som betyr at begge elektrodene til LED-en samtidig skal kontakte metallplaten og ha en spenning større enn gjennombruddsspenningen. Siden jernplaten er en god leder, er den induserte spenningen over den lik, og den såkalte 500V spenningen er i forhold til bakken. Derfor er det ingen spenning mellom de to elektrodene til LED-en, og det vil naturligvis ikke være noen skade. Med mindre du kontakter en elektrode på en LED med en jernplate, og kobler den andre elektroden med en leder (hånd eller ledning uten isolerende hansker) til jord eller andre ledere.

Det eksperimentelle fenomenet ovenfor minner oss om at når en LED er i et elektrostatisk felt, må en elektrode kontakte det elektrostatiske legemet, og den andre elektroden må kontakte bakken eller andre ledere før den kan bli skadet. I faktisk produksjon og bruk, med den lille størrelsen på lysdioder, er det sjelden en sjanse for at slike ting vil skje, spesielt i batcher. Utilsiktede hendelser er mulig. For eksempel er en LED på en elektrostatisk kropp, og en elektrode kontakter den elektrostatiske kropp, mens den andre elektroden bare er suspendert. På dette tidspunktet berører noen den suspenderte elektroden, noe som kan skadeLED lys.

Fenomenet ovenfor forteller oss at elektrostatiske problemer ikke kan ignoreres. Elektrostatisk utladning krever en ledende krets, og det er ingen skade hvis det er statisk elektrisitet. Når bare en svært liten mengde lekkasje oppstår, kan problemet med utilsiktet elektrostatisk skade vurderes. Hvis det forekommer i store mengder, er det mer sannsynlig at det er et problem med sponforurensning eller stress.