Genereringsmekanism för statisk elektricitet

Vanligtvis genereras statisk elektricitet på grund av friktion eller induktion.

Friktionsstatisk elektricitet genereras av rörelsen av elektriska laddningar som genereras under kontakt, friktion eller separation mellan två objekt. Den statiska elektriciteten som friktion mellan ledarna lämnar är vanligtvis relativt svag, på grund av ledarnas starka ledningsförmåga. Jonerna som genereras av friktion kommer snabbt att röra sig tillsammans och neutraliseras under och i slutet av friktionsprocessen. Efter friktion av isolatorn kan en högre elektrostatisk spänning genereras, men mängden laddning är mycket liten. Detta bestäms av den fysiska strukturen hos själva isolatorn. I den molekylära strukturen hos en isolator är det svårt för elektroner att röra sig fritt från bindningen av atomkärnan, så friktion resulterar i endast en liten mängd molekylär eller atomisk jonisering.

Induktiv statisk elektricitet är ett elektriskt fält som bildas av elektroners rörelse i ett föremål under inverkan av ett elektromagnetiskt fält när föremålet befinner sig i ett elektriskt fält. Induktiv statisk elektricitet kan i allmänhet endast genereras på ledare. Effekten av rumsliga elektromagnetiska fält på isolatorer kan ignoreras.

Elektrostatisk urladdningsmekanism

Vad är anledningen till att 220V el kan döda människor, men tusentals volt på människor kan inte döda dem? Spänningen över kondensatorn uppfyller följande formel: U=Q/C. Enligt denna formel, när kapacitansen är liten och mängden laddning är liten, kommer en hög spänning att genereras. "Vanligtvis är kapacitansen för våra kroppar och föremål omkring oss väldigt liten. När en elektrisk laddning genereras kan en liten mängd elektrisk laddning också generera en hög spänning.”. På grund av den lilla mängden elektrisk laddning, vid urladdning, är den genererade strömmen mycket liten och tiden är mycket kort. Spänningen kan inte upprätthållas, och strömmen sjunker på extremt kort tid. "Eftersom människokroppen inte är en isolator, kommer de statiska laddningar som ackumuleras i hela kroppen, när det finns en urladdningsväg, att konvergera. Därför känns det som att strömmen är högre och det finns en känsla av elektrisk stöt.”. Efter att statisk elektricitet genereras i ledare som människokroppar och metallföremål kommer urladdningsströmmen att vara relativt stor.

För material med goda isoleringsegenskaper är den ena att mängden genererad elektrisk laddning är mycket liten, och den andra är att den genererade elektriska laddningen är svår att flöda. Även om spänningen är hög, när det finns en urladdningsväg någonstans, kan bara laddningen vid kontaktpunkten och inom ett litet område i närheten flyta och ladda ur, medan laddningen vid den icke-kontaktpunkten inte kan laddas ur. Därför, även med en spänning på tiotusentals volt, är urladdningsenergin också försumbar.

Faror med statisk elektricitet för elektroniska komponenter

Statisk elektricitet kan vara skadligt förLEDs, inte bara LED:s unika "patent", utan också vanliga dioder och transistorer gjorda av silikonmaterial. Även byggnader, träd och djur kan skadas av statisk elektricitet (blixtnedslag är en form av statisk elektricitet, och vi kommer inte att överväga det här).

Så, hur skadar statisk elektricitet elektroniska komponenter? Jag vill inte gå för långt, bara prata om halvledarenheter, men också begränsat till dioder, transistorer, IC:er och lysdioder.

De skador som orsakas av elektricitet på halvledarkomponenter involverar i slutändan ström. Under inverkan av elektrisk ström skadas enheten på grund av värme. Om det finns en ström måste det finnas en spänning. Halvledardioder har dock PN-övergångar, som har ett spänningsområde som blockerar ström både i framåt- och bakåtriktningen. Den framåtriktade potentialbarriären är låg, medan den omvända potentialbarriären är mycket högre. I en krets, där motståndet är högt, är spänningen koncentrerad. Men för lysdioder, när spänningen appliceras framåt till lysdioden, när den externa spänningen är mindre än diodens tröskelspänning (motsvarande materialets bandgapbredd), finns det ingen framåtström, och spänningen appliceras helt på PN-korsningen. När spänningen appliceras på lysdioden i omvänd riktning, när den externa spänningen är mindre än den omvända genombrottsspänningen för lysdioden, påläggs spänningen också till PN-övergången helt. För närvarande finns det inget spänningsfall i vare sig den felaktiga lödfogen på lysdioden, konsolen, P-området eller N-området! För det finns ingen ström. Efter att PN-övergången har brutits delas den externa spänningen av alla motstånd på kretsen. Där resistansen är hög är spänningen som bärs av delen hög. När det gäller lysdioder är det naturligt att PN-övergången bär det mesta av spänningen. Den termiska effekten som genereras vid PN-övergången är spänningsfallet över den multiplicerat med strömvärdet. Om det aktuella värdet inte är begränsat, kommer överdriven värme att bränna ut PN-övergången, som kommer att förlora sin funktion och penetrera.

Varför är IC:er relativt rädda för statisk elektricitet? Eftersom arean för varje komponent i en IC är mycket liten, är den parasitiska kapacitansen för varje komponent också mycket liten (ofta kräver kretsfunktionen mycket liten parasitisk kapacitans). Därför kommer en liten mängd elektrostatisk laddning att generera en hög elektrostatisk spänning, och effekttoleransen för varje komponent är vanligtvis mycket liten, så elektrostatisk urladdning kan lätt skada IC. Men vanliga diskreta komponenter, såsom vanliga små effektdioder och små effekttransistorer, är inte särskilt rädda för statisk elektricitet, eftersom deras chiparea är relativt stor och deras parasitiska kapacitans är relativt stor, och det är inte lätt att ackumulera höga spänningar på dem i allmänna statiska inställningar. MOS-transistorer med låg effekt är benägna att få elektrostatisk skada på grund av deras tunna gateoxidskikt och små parasitiska kapacitans. De lämnar vanligtvis fabriken efter att ha kortslutit de tre elektroderna efter förpackning. Vid användning är det ofta nödvändigt att ta bort den korta vägen efter att svetsningen är klar. På grund av det stora chipområdet hos högeffekts MOS-transistorer kommer vanlig statisk elektricitet inte att skada dem. Så du kommer att se att de tre elektroderna av kraft-MOS-transistorer inte är skyddade av kortslutningar (tidiga tillverkare kortslutade dem fortfarande innan de lämnade fabriken).

En lysdiod har faktiskt en diod, och dess yta är mycket stor i förhållande till varje komponent i IC. Därför är den parasitiska kapacitansen hos lysdioder relativt stor. Därför kan statisk elektricitet i allmänna situationer inte skada lysdioder.

Elektrostatisk elektricitet i allmänna situationer, särskilt på isolatorer, kan ha hög spänning, men mängden urladdningsladdning är extremt liten och urladdningsströmmens varaktighet är mycket kort. Spänningen hos den elektrostatiska laddningen som induceras på ledaren är kanske inte särskilt hög, men urladdningsströmmen kan vara stor och ofta kontinuerlig. Detta är mycket skadligt för elektroniska komponenter.

Varför skadar statisk elektricitetLED-chipsinte ofta förekomma

Låt oss börja med ett experimentellt fenomen. En järnplatta av metall bär 500V statisk elektricitet. Placera lysdioden på metallplattan (var uppmärksam på placeringsmetoden för att undvika följande problem). Tror du att lysdioden kommer att skadas? Här, för att skada en lysdiod, bör den vanligtvis appliceras med en spänning som är större än dess genombrottsspänning, vilket innebär att båda elektroderna på lysdioden samtidigt ska kontakta metallplattan och ha en spänning större än genombrottsspänningen. Eftersom järnplattan är en bra ledare är den inducerade spänningen över den lika, och den så kallade 500V-spänningen är relativt marken. Därför finns det ingen spänning mellan de två elektroderna på lysdioden, och naturligtvis kommer det inte att bli någon skada. Såvida du inte kontaktar en elektrod på en lysdiod med en järnplatta och ansluter den andra elektroden med en ledare (hand eller tråd utan isolerande handskar) till jord eller andra ledare.

Ovanstående experimentella fenomen påminner oss om att när en lysdiod befinner sig i ett elektrostatiskt fält måste en elektrod komma i kontakt med den elektrostatiska kroppen, och den andra elektroden måste kontakta jord eller andra ledare innan den kan skadas. I den faktiska produktionen och tillämpningen, med den lilla storleken på lysdioder, finns det sällan en chans att sådana saker kommer att hända, särskilt i partier. Oavsiktliga händelser är möjliga. Till exempel är en lysdiod på en elektrostatisk kropp, och en elektrod kommer i kontakt med den elektrostatiska kroppen, medan den andra elektroden bara är upphängd. Vid denna tidpunkt rör någon den upphängda elektroden, vilket kan skadaLED-ljus.

Ovanstående fenomen säger oss att elektrostatiska problem inte kan ignoreras. Elektrostatisk urladdning kräver en ledande krets, och det är ingen skada om det finns statisk elektricitet. När endast en mycket liten mängd läckage inträffar kan problemet med oavsiktlig elektrostatisk skada övervägas. Om det förekommer i stora mängder är det mer sannolikt att det är ett problem med spånkontamination eller stress.