Genereringsmekanisme for statisk elektricitet

Normalt genereres statisk elektricitet på grund af friktion eller induktion.

Friktionsstatisk elektricitet genereres ved bevægelse af elektriske ladninger, der genereres under kontakt, friktion eller adskillelse mellem to genstande. Den statiske elektricitet, der efterlades af friktion mellem ledere, er normalt relativt svag på grund af ledernes stærke ledningsevne. De ioner, der genereres af friktion, vil hurtigt bevæge sig sammen og neutralisere under og ved afslutningen af ​​friktionsprocessen. Efter friktion af isolatoren kan der genereres en højere elektrostatisk spænding, men mængden af ​​ladning er meget lille. Dette bestemmes af den fysiske struktur af selve isolatoren. I den molekylære struktur af en isolator er det svært for elektroner at bevæge sig frit fra bindingen af ​​atomkernen, så friktion resulterer kun i en lille mængde molekylær eller atomær ionisering.

Induktiv statisk elektricitet er et elektrisk felt dannet ved bevægelse af elektroner i et objekt under påvirkning af et elektromagnetisk felt, når objektet er i et elektrisk felt. Induktiv statisk elektricitet kan generelt kun genereres på ledere. Effekten af ​​rumlige elektromagnetiske felter på isolatorer kan ignoreres.

Elektrostatisk afladningsmekanisme

Hvad er grunden til, at 220V netstrøm kan dræbe mennesker, men tusindvis af volt på mennesker kan ikke dræbe dem? Spændingen over kondensatoren opfylder følgende formel: U=Q/C. Ifølge denne formel, når kapacitansen er lille, og mængden af ​​ladning er lille, vil der blive genereret en højspænding. "Som regel er kapacitansen af ​​vores kroppe og genstande omkring os meget lille. Når en elektrisk ladning genereres, kan en lille mængde elektrisk ladning også generere en højspænding." På grund af den lille mængde elektrisk ladning, når den aflades, er den genererede strøm meget lille, og tiden er meget kort. Spændingen kan ikke opretholdes, og strømmen falder på ekstremt kort tid. "Fordi den menneskelige krop ikke er en isolator, vil de statiske ladninger, der akkumuleres i hele kroppen, når der er en udledningsvej, konvergere. Derfor føles det, som om strømmen er højere, og der er en følelse af elektrisk stød.”. Efter statisk elektricitet er genereret i ledere såsom menneskekroppe og metalgenstande, vil udladningsstrømmen være relativt stor.

For materialer med gode isoleringsegenskaber er den ene, at mængden af ​​genereret elektrisk ladning er meget lille, og den anden er, at den genererede elektriske ladning er svær at flyde. Selvom spændingen er høj, når der er en afladningsvej et eller andet sted, kan kun ladningen ved kontaktpunktet og inden for et lille område i nærheden flyde og aflade, mens ladningen ved det ikke-kontaktpunkt ikke kan aflades. Derfor, selv med en spænding på titusindvis af volt, er udladningsenergien også ubetydelig.

Farer ved statisk elektricitet til elektroniske komponenter

Statisk elektricitet kan være skadelig forLEDs, ikke kun LED's unikke "patent", men også almindeligt anvendte dioder og transistorer lavet af siliciummaterialer. Selv bygninger, træer og dyr kan blive beskadiget af statisk elektricitet (lyn er en form for statisk elektricitet, og vi vil ikke overveje det her).

Så hvordan beskadiger statisk elektricitet elektroniske komponenter? Jeg vil ikke gå for langt, bare tale om halvlederenheder, men også begrænset til dioder, transistorer, IC'er og LED'er.

Skaden forårsaget af elektricitet på halvlederkomponenter involverer i sidste ende strøm. Under påvirkning af elektrisk strøm er enheden beskadiget på grund af varme. Hvis der er strøm, skal der være en spænding. Halvlederdioder har dog PN-junctions, som har et spændingsområde, der blokerer for strøm både i frem- og baglæns retning. Den fremadrettede potentialbarriere er lav, mens den omvendte potentialbarriere er meget højere. I et kredsløb, hvor modstanden er høj, er spændingen koncentreret. Men for LED'er, når spændingen påføres fremad til LED'en, når den eksterne spænding er mindre end diodens tærskelspænding (svarende til materialets båndgab-bredde), er der ingen fremadgående strøm, og spændingen påføres alt til PN-krydset. Når spændingen påføres lysdioden omvendt, når den eksterne spænding er mindre end lysdiodens omvendte gennembrudsspænding, påføres spændingen også helt til PN-forbindelsen. På nuværende tidspunkt er der intet spændingsfald i hverken den defekte loddeforbindelse på LED'en, beslaget, P-området eller N-området! For der er ingen strøm. Efter at PN-forbindelsen er brudt ned, deles den eksterne spænding af alle modstandene på kredsløbet. Hvor modstanden er høj, er spændingen på delen høj. Hvad angår LED'er, er det naturligt, at PN-krydset bærer det meste af spændingen. Den termiske effekt, der genereres ved PN-forbindelsen, er spændingsfaldet over den ganget med den aktuelle værdi. Hvis den aktuelle værdi ikke er begrænset, vil overdreven varme brænde PN-krydset ud, som vil miste sin funktion og trænge ind.

Hvorfor er IC'er relativt bange for statisk elektricitet? Fordi arealet af hver komponent i en IC er meget lille, er den parasitiske kapacitans af hver komponent også meget lille (ofte kræver kredsløbsfunktionen meget lille parasitisk kapacitans). Derfor vil en lille mængde elektrostatisk ladning generere en høj elektrostatisk spænding, og effekttolerancen for hver komponent er normalt meget lille, så elektrostatisk udladning kan nemt beskadige IC. Almindelige diskrete komponenter, såsom almindelige små effektdioder og små effekttransistorer, er dog ikke særlig bange for statisk elektricitet, fordi deres chipareal er relativt stort og deres parasitære kapacitans er relativt stor, og det er ikke nemt at akkumulere højspænding på dem i generelle statiske indstillinger. MOS-transistorer med lav effekt er tilbøjelige til elektrostatisk skade på grund af deres tynde gate-oxidlag og små parasitiske kapacitans. De forlader normalt fabrikken efter at have kortsluttet de tre elektroder efter emballering. I brug er det ofte nødvendigt at fjerne den korte rute, efter at svejsningen er afsluttet. På grund af det store chipområde af højeffekt MOS-transistorer vil almindelig statisk elektricitet ikke beskadige dem. Så du vil se, at de tre elektroder af power MOS-transistorer ikke er beskyttet af kortslutninger (tidlige producenter kortsluttede dem stadig, før de forlod fabrikken).

En LED har faktisk en diode, og dens areal er meget stort i forhold til hver komponent i IC'en. Derfor er den parasitære kapacitans af LED'er relativt stor. Derfor kan statisk elektricitet i generelle situationer ikke beskadige lysdioder.

Elektrostatisk elektricitet i generelle situationer, især på isolatorer, kan have en høj spænding, men mængden af ​​afladningsladning er ekstremt lille, og varigheden af ​​afladningsstrømmen er meget kort. Spændingen af ​​den elektrostatiske ladning induceret på lederen er muligvis ikke særlig høj, men afladningsstrømmen kan være stor og ofte kontinuerlig. Dette er meget skadeligt for elektroniske komponenter.

Hvorfor skader statisk elektricitetLED-chipsikke ofte forekommer

Lad os starte med et eksperimentelt fænomen. En metaljernplade bærer 500V statisk elektricitet. Placer LED'en på metalpladen (vær opmærksom på placeringsmetoden for at undgå følgende problemer). Tror du, at LED'en bliver beskadiget? Her, for at beskadige en LED, skal den normalt påføres med en spænding, der er større end dens gennemslagsspænding, hvilket betyder, at begge LED'ens elektroder samtidig skal kontakte metalpladen og have en spænding, der er større end gennembrudsspændingen. Da jernpladen er en god leder, er den inducerede spænding over den ens, og den såkaldte 500V spænding er i forhold til jorden. Derfor er der ingen spænding mellem LED'ens to elektroder, og der vil naturligvis ikke være nogen skade. Medmindre du kontakter den ene elektrode på en LED med en jernplade og forbinder den anden elektrode med en leder (hånd eller ledning uden isolerende handsker) til jord eller andre ledere.

Ovenstående eksperimentelle fænomen minder os om, at når en LED er i et elektrostatisk felt, skal den ene elektrode kontakte det elektrostatiske legeme, og den anden elektrode skal kontakte jorden eller andre ledere, før den kan blive beskadiget. I den faktiske produktion og anvendelse, med den lille størrelse af LED'er, er der sjældent en chance for, at sådanne ting vil ske, især i partier. Uheld er mulige. For eksempel er en LED på et elektrostatisk legeme, og den ene elektrode kontakter det elektrostatiske legeme, mens den anden elektrode netop er ophængt. På dette tidspunkt rører nogen den ophængte elektrode, hvilket kan beskadigeLED lys.

Ovenstående fænomen fortæller os, at elektrostatiske problemer ikke kan ignoreres. Elektrostatisk udladning kræver et ledende kredsløb, og der er ingen skade, hvis der er statisk elektricitet. Når der kun opstår en meget lille mængde lækage, kan problemet med utilsigtet elektrostatisk skade overvejes. Hvis det forekommer i store mængder, er det mere sandsynligt, at det er et problem med spånforurening eller stress.