Механизм генерации статического электричества

Обычно статическое электричество генерируется из-за трения или индукции.

Фрикционное статическое электричество генерируется движением электрических зарядов, возникающих во время контакта, трения или разделения между двумя объектами. Статическое электричество, возникающее в результате трения между проводниками, обычно относительно слабое из-за сильной проводимости проводников. Ионы, образующиеся в результате трения, быстро перемещаются вместе и нейтрализуются во время и в конце процесса трения. После трения изолятора может возникнуть более высокое электростатическое напряжение, но величина заряда очень мала. Это определяется физической структурой самого изолятора. В молекулярной структуре изолятора электронам трудно свободно перемещаться, освободившись от связи атомного ядра, поэтому трение приводит лишь к небольшой молекулярной или атомной ионизации.

Индуктивное статическое электричество — это электрическое поле, образующееся в результате движения электронов в объекте под действием электромагнитного поля, когда объект находится в электрическом поле. Индуктивное статическое электричество обычно может генерироваться только на проводниках. Влиянием пространственных электромагнитных полей на изоляторы можно пренебречь.

Механизм электростатического разряда

В чем причина того, что сетевое электричество 220 В может убить людей, но тысячи вольт, подаваемые на людей, не могут их убить? Напряжение на конденсаторе соответствует следующей формуле: U=Q/C. Согласно этой формуле, когда емкость мала и количество заряда мало, будет генерироваться высокое напряжение. «Обычно емкость наших тел и объектов вокруг нас очень мала. Когда генерируется электрический заряд, небольшое количество электрического заряда также может генерировать высокое напряжение». Из-за небольшого количества электрического заряда при разрядке генерируемый ток очень мал, а время очень короткое. Напряжение невозможно поддерживать, и ток падает за чрезвычайно короткое время. «Поскольку человеческое тело не является изолятором, статические заряды, накопленные по всему телу, при наличии пути разряда сходятся. Поэтому создается ощущение, будто ток выше, и возникает ощущение поражения электрическим током». После того, как статическое электричество генерируется в проводниках, таких как человеческие тела и металлические предметы, ток разряда будет относительно большим.

Для материалов с хорошими изоляционными свойствами, во-первых, количество генерируемого электрического заряда очень мало, а во-вторых, генерируемый электрический заряд трудно течь. Хотя напряжение высокое, когда где-то есть путь разряда, только заряд в точке контакта и в небольшом диапазоне поблизости может течь и разряжаться, тогда как заряд в точке, где нет контакта, не может разряжаться. Поэтому даже при напряжении в десятки тысяч вольт энергия разряда также незначительна.

Опасность статического электричества для электронных компонентов

Статическое электричество может нанести вредВЕЛs, не только уникальный «патент» на светодиоды, но и широко используемые диоды и транзисторы из кремниевых материалов. Статическое электричество может повредить даже здания, деревья и животных (молния — это форма статического электричества, и мы не будем ее здесь рассматривать).

Итак, как статическое электричество повреждает электронные компоненты? Я не хочу заходить слишком далеко и говорю только о полупроводниковых устройствах, но ограничиваюсь диодами, транзисторами, микросхемами и светодиодами.

Повреждения, вызванные электричеством полупроводниковых компонентов, в конечном итоге связаны с током. Под действием электрического тока устройство повреждается из-за нагрева. Если есть ток, должно быть и напряжение. Однако полупроводниковые диоды имеют PN-переходы, диапазон напряжений которых блокирует ток как в прямом, так и в обратном направлении. Прямой потенциальный барьер низок, а обратный потенциальный барьер значительно выше. В цепи с большим сопротивлением напряжение концентрируется. Но для светодиодов, когда напряжение подается вперед на светодиод, когда внешнее напряжение меньше порогового напряжения диода (соответствующего ширине запрещенной зоны материала), прямого тока нет, и все напряжение прикладывается к ПН-переход. При обратной подаче напряжения на светодиод, когда внешнее напряжение меньше напряжения обратного пробоя светодиода, напряжение прикладывается и к PN переходу целиком. При этом падения напряжения ни в неисправном паяном соединении светодиода, ни в кронштейне, ни в участке P, ни в участке N нет! Потому что нет тока. После пробоя PN-перехода внешнее напряжение распределяется между всеми резисторами цепи. Если сопротивление велико, напряжение, выдерживаемое деталью, высокое. Что касается светодиодов, то естественно, что на PN-переход приходится большая часть напряжения. Тепловая мощность, вырабатываемая на PN-переходе, равна падению напряжения на нем, умноженному на значение тока. Если значение тока не ограничивать, чрезмерное тепло сожжет PN-переход, который потеряет свою функцию и проникнет.

Почему микросхемы относительно боятся статического электричества? Поскольку площадь каждого компонента в ИС очень мала, паразитная емкость каждого компонента также очень мала (часто функция схемы требует очень маленькой паразитной емкости). Следовательно, небольшое количество электростатического заряда будет генерировать высокое электростатическое напряжение, а допуск по мощности каждого компонента обычно очень мал, поэтому электростатический разряд может легко повредить микросхему. Однако обычные дискретные компоненты, такие как обычные небольшие силовые диоды и небольшие силовые транзисторы, не очень боятся статического электричества, поскольку площадь их кристалла относительно велика, а паразитная емкость относительно велика, и на них нелегко аккумулировать высокие напряжения. их в общих статических настройках. МОП-транзисторы малой мощности склонны к электростатическому повреждению из-за тонкого оксидного слоя затвора и небольшой паразитной емкости. Обычно они покидают завод после короткого замыкания трех электродов после упаковки. При использовании часто требуется удалить короткий путь после завершения сварки. Благодаря большой площади кристалла мощных МОП-транзисторов обычное статическое электричество не повредит их. Итак, вы увидите, что три электрода силовых МОП-транзисторов не защищены от короткого замыкания (ранние производители еще замыкали их перед отправкой с завода).

Светодиод на самом деле имеет диод, и его площадь очень велика по сравнению с каждым компонентом внутри микросхемы. Поэтому паразитная емкость светодиодов относительно велика. Поэтому статическое электричество в обычных ситуациях не может повредить светодиоды.

Электростатическое электричество в общих ситуациях, особенно на изоляторах, может иметь высокое напряжение, но величина разрядного заряда чрезвычайно мала, а продолжительность тока разряда очень мала. Напряжение электростатического заряда, индуцированного на проводнике, может быть не очень высоким, но ток разряда может быть большим и часто непрерывным. Это очень вредно для электронных компонентов.

Почему статическое электричество вредитсветодиодные чипыне часто встречаются

Начнем с экспериментального явления. Металлическая железная пластина несет статическое электричество напряжением 500 В. Разместите светодиод на металлической пластине (обратите внимание на способ размещения, чтобы избежать следующих проблем). Как вы думаете, светодиод будет поврежден? Здесь для повреждения светодиода обычно следует подать напряжение, превышающее его напряжение пробоя, а это значит, что оба электрода светодиода должны одновременно контактировать с металлической пластиной и иметь напряжение, превышающее напряжение пробоя. Поскольку железная пластина является хорошим проводником, наведенное на ней напряжение равно, а так называемое напряжение 500 В относительно земли. Следовательно, между двумя электродами светодиода нет напряжения и естественно никаких повреждений не будет. Разве что прикоснуть один электрод светодиода к железной пластине, а другой электрод подключить проводником (рукой или проводом без изолирующих перчаток) к земле или другим проводникам.

Вышеупомянутое экспериментальное явление напоминает нам, что когда светодиод находится в электростатическом поле, один электрод должен контактировать с электростатическим телом, а другой электрод должен контактировать с землей или другими проводниками, прежде чем он может быть поврежден. В реальном производстве и применении, при небольших размерах светодиодов, вероятность того, что такие вещи произойдут, редко возникает, особенно в партиях. Возможны случайные события. Например, светодиод находится на электростатическом корпусе, и один электрод контактирует с электростатическим корпусом, а другой электрод просто подвешен. В это время кто-то касается подвешенного электрода, что может привести к повреждениюСветодиодный свет.

Вышеупомянутое явление говорит нам о том, что электростатические проблемы нельзя игнорировать. Для электростатического разряда требуется проводящая цепь, и наличие статического электричества не причинит вреда. Когда происходит лишь очень небольшая утечка, можно рассмотреть проблему случайного электростатического повреждения. Если это происходит в больших количествах, скорее всего, это проблема загрязнения чипа или стресса.