A statikus elektromosság előállítási mechanizmusa

A statikus elektromosság általában súrlódás vagy indukció következtében keletkezik.

A súrlódási statikus elektromosságot a két tárgy közötti érintkezés, súrlódás vagy szétválás során keletkező elektromos töltések mozgása hozza létre. A vezetők közötti súrlódásból származó statikus elektromosság általában viszonylag gyenge, a vezetők erős vezetőképessége miatt. A súrlódási folyamat során keletkező ionok gyorsan együtt mozognak és semlegesítik a súrlódási folyamat alatt és végén. A szigetelő súrlódása után nagyobb elektrosztatikus feszültség keletkezhet, de a töltés mértéke nagyon kicsi. Ezt magának a szigetelőnek a fizikai szerkezete határozza meg. A szigetelő molekulaszerkezetében az elektronok nehezen tudnak szabadon mozogni az atommag kötődésétől, ezért a súrlódás csak kismértékű molekuláris vagy atomi ionizációt eredményez.

Az induktív statikus elektromosság olyan elektromos tér, amelyet az elektronok mozgása hoz létre egy tárgyban elektromágneses tér hatására, amikor a tárgy elektromos térben van. Induktív statikus elektromosság általában csak vezetékeken állítható elő. A térbeli elektromágneses terek szigetelőkre gyakorolt ​​hatása figyelmen kívül hagyható.

Elektrosztatikus kisülési mechanizmus

Mi az oka annak, hogy a 220 V-os hálózati áram megölheti az embereket, de az emberek több ezer voltos feszültsége nem képes megölni őket? A kondenzátor feszültsége a következő képletnek felel meg: U=Q/C. E képlet szerint, amikor a kapacitás kicsi és a töltés mennyisége kicsi, nagy feszültség keletkezik. „Általában testünk és körülöttünk lévő tárgyaink kapacitása nagyon kicsi. Amikor elektromos töltés keletkezik, kis mennyiségű elektromos töltés is képes nagy feszültséget generálni.” A kis elektromos töltés miatt kisütéskor a keletkező áram nagyon kicsi, az idő pedig nagyon rövid. A feszültség nem tartható fenn, és az áram rendkívül rövid időn belül leesik. „Mivel az emberi test nem szigetelő, a testben felhalmozódott statikus töltések, amikor kisülési út van, összefolynak. Ezért úgy érzi, hogy nagyobb az áramerősség, és áramütés érzete van." Miután statikus elektromosság keletkezik vezetőkben, például emberi testekben és fémtárgyakban, a kisülési áram viszonylag nagy lesz.

A jó szigetelő tulajdonságú anyagoknál az egyik az, hogy nagyon kicsi a keletkező elektromos töltés, a másik pedig az, hogy a keletkezett elektromos töltés nehezen áramlik. Bár a feszültség magas, ha valahol kisülési út van, csak az érintkezési ponton és a közelben lévő kis tartományon belüli töltés tud áramlani és kisülni, míg az érintkezési ponton lévő töltés nem tud kisülni. Ezért még több tízezer voltos feszültség mellett is elhanyagolható a kisülési energia.

A statikus elektromosság veszélyei az elektronikus alkatrészekre

A statikus elektromosság káros lehetLEDs, nemcsak a LED egyedi „szabadalma”, hanem az általánosan használt szilícium anyagokból készült diódák és tranzisztorok is. Még az épületeket, fákat és állatokat is károsíthatja a statikus elektromosság (a villám a statikus elektromosság egyik formája, és itt nem vesszük figyelembe).

Tehát hogyan károsítja a statikus elektromosság az elektronikus alkatrészeket? Nem akarok túl messzire menni, csak a félvezető eszközökről beszélek, de korlátozva a diódákra, tranzisztorokra, IC-kre és LED-ekre.

Az elektromosság által a félvezető alkatrészekben okozott károk végső soron árammal járnak. Az elektromos áram hatására a készülék hő hatására megsérül. Ha van áram, akkor feszültségnek kell lennie. A félvezető diódák azonban rendelkeznek PN átmenetekkel, amelyek feszültségtartománya blokkolja az áramot előre és hátrafelé. Az előremenő potenciálgát alacsony, míg a fordított potenciálgát sokkal magasabb. Egy áramkörben, ahol az ellenállás nagy, a feszültség koncentrálódik. De a LED-ek esetében, amikor a feszültséget előre kapcsolják a LED-re, amikor a külső feszültség kisebb, mint a dióda küszöbfeszültsége (az anyagi sávszélességnek megfelelően), nincs előremenő áram, és a feszültség mind a a PN csomópont. Amikor a feszültséget a LED-re fordítva kapcsoljuk, és a külső feszültség kisebb, mint a LED fordított áttörési feszültsége, a feszültség a PN átmenetre is teljes egészében rákapcsolódik. Ilyenkor nincs feszültségesés sem a LED hibás forrasztási kötésében, sem a konzolban, sem a P területen, sem az N területen! Mert nincs áram. A PN átmenet lebontása után a külső feszültséget az áramkör összes ellenállása megosztja. Ahol nagy az ellenállás, ott az alkatrész által viselt feszültség magas. Ami a LED-eket illeti, természetes, hogy a PN átmenet viseli a feszültség nagy részét. A PN csomóponton termelt hőteljesítmény a rajta átívelő feszültségesés szorozva az áramértékkel. Ha az áramérték nincs korlátozva, a túlzott hő kiégeti a PN csomópontot, amely elveszti funkcióját és behatol.

Miért félnek viszonylag az IC-k a statikus elektromosságtól? Mivel az egyes komponensek területe egy IC-ben nagyon kicsi, az egyes komponensek parazita kapacitása is nagyon kicsi (gyakran az áramköri funkció nagyon kis parazita kapacitást igényel). Ezért kis mennyiségű elektrosztatikus töltés nagy elektrosztatikus feszültséget generál, és az egyes alkatrészek teljesítménytűrése általában nagyon kicsi, így az elektrosztatikus kisülés könnyen károsíthatja az IC-t. A közönséges diszkrét alkatrészek, mint például a közönséges kis teljesítményű diódák és a kis teljesítménytranzisztorok azonban nem nagyon félnek a statikus elektromosságtól, mivel a chip felületük viszonylag nagy, a parazita kapacitásuk viszonylag nagy, és nem könnyű nagy feszültséget felhalmozni. általános statikus beállításokban. Az alacsony teljesítményű MOS tranzisztorok hajlamosak az elektrosztatikus károsodásra vékony oxidrétegük és kis parazita kapacitásuk miatt. Általában a három elektróda csomagolás utáni rövidre zárása után hagyják el a gyárat. Használat közben gyakran el kell távolítani a rövid utat a hegesztés befejezése után. A nagy teljesítményű MOS tranzisztorok nagy chipfelülete miatt a szokásos statikus elektromosság nem károsítja őket. Így látni fogja, hogy a teljesítmény MOS tranzisztorok három elektródáját nem védik rövidzárlatok (a korai gyártók még a gyárból való kilépés előtt rövidre zárták őket).

Valójában egy LED-nek van egy diódája, és a területe nagyon nagy az IC-n belüli minden egyes komponenshez képest. Ezért a LED-ek parazita kapacitása viszonylag nagy. Ezért a statikus elektromosság általában nem károsítja a LED-eket.

Az elektrosztatikus elektromosság általános helyzetekben, különösen a szigetelőkön, nagy feszültségű lehet, de a kisülési töltés mértéke rendkívül kicsi, és a kisülési áram időtartama nagyon rövid. A vezetőn indukált elektrosztatikus töltés feszültsége nem lehet túl magas, de a kisülési áram nagy és gyakran folyamatos lehet. Ez nagyon káros az elektronikus alkatrészekre.

Miért károsítja a statikus elektromosság?LED chipeknem gyakran fordul elő

Kezdjük egy kísérleti jelenséggel. Egy fém vaslemez 500 V-os statikus elektromosságot hordoz. Helyezze a LED-et a fémlemezre (a következő problémák elkerülése érdekében ügyeljen az elhelyezési módra). Szerinted megsérül a LED? Itt a LED sérüléséhez általában nagyobb feszültséget kell alkalmazni, mint a letörési feszültsége, ami azt jelenti, hogy a LED mindkét elektródájának egyszerre kell érintkeznie a fémlemezzel, és nagyobb feszültséggel kell rendelkeznie, mint az áttörési feszültség. Mivel a vaslemez jó vezető, az indukált feszültség rajta egyenlő, az ún. 500 V feszültség pedig a földhöz viszonyítva. Ezért nincs feszültség a LED két elektródája között, és természetesen nem lesz károsodás. Hacsak nem érintkezik a LED egyik elektródájával egy vaslemezzel, és a másik elektródát egy vezetővel (kézzel vagy vezetékkel szigetelőkesztyű nélkül) csatlakoztatja a földhöz vagy más vezetékekhez.

A fenti kísérleti jelenség arra emlékeztet bennünket, hogy amikor egy LED elektrosztatikus térben van, az egyik elektródának érintkeznie kell az elektrosztatikus testtel, a másik elektródának pedig a testtel vagy más vezetőkkel, mielőtt megsérülhet. A tényleges gyártás és alkalmazás során a LED-ek kis mérete miatt ritkán van esély arra, hogy ilyesmi történjen, különösen tételesen. Véletlen események is előfordulhatnak. Például egy LED egy elektrosztatikus testen van, és az egyik elektróda érintkezik az elektrosztatikus testtel, míg a másik elektróda éppen felfüggesztve van. Ekkor valaki megérinti a felfüggesztett elektródát, ami károsíthatja aLED fény.

A fenti jelenség azt mutatja, hogy az elektrosztatikus problémákat nem lehet figyelmen kívül hagyni. Az elektrosztatikus kisüléshez vezető áramkör szükséges, és nem árt, ha statikus elektromosság van. Ha csak nagyon kis mennyiségű szivárgás lép fel, akkor a véletlen elektrosztatikus károsodás problémája jöhet szóba. Ha nagy mennyiségben fordul elő, akkor nagyobb valószínűséggel forgácsszennyeződés vagy stressz okozza a problémát.