Opwekkingsmechanisme van statische elektriciteit

Meestal wordt statische elektriciteit gegenereerd als gevolg van wrijving of inductie.

Wrijvingsstatische elektriciteit wordt gegenereerd door de beweging van elektrische ladingen die worden gegenereerd tijdens contact, wrijving of scheiding tussen twee objecten. De statische elektriciteit die ontstaat door wrijving tussen geleiders is doorgaans relatief zwak, vanwege de sterke geleidbaarheid van de geleiders. De door wrijving gegenereerde ionen zullen snel samen bewegen en neutraliseren tijdens en aan het einde van het wrijvingsproces. Na wrijving van de isolator kan een hogere elektrostatische spanning worden gegenereerd, maar de hoeveelheid lading is zeer klein. Dit wordt bepaald door de fysieke structuur van de isolator zelf. In de moleculaire structuur van een isolator is het moeilijk voor elektronen om vrij te bewegen, vrij van de binding van de atoomkern, dus wrijving resulteert in slechts een kleine hoeveelheid moleculaire of atomaire ionisatie.

Inductieve statische elektriciteit is een elektrisch veld dat wordt gevormd door de beweging van elektronen in een object onder invloed van een elektromagnetisch veld wanneer het object zich in een elektrisch veld bevindt. Inductieve statische elektriciteit kan doorgaans alleen op geleiders worden opgewekt. Het effect van ruimtelijke elektromagnetische velden op isolatoren kan worden genegeerd.

Elektrostatisch ontladingsmechanisme

Wat is de reden waarom elektriciteit van 220V elektriciteit mensen kan doden, maar duizenden volts op mensen niet? De spanning over de condensator voldoet aan de volgende formule: U=Q/C. Volgens deze formule zal er, wanneer de capaciteit klein is en de hoeveelheid lading klein is, een hoge spanning worden gegenereerd. “Gewoonlijk is de capaciteit van onze lichamen en objecten om ons heen erg klein. Wanneer een elektrische lading wordt gegenereerd, kan een kleine hoeveelheid elektrische lading ook een hoge spanning genereren.”. Vanwege de kleine hoeveelheid elektrische lading is de gegenereerde stroom bij het ontladen erg klein en is de tijd erg kort. De spanning kan niet worden gehandhaafd en de stroom daalt in extreem korte tijd. “Omdat het menselijk lichaam geen isolator is, zullen de statische ladingen die zich door het hele lichaam ophopen, wanneer er een ontladingspad is, convergeren. Daarom voelt het alsof de stroom hoger is en er een gevoel van elektrische schok is.”. Nadat statische elektriciteit is opgewekt in geleiders zoals menselijke lichamen en metalen voorwerpen, zal de ontlaadstroom relatief groot zijn.

Voor materialen met goede isolatie-eigenschappen is de ene reden dat de hoeveelheid gegenereerde elektrische lading erg klein is, en de andere is dat de gegenereerde elektrische lading moeilijk kan stromen. Hoewel de spanning hoog is, kan, als er ergens een ontladingspad is, alleen de lading op het contactpunt en binnen een klein bereik in de buurt stromen en ontladen, terwijl de lading op het niet-contactpunt niet kan ontladen. Daarom is zelfs bij een spanning van tienduizenden volt de ontladingsenergie verwaarloosbaar.

Gevaren van statische elektriciteit voor elektronische componenten

Statische elektriciteit kan schadelijk zijn voorLEDs, niet alleen het unieke “patent” van LED, maar ook veelgebruikte diodes en transistors gemaakt van siliciummaterialen. Zelfs gebouwen, bomen en dieren kunnen beschadigd raken door statische elektriciteit (bliksem is een vorm van statische elektriciteit, en daar gaan we hier niet verder op in).

Hoe beschadigt statische elektriciteit elektronische componenten? Ik wil niet te ver gaan, ik heb het alleen over halfgeleiderapparaten, maar ook beperkt tot diodes, transistors, IC's en LED's.

Bij de schade die elektriciteit aan halfgeleidercomponenten veroorzaakt, gaat het uiteindelijk om stroom. Onder invloed van elektrische stroom wordt het apparaat beschadigd door hitte. Als er stroom is, moet er ook spanning zijn. Halfgeleiderdiodes hebben echter PN-overgangen, die een spanningsbereik hebben dat de stroom zowel in de voorwaartse als de achterwaartse richting blokkeert. De voorwaartse potentiële barrière is laag, terwijl de omgekeerde potentiële barrière veel hoger is. In een circuit waar de weerstand hoog is, is de spanning geconcentreerd. Maar voor LED's, wanneer de spanning voorwaarts op de LED wordt toegepast, wanneer de externe spanning lager is dan de drempelspanning van de diode (overeenkomend met de bandbreedte van de materiële bandbreedte), is er geen voorwaartse stroom en wordt de spanning allemaal toegepast op de PN-overgang. Wanneer de spanning omgekeerd op de LED wordt aangelegd, wanneer de externe spanning lager is dan de omgekeerde doorslagspanning van de LED, wordt de spanning ook volledig op de PN-overgang aangelegd. Op dit moment is er geen spanningsverlies in de defecte soldeerverbinding van de LED, de beugel, het P-gebied of het N-gebied! Omdat er geen stroming is. Nadat de PN-overgang is verbroken, wordt de externe spanning gedeeld door alle weerstanden in het circuit. Waar de weerstand hoog is, is de spanning die door het onderdeel wordt gedragen hoog. Wat LED's betreft, is het normaal dat de PN-overgang het grootste deel van de spanning draagt. Het thermische vermogen dat wordt gegenereerd op de PN-overgang is de spanningsval erover vermenigvuldigd met de huidige waarde. Als de huidige waarde niet wordt beperkt, zal overmatige hitte de PN-overgang doorbranden, waardoor deze zijn functie verliest en doordringt.

Waarom zijn IC's relatief bang voor statische elektriciteit? Omdat het oppervlak van elke component in een IC erg klein is, is de parasitaire capaciteit van elke component ook erg klein (vaak vereist de circuitfunctie een zeer kleine parasitaire capaciteit). Daarom zal een kleine hoeveelheid elektrostatische lading een hoge elektrostatische spanning genereren, en de vermogenstolerantie van elke component is meestal erg klein, zodat elektrostatische ontlading het IC gemakkelijk kan beschadigen. Gewone discrete componenten, zoals gewone kleine vermogensdiodes en kleine vermogenstransistoren, zijn echter niet erg bang voor statische elektriciteit, omdat hun chipoppervlak relatief groot is en hun parasitaire capaciteit relatief groot, en het niet eenvoudig is om hoge spanningen op te bouwen. ze in algemene statische instellingen. MOS-transistoren met laag vermogen zijn gevoelig voor elektrostatische schade vanwege hun dunne poortoxidelaag en kleine parasitaire capaciteit. Meestal verlaten ze de fabriek nadat ze na het verpakken de drie elektroden hebben kortgesloten. Bij gebruik is het vaak nodig om de korte route te verwijderen nadat het lassen is voltooid. Vanwege het grote chipoppervlak van krachtige MOS-transistors zal gewone statische elektriciteit deze niet beschadigen. Je zult dus zien dat de drie elektroden van vermogens-MOS-transistoren niet worden beschermd door kortsluiting (vroege fabrikanten hebben ze nog kortgesloten voordat ze de fabriek verlieten).

Een LED heeft eigenlijk een diode en het oppervlak ervan is erg groot in verhouding tot elke component binnen het IC. Daarom is de parasitaire capaciteit van LED's relatief groot. Daarom kan statische elektriciteit in algemene situaties LED's niet beschadigen.

Elektrostatische elektriciteit kan in algemene situaties, vooral op isolatoren, een hoge spanning hebben, maar de hoeveelheid ontlaadlading is extreem klein en de duur van de ontlaadstroom is erg kort. De spanning van de op de geleider geïnduceerde elektrostatische lading hoeft niet erg hoog te zijn, maar de ontlaadstroom kan groot en vaak continu zijn. Dit is zeer schadelijk voor elektronische componenten.

Waarom veroorzaakt statische elektriciteit schade?LED-chipsniet vaak voorkomen

Laten we beginnen met een experimenteel fenomeen. Een metalen ijzeren plaat transporteert 500V statische elektriciteit. Plaats de LED op de metalen plaat (let op de plaatsingsmethode om de volgende problemen te voorkomen). Denkt u dat de LED beschadigd zal raken? Om een ​​LED te beschadigen, moet deze hier gewoonlijk worden aangelegd met een spanning die groter is dan de doorslagspanning, wat betekent dat beide elektroden van de LED tegelijkertijd contact moeten maken met de metalen plaat en een spanning moeten hebben die groter is dan de doorslagspanning. Omdat de ijzeren plaat een goede geleider is, is de geïnduceerde spanning erover gelijk en is de zogenaamde 500V-spanning relatief ten opzichte van de aarde. Daarom is er geen spanning tussen de twee elektroden van de LED en zal er uiteraard geen schade optreden. Tenzij je één elektrode van een LED in contact brengt met een ijzeren plaat, en de andere elektrode met een geleider (hand of draad zonder isolerende handschoenen) verbindt met aarde of andere geleiders.

Het bovenstaande experimentele fenomeen herinnert ons eraan dat wanneer een LED zich in een elektrostatisch veld bevindt, één elektrode contact moet maken met het elektrostatische lichaam en de andere elektrode contact moet maken met de aarde of andere geleiders voordat deze kan worden beschadigd. Bij de daadwerkelijke productie en toepassing is er, gezien het kleine formaat van LED's, zelden een kans dat dergelijke dingen zullen gebeuren, vooral niet in batches. Toevallige gebeurtenissen zijn mogelijk. Een LED bevindt zich bijvoorbeeld op een elektrostatisch lichaam en de ene elektrode maakt contact met het elektrostatische lichaam, terwijl de andere elektrode net hangt. Op dat moment raakt iemand de hangende elektrode aan, waardoor deze kan beschadigenLED-licht.

Het bovenstaande fenomeen vertelt ons dat elektrostatische problemen niet kunnen worden genegeerd. Voor elektrostatische ontlading is een geleidend circuit nodig, en het kan geen kwaad als er sprake is van statische elektriciteit. Wanneer er slechts een zeer kleine hoeveelheid lekkage optreedt, kan het probleem van accidentele elektrostatische schade worden overwogen. Als het in grote hoeveelheden voorkomt, is de kans groter dat het een probleem is van chipvervuiling of stress.