Statiskās elektrības ģenerēšanas mehānisms

Parasti statiskā elektrība rodas berzes vai indukcijas dēļ.

Berzes statisko elektrību rada elektrisko lādiņu kustība, kas rodas divu objektu saskares, berzes vai atdalīšanas laikā. Statiskā elektrība, ko atstāj berze starp vadītājiem, parasti ir salīdzinoši vāja vadītāju spēcīgās vadītspējas dēļ. Berzes radītie joni ātri pārvietosies kopā un neitralizēsies berzes procesa laikā un beigās. Pēc izolatora berzes var rasties lielāks elektrostatiskais spriegums, bet lādiņa daudzums ir ļoti mazs. To nosaka paša izolatora fiziskā struktūra. Izolatora molekulārajā struktūrā elektroniem ir grūti brīvi pārvietoties no atoma kodola saistīšanās, tāpēc berzes rezultātā notiek tikai neliela molekulārā vai atoma jonizācija.

Induktīvā statiskā elektrība ir elektriskais lauks, ko veido elektronu kustība objektā elektromagnētiskā lauka iedarbībā, kad objekts atrodas elektriskā laukā. Induktīvo statisko elektrību parasti var radīt tikai vadītāji. Telpisko elektromagnētisko lauku ietekmi uz izolatoriem var ignorēt.

Elektrostatiskās izlādes mehānisms

Kāds ir iemesls, kāpēc 220 V tīkla elektrība var nogalināt cilvēkus, bet tūkstošiem voltu cilvēku nevar nogalināt? Spriegums pāri kondensatoram atbilst šādai formulai: U=Q/C. Saskaņā ar šo formulu, ja kapacitāte ir maza un lādiņa daudzums ir mazs, tiks ģenerēts augsts spriegums. "Parasti mūsu ķermeņu un apkārtējo objektu kapacitāte ir ļoti maza. Kad tiek ģenerēts elektriskais lādiņš, neliels elektriskā lādiņa daudzums var radīt arī augstu spriegumu.”. Nelielā elektriskā lādiņa dēļ, izlādējoties, ģenerētā strāva ir ļoti maza, un laiks ir ļoti īss. Spriegumu nevar uzturēt, un strāva samazinās ļoti īsā laikā. “Tā kā cilvēka ķermenis nav izolators, tad visā ķermenī uzkrātie statiskie lādiņi, kad ir izlādes ceļš, saplūst. Tāpēc ir sajūta, ka strāva ir lielāka un ir elektriskās strāvas trieciena sajūta.”. Pēc statiskās elektrības ģenerēšanas vadītājos, piemēram, cilvēku ķermeņos un metāla priekšmetos, izlādes strāva būs salīdzinoši liela.

Materiāliem ar labām izolācijas īpašībām viens ir tas, ka radītā elektriskā lādiņa daudzums ir ļoti mazs, un otrs ir tas, ka radītais elektriskais lādiņš ir grūti plūst. Lai gan spriegums ir augsts, ja kaut kur ir izlādes ceļš, tikai kontaktpunktā un nelielā diapazonā tuvumā var plūst un izlādēties lādiņš, savukārt bezkontakta punktā lādiņš nevar izlādēties. Tāpēc pat ar desmitiem tūkstošu voltu spriegumu arī izlādes enerģija ir niecīga.

Statiskās elektrības draudi elektroniskām sastāvdaļām

Statiskā elektrība var būt kaitīgaLEDs, ne tikai LED unikālais "patents", bet arī plaši izmantotas diodes un tranzistori, kas izgatavoti no silīcija materiāliem. Statiskā elektrība var sabojāt pat ēkas, kokus un dzīvniekus (zibens ir statiskās elektrības veids, un mēs to šeit neaplūkosim).

Tātad, kā statiskā elektrība bojā elektroniskās sastāvdaļas? Es nevēlos iet pārāk tālu, runājot tikai par pusvadītāju ierīcēm, bet arī tikai diodēm, tranzistoriem, IC un gaismas diodēm.

Elektrības radītie bojājumi pusvadītāju komponentiem galu galā ir saistīti ar strāvu. Elektriskās strāvas ietekmē ierīce tiek bojāta karstuma dēļ. Ja ir strāva, jābūt spriegumam. Tomēr pusvadītāju diodēm ir PN pārejas, kuru sprieguma diapazons bloķē strāvu gan uz priekšu, gan atpakaļ. Priekšējā potenciāla barjera ir zema, savukārt reversā potenciāla barjera ir daudz augstāka. Ķēdē, kur pretestība ir augsta, spriegums ir koncentrēts. Bet gaismas diodēm, kad spriegums tiek pievadīts uz priekšu gaismas diodei, kad ārējais spriegums ir mazāks par diodes sliekšņa spriegumu (atbilst materiāla joslas spraugas platumam), tiešās strāvas nav, un spriegums tiek pievadīts PN krustojums. Kad spriegums tiek pievadīts LED apgrieztā secībā, kad ārējais spriegums ir mazāks par gaismas diodes reversās bojājuma spriegumu, spriegums tiek pilnībā pielietots arī PN savienojumam. Šajā laikā nav sprieguma krituma ne LED bojātajā lodēšanas savienojumā, ne kronšteinā, ne P zonā, ne N zonā! Jo nav strāvas. Pēc PN krustojuma nojaukšanas ārējais spriegums tiek dalīts ar visiem ķēdes rezistoriem. Ja pretestība ir augsta, daļai ir augsts spriegums. Kas attiecas uz gaismas diodēm, ir dabiski, ka PN pāreja nes lielāko daļu sprieguma. PN krustojumā ģenerētā siltumenerģija ir sprieguma kritums, kas reizināts ar pašreizējo vērtību. Ja pašreizējā vērtība nav ierobežota, pārmērīgs karstums izdegs PN savienojumu, kas zaudēs savu funkciju un iekļūst.

Kāpēc IC salīdzinoši baidās no statiskās elektrības? Tā kā katra komponenta laukums IC ir ļoti mazs, arī katra komponenta parazitārā kapacitāte ir ļoti maza (bieži ķēdes funkcijai ir nepieciešama ļoti maza parazitārā kapacitāte). Tāpēc neliels elektrostatiskā lādiņa daudzums radīs augstu elektrostatisko spriegumu, un katras sastāvdaļas jaudas tolerance parasti ir ļoti maza, tāpēc elektrostatiskā izlāde var viegli sabojāt IC. Taču parastās diskrētās sastāvdaļas, piemēram, parastās mazās jaudas diodes un mazie jaudas tranzistori, ļoti nebaidās no statiskās elektrības, jo to mikroshēmas laukums ir salīdzinoši liels un to parazitārā kapacitāte ir salīdzinoši liela, kā arī nav viegli uzkrāt augstus spriegumus. tos vispārējos statiskajos iestatījumos. Mazjaudas MOS tranzistori ir pakļauti elektrostatiskiem bojājumiem to plānā oksīda slāņa un mazās parazitārās kapacitātes dēļ. Parasti tās atstāj rūpnīcu pēc trīs elektrodu īssavienojuma pēc iepakošanas. Lietojot, bieži vien ir nepieciešams noņemt īso ceļu pēc metināšanas pabeigšanas. Lieljaudas MOS tranzistoru lielās mikroshēmas laukuma dēļ parastā statiskā elektrība tos nesabojās. Tātad jūs redzēsiet, ka trīs jaudas MOS tranzistoru elektrodi nav aizsargāti ar īssavienojumiem (agrīnie ražotāji tos joprojām īssavienoja pirms rūpnīcas izvešanas).

LED patiesībā ir diode, un tās laukums ir ļoti liels attiecībā pret katru IC komponentu. Tāpēc gaismas diožu parazitārā kapacitāte ir salīdzinoši liela. Tāpēc statiskā elektrība vispārējās situācijās nevar sabojāt gaismas diodes.

Elektrostatiskajai elektrībai vispārīgās situācijās, īpaši uz izolatoriem, var būt augsts spriegums, taču izlādes lādiņa apjoms ir ārkārtīgi mazs, un izlādes strāvas ilgums ir ļoti īss. Uz vadītāja inducētā elektrostatiskā lādiņa spriegums var nebūt ļoti augsts, bet izlādes strāva var būt liela un bieži vien nepārtraukta. Tas ir ļoti kaitīgs elektroniskajiem komponentiem.

Kāpēc statiskā elektrība sabojājasLED mikroshēmasnenotiek bieži

Sāksim ar eksperimentālu parādību. Metāla dzelzs plāksne nes 500 V statisko elektrību. Novietojiet LED uz metāla plāksnes (pievērsiet uzmanību izvietošanas metodei, lai izvairītos no šādām problēmām). Vai jūs domājat, ka gaismas diode tiks bojāta? Šeit, lai sabojātu LED, tas parasti jāpieliek ar spriegumu, kas ir lielāks par tā pārrāvuma spriegumu, kas nozīmē, ka abiem LED elektrodiem vienlaikus jāsaskaras ar metāla plāksni un jābūt lielākam par pārrāvuma spriegumu. Tā kā dzelzs plāksne ir labs vadītājs, inducētais spriegums pāri ir vienāds, un tā sauktais 500 V spriegums ir attiecībā pret zemi. Tāpēc starp diviem LED elektrodiem nav sprieguma, un, protams, nebūs bojājumu. Ja vien jūs nesaskarsities ar vienu LED elektrodu ar dzelzs plāksni, bet otru elektrodu ar vadītāju (roku vai vadu bez izolācijas cimdiem) savienojat ar zemējumu vai citiem vadītājiem.

Iepriekš minētā eksperimentālā parādība mums atgādina, ka tad, kad gaismas diode atrodas elektrostatiskā laukā, vienam elektrodam ir jāsaskaras ar elektrostatisko korpusu, bet otram elektrodam ir jāsaskaras ar zemi vai citiem vadītājiem, pirms tas var tikt bojāts. Faktiskā ražošanā un lietošanā, ņemot vērā gaismas diožu mazo izmēru, reti ir iespēja, ka šādas lietas notiks, īpaši partijās. Iespējami nejauši notikumi. Piemēram, gaismas diode atrodas uz elektrostatiskā korpusa, un viens elektrods saskaras ar elektrostatisko korpusu, bet otrs elektrods ir vienkārši piekārts. Šajā laikā kāds pieskaras piekārtajam elektrodam, kas var sabojāt elektroduLED gaisma.

Iepriekš minētā parādība liecina, ka elektrostatiskās problēmas nevar ignorēt. Elektrostatiskajai izlādei ir nepieciešama vadoša ķēde, un statiskā elektrība nekaitē. Ja rodas tikai ļoti neliela noplūde, var apsvērt nejaušu elektrostatisko bojājumu problēmu. Ja tas notiek lielos daudzumos, visticamāk, tā ir skaidu piesārņojuma vai stresa problēma.