Mekanisme penjanaan elektrik statik

Biasanya, elektrik statik terhasil akibat geseran atau aruhan.

Elektrik statik geseran dijana oleh pergerakan cas elektrik yang dijana semasa sentuhan, geseran, atau pemisahan antara dua objek. Elektrik statik yang ditinggalkan oleh geseran antara konduktor biasanya agak lemah, disebabkan oleh kekonduksian kuat konduktor. Ion yang dihasilkan oleh geseran akan cepat bergerak bersama dan meneutralkan semasa dan pada akhir proses geseran. Selepas geseran penebat, voltan elektrostatik yang lebih tinggi mungkin dihasilkan, tetapi jumlah cas adalah sangat kecil. Ini ditentukan oleh struktur fizikal penebat itu sendiri. Dalam struktur molekul penebat, sukar bagi elektron untuk bergerak bebas bebas daripada pengikatan nukleus atom, jadi geseran hanya menghasilkan sejumlah kecil pengionan molekul atau atom.

Elektrik statik induktif ialah medan elektrik yang terbentuk oleh pergerakan elektron dalam objek di bawah tindakan medan elektromagnet apabila objek berada dalam medan elektrik. Elektrik statik induktif secara amnya hanya boleh dijana pada konduktor. Kesan medan elektromagnet spatial pada penebat boleh diabaikan.

Mekanisme pelepasan elektrostatik

Apakah sebab mengapa elektrik sesalur 220V boleh membunuh orang, tetapi beribu-ribu volt pada orang tidak boleh membunuh mereka? Voltan merentasi kapasitor memenuhi formula berikut: U=Q/C. Mengikut formula ini, apabila kapasitansi kecil dan jumlah cas adalah kecil, voltan tinggi akan dijana. "Biasanya, kapasiti badan dan objek di sekeliling kita adalah sangat kecil. Apabila cas elektrik dijana, sedikit cas elektrik juga boleh menghasilkan voltan tinggi.”. Oleh kerana jumlah cas elektrik yang kecil, semasa menyahcas, arus yang dihasilkan adalah sangat kecil, dan masanya sangat singkat. Voltan tidak dapat dikekalkan, dan arus turun dalam masa yang sangat singkat. “Oleh kerana tubuh manusia bukan penebat, cas statik yang terkumpul di seluruh badan, apabila terdapat laluan pelepasan, akan berkumpul. Oleh itu, rasanya arus semakin tinggi dan ada rasa renjatan elektrik.”. Selepas elektrik statik dijana dalam konduktor seperti badan manusia dan objek logam, arus nyahcas akan menjadi agak besar.

Untuk bahan yang mempunyai sifat penebat yang baik, satu ialah jumlah cas elektrik yang dihasilkan adalah sangat kecil, dan satu lagi ialah cas elektrik yang dihasilkan sukar untuk mengalir. Walaupun voltan tinggi, apabila terdapat laluan nyahcas di suatu tempat, hanya cas pada titik sentuhan dan dalam julat kecil berdekatan boleh mengalir dan nyahcas, manakala cas pada titik bukan sentuhan tidak boleh dinyahcas. Oleh itu, walaupun dengan voltan puluhan ribu volt, tenaga nyahcas juga boleh diabaikan.

Bahaya elektrik statik kepada komponen elektronik

Elektrik statik boleh memudaratkanLEDs, bukan sahaja "paten" unik LED, tetapi juga diod dan transistor yang biasa digunakan yang diperbuat daripada bahan silikon. Malah bangunan, pokok dan haiwan boleh dirosakkan oleh elektrik statik (kilat ialah satu bentuk elektrik statik, dan kami tidak akan menganggapnya di sini).

Jadi, bagaimanakah elektrik statik merosakkan komponen elektronik? Saya tidak mahu pergi terlalu jauh, hanya bercakap tentang peranti semikonduktor, tetapi juga terhad kepada diod, transistor, IC dan LED.

Kerosakan yang disebabkan oleh elektrik kepada komponen semikonduktor akhirnya melibatkan arus. Di bawah tindakan arus elektrik, peranti itu rosak akibat haba. Jika ada arus, mesti ada voltan. Walau bagaimanapun, diod semikonduktor mempunyai persimpangan PN, yang mempunyai julat voltan yang menyekat arus kedua-dua arah ke hadapan dan ke belakang. Halangan potensi hadapan adalah rendah, manakala halangan potensi songsang jauh lebih tinggi. Dalam litar, di mana rintangannya tinggi, voltannya tertumpu. Tetapi untuk LED, apabila voltan digunakan ke hadapan ke LED, apabila voltan luaran kurang daripada voltan ambang diod (bersamaan dengan lebar jurang jalur bahan), tiada arus ke hadapan, dan voltan semuanya digunakan untuk simpang PN. Apabila voltan digunakan pada LED secara terbalik, apabila voltan luaran kurang daripada voltan pecahan terbalik LED, voltan juga digunakan pada persimpangan PN sepenuhnya. Pada masa ini, tiada penurunan voltan sama ada pada sambungan pateri LED, pendakap, kawasan P atau kawasan N yang rosak! Kerana tiada arus. Selepas simpang PN dipecahkan, voltan luaran dikongsi oleh semua perintang pada litar. Di mana rintangannya tinggi, voltan yang ditanggung oleh bahagian tersebut adalah tinggi. Setakat LED berkenaan, adalah wajar bahawa persimpangan PN menanggung sebahagian besar voltan. Kuasa terma yang dijana di persimpangan PN ialah penurunan voltan merentasinya didarab dengan nilai semasa. Jika nilai semasa tidak terhad, haba yang berlebihan akan membakar simpang PN, yang akan kehilangan fungsinya dan menembusi.

Mengapakah IC agak takut kepada elektrik statik? Oleh kerana luas setiap komponen dalam IC adalah sangat kecil, kapasiti parasit setiap komponen juga sangat kecil (selalunya fungsi litar memerlukan kapasiti parasit yang sangat kecil). Oleh itu, sejumlah kecil cas elektrostatik akan menghasilkan voltan elektrostatik yang tinggi, dan toleransi kuasa setiap komponen biasanya sangat kecil, jadi nyahcas elektrostatik boleh merosakkan IC dengan mudah. Walau bagaimanapun, komponen diskret biasa, seperti diod kuasa kecil biasa dan transistor kuasa kecil, tidak begitu takut kepada elektrik statik, kerana kawasan cipnya agak besar dan kapasiti parasitnya agak besar, dan tidak mudah untuk mengumpul voltan tinggi pada mereka dalam tetapan statik umum. Transistor MOS kuasa rendah terdedah kepada kerosakan elektrostatik kerana lapisan oksida pintu nipis dan kapasiti parasit yang kecil. Mereka biasanya meninggalkan kilang selepas litar pintas ketiga-tiga elektrod selepas pembungkusan. Semasa digunakan, selalunya diperlukan untuk mengalih keluar laluan pendek selepas kimpalan selesai. Oleh kerana kawasan cip besar transistor MOS berkuasa tinggi, elektrik statik biasa tidak akan merosakkannya. Jadi anda akan melihat bahawa tiga elektrod transistor MOS kuasa tidak dilindungi oleh litar pintas (pengilang awal masih melakukan litar pintas sebelum meninggalkan kilang).

LED sebenarnya mempunyai diod, dan kawasannya sangat besar berbanding setiap komponen dalam IC. Oleh itu, kapasiti parasit LED adalah agak besar. Oleh itu, elektrik statik dalam situasi umum tidak boleh merosakkan LED.

Elektrik elektrostatik dalam situasi umum, terutamanya pada penebat, boleh mempunyai voltan tinggi, tetapi jumlah cas nyahcas adalah sangat kecil, dan tempoh arus nyahcas adalah sangat singkat. Voltan cas elektrostatik yang teraruh pada konduktor mungkin tidak terlalu tinggi, tetapi arus nyahcas mungkin besar dan selalunya berterusan. Ini sangat berbahaya kepada komponen elektronik.

Mengapa elektrik statik merosakkanCip LEDtidak kerap berlaku

Mari kita mulakan dengan fenomena eksperimen. Plat besi logam membawa elektrik statik 500V. Letakkan LED pada plat logam (perhatikan kaedah peletakan untuk mengelakkan masalah berikut). Adakah anda fikir LED akan rosak? Di sini, untuk merosakkan LED, ia biasanya perlu digunakan dengan voltan yang lebih besar daripada voltan pecahnya, yang bermaksud bahawa kedua-dua elektrod LED harus secara serentak menghubungi plat logam dan mempunyai voltan yang lebih besar daripada voltan pecahan. Oleh kerana plat besi adalah konduktor yang baik, voltan teraruh merentasinya adalah sama, dan apa yang dipanggil voltan 500V adalah relatif kepada tanah. Oleh itu, tiada voltan antara dua elektrod LED, dan secara semula jadi tidak akan ada kerosakan. Melainkan anda menghubungi satu elektrod LED dengan plat besi, dan menyambungkan elektrod lain dengan konduktor (tangan atau wayar tanpa sarung tangan penebat) ke tanah atau konduktor lain.

Fenomena eksperimen di atas mengingatkan kita bahawa apabila LED berada dalam medan elektrostatik, satu elektrod mesti menghubungi badan elektrostatik, dan elektrod lain mesti menghubungi tanah atau konduktor lain sebelum ia boleh rosak. Dalam pengeluaran dan aplikasi sebenar, dengan saiz LED yang kecil, jarang sekali terdapat kemungkinan perkara sedemikian akan berlaku, terutamanya dalam kelompok. Kejadian tidak sengaja mungkin berlaku. Sebagai contoh, LED berada pada badan elektrostatik, dan satu elektrod menghubungi badan elektrostatik, manakala elektrod lain hanya digantung. Pada masa ini, seseorang menyentuh elektrod terampai, yang boleh merosakkanLampu LED.

Fenomena di atas memberitahu kita bahawa masalah elektrostatik tidak boleh diabaikan. Nyahcas elektrostatik memerlukan litar konduktif, dan tidak ada salahnya jika terdapat elektrik statik. Apabila hanya sejumlah kecil kebocoran berlaku, masalah kerosakan elektrostatik yang tidak disengajakan boleh dipertimbangkan. Jika ia berlaku dalam kuantiti yang banyak, ia lebih berkemungkinan menjadi masalah pencemaran cip atau tekanan.