Механизам за генерирање на статички електрицитет

Вообичаено, статичкиот електрицитет се создава поради триење или индукција.

Статичкиот електрицитет на триење се создава со движење на електрични полнежи создадени за време на контакт, триење или одвојување помеѓу два објекти. Статичкиот електрицитет оставен од триењето помеѓу проводниците обично е релативно слаб, поради силната спроводливост на проводниците. Јоните генерирани од триење брзо ќе се движат заедно и ќе се неутрализираат за време и на крајот на процесот на триење. По триењето на изолаторот, може да се генерира повисок електростатички напон, но количината на полнење е многу мала. Ова се одредува според физичката структура на самиот изолатор. Во молекуларната структура на изолаторот, тешко е електроните да се движат слободно од врзувањето на атомското јадро, така што триењето резултира со само мала количина на молекуларна или атомска јонизација.

Индуктивниот статички електрицитет е електрично поле формирано од движењето на електроните во објектот под дејство на електромагнетно поле кога објектот е во електрично поле. Индуктивниот статички електрицитет генерално може да се генерира само на проводници. Ефектот на просторните електромагнетни полиња врз изолаторите може да се игнорира.

Механизам за електростатско празнење

Која е причината зошто електричната мрежа од 220 V може да убие луѓе, но илјадници волти на луѓето не можат да ги убијат? Напонот преку кондензаторот ја исполнува следната формула: U=Q/C. Според оваа формула, кога капацитетот е мал, а количината на полнење е мала, ќе се генерира висок напон. „Обично, капацитетот на нашите тела и предмети околу нас е многу мал. Кога се генерира електричен полнеж, мала количина електричен полнеж може да генерира и висок напон“. Поради малата количина на електричен полнеж, при празнење, генерираната струја е многу мала, а времето е многу кратко. Напонот не може да се одржи, а струјата паѓа за исклучително кратко време. „Бидејќи човечкото тело не е изолатор, статичките полнежи акумулирани низ телото, кога има патека за празнење, ќе се спојат. Затоа, се чувствува како струјата да е поголема и има чувство на електричен удар.“ Откако ќе се создаде статички електрицитет во проводниците како што се човечки тела и метални предмети, струјата на празнење ќе биде релативно голема.

За материјали со добри изолациони својства, едното е дека количината на генериран електричен полнеж е многу мала, а другата е дека генерираниот електричен полнеж тешко тече. Иако напонот е висок, кога некаде има патека за празнење, само полнењето на допирната точка и во мал опсег во близина може да тече и да се испушти, додека полнењето во непоконтактната точка не може да се испразни. Затоа, дури и со напон од десетици илјади волти, енергијата на празнење е исто така занемарлива.

Опасности од статички електрицитет за електронските компоненти

Статичкиот електрицитет може да биде штетен заLEDs, не само единствениот „патент“ на LED, туку и најчесто користените диоди и транзистори направени од силиконски материјали. Дури и зградите, дрвјата и животните можат да бидат оштетени од статички електрицитет (молњата е форма на статички електрицитет и нема да го разгледаме овде).

Значи, како статичкиот електрицитет ги оштетува електронските компоненти? Не сакам да одам предалеку, само да зборувам за полупроводнички уреди, но исто така ограничен на диоди, транзистори, IC и LED диоди.

Штетата предизвикана од електрична енергија на полупроводничките компоненти на крајот вклучува струја. Под дејство на електрична струја, уредот се оштетува поради топлина. Ако има струја, мора да има напон. Сепак, полупроводничките диоди имаат PN спојници, кои имаат опсег на напон што ја блокира струјата и во напред и во обратна насока. Напредната потенцијална бариера е ниска, додека обратната потенцијална бариера е многу повисока. Во коло, каде што отпорот е висок, напонот е концентриран. Но, за LED диоди, кога напонот се применува напред кон ЛЕР, кога надворешниот напон е помал од напонот на прагот на диодата (што одговара на ширината на јазот на материјалот), нема напредна струја, а напонот се применува на ПН спојот. Кога напонот се применува на ЛЕР во обратна насока, кога надворешниот напон е помал од обратниот пробивен напон на ЛЕР, напонот се применува и на PN-спојот целосно. Во овој момент, нема пад на напон ниту во неисправниот спој за лемење на ЛЕР, држачот, областа P или областа N! Затоа што нема струја. Откако ќе се распадне PN спојот, надворешниот напон го делат сите отпорници на колото. Онаму каде што отпорот е висок, напонот што го носи делот е висок. Што се однесува до LED диоди, природно е што PN спојот носи најголем дел од напонот. Топлинската моќност генерирана на PN спојот е падот на напонот преку него помножен со сегашната вредност. Ако сегашната вредност не е ограничена, прекумерната топлина ќе го изгори PN спојот, кој ќе ја изгуби својата функција и ќе навлезе.

Зошто ИЦ релативно се плашат од статички електрицитет? Бидејќи површината на секоја компонента во ИЦ е многу мала, паразитската капацитивност на секоја компонента е исто така многу мала (често функцијата на колото бара многу мала паразитска капацитивност). Затоа, мала количина на електростатско полнење ќе генерира висок електростатички напон, а толеранцијата на моќноста на секоја компонента е обично многу мала, така што електростатското празнење лесно може да го оштети ИЦ. Сепак, обичните дискретни компоненти, како што се обичните диоди со мала моќност и транзистори со мала моќност, не се плашат многу од статички електрицитет, бидејќи нивната површина на чипови е релативно голема и нивната паразитска капацитивност е релативно голема и не е лесно да се акумулираат високи напони на нив во општи статични поставки. MOS транзисторите со мала моќност се склони кон електростатско оштетување поради нивниот тенок оксиден слој на портата и малата паразитска капацитивност. Тие обично ја напуштаат фабриката по краток спој на трите електроди по пакувањето. Во употреба, често се бара да се отстрани краткиот пат по завршувањето на заварувањето. Поради големата површина на чиповите на MOS транзисторите со голема моќност, обичниот статички електрицитет нема да ги оштети. Така ќе видите дека трите електроди на моќните MOS транзистори не се заштитени со кратки споеви (раните производители сè уште ги кратки спојувања пред да ја напуштат фабриката).

ЛЕД всушност има диода, а неговата површина е многу голема во однос на секоја компонента во ИЦ. Затоа, паразитскиот капацитет на LED диоди е релативно голем. Затоа, статичкиот електрицитет во општи ситуации не може да ги оштети LED диодите.

Електростатскиот електрицитет во општи ситуации, особено на изолаторите, може да има висок напон, но количината на полнење за празнење е исклучително мала, а времетраењето на струјата на празнење е многу кратко. Напонот на електростатското полнење индуциран на проводникот можеби не е многу висок, но струјата на празнење може да биде голема и често континуирана. Ова е многу штетно за електронските компоненти.

Зошто штети статичкиот електрицитетLED чиповине се јавуваат често

Да почнеме со експериментален феномен. Метална железна плоча носи статички електрицитет од 500 V. Ставете ја ЛЕР на металната плоча (обрнете внимание на начинот на поставување за да ги избегнете следните проблеми). Дали мислите дека ЛЕР ќе се оштети? Овде, за да се оштети ЛЕР, обично треба да се примени со напон поголем од неговиот пробивен напон, што значи дека двете електроди на ЛЕР треба истовремено да контактираат со металната плоча и да имаат напон поголем од пробивниот напон. Бидејќи железната плоча е добар проводник, индуцираниот напон преку неа е еднаков, а таканаречениот напон од 500 V е во однос на земјата. Затоа, нема напон помеѓу двете електроди на ЛЕР, и природно нема да има оштетувања. Освен ако не контактирате една електрода од ЛЕР со железна плоча, а другата електрода не ја поврзете со проводник (рака или жица без изолациски ракавици) со заземјување или други проводници.

Горенаведениот експериментален феномен нè потсетува дека кога LED е во електростатско поле, едната електрода мора да контактира со електростатското тело, а другата електрода мора да контактира со земјата или другите проводници пред да може да се оштети. Во вистинското производство и примена, со малата големина на LED диоди, ретко постои шанса да се случат такви работи, особено во серии. Можни се случајни настани. На пример, ЛЕР е на електростатско тело, а едната електрода контактира со електростатското тело, додека другата електрода е само суспендирана. Во тоа време, некој ја допира суспендираната електрода, што може да ја оштетиLED светло.

Горенаведениот феномен ни кажува дека електростатските проблеми не можат да се игнорираат. Електростатското празнење бара проводно коло и нема штета ако има статички електрицитет. Кога ќе се појави само многу мала количина на истекување, може да се разгледа проблемот со случајно електростатско оштетување. Ако се појави во големи количини, поверојатно е дека е проблем со контаминација на чипови или стрес.