Meccanismo di generazione dell'elettricità statica

Di solito, l'elettricità statica viene generata a causa dell'attrito o dell'induzione.

L'elettricità statica frizionale è generata dal movimento di cariche elettriche generate durante il contatto, l'attrito o la separazione tra due oggetti. L'elettricità statica lasciata dall'attrito tra i conduttori è solitamente relativamente debole, a causa della forte conduttività dei conduttori. Gli ioni generati dall'attrito si sposteranno rapidamente insieme e si neutralizzeranno durante e alla fine del processo di attrito. Dopo l'attrito dell'isolante, può essere generata una tensione elettrostatica più elevata, ma la quantità di carica è molto piccola. Ciò è determinato dalla struttura fisica dell'isolante stesso. Nella struttura molecolare di un isolante, è difficile per gli elettroni muoversi liberamente liberi dal legame del nucleo atomico, quindi l'attrito provoca solo una piccola quantità di ionizzazione molecolare o atomica.

L'elettricità statica induttiva è un campo elettrico formato dal movimento degli elettroni in un oggetto sotto l'azione di un campo elettromagnetico quando l'oggetto si trova in un campo elettrico. L'elettricità statica induttiva può generalmente essere generata solo su conduttori. L'effetto dei campi elettromagnetici spaziali sugli isolanti può essere ignorato.

Meccanismo di scarica elettrostatica

Qual è il motivo per cui l'elettricità di rete a 220 V può uccidere le persone, ma migliaia di volt sulle persone non possono ucciderle? La tensione ai capi del condensatore soddisfa la seguente formula: U=Q/C. Secondo questa formula, quando la capacità e la quantità di carica sono piccole, verrà generata un'alta tensione. “Di solito, la capacità dei nostri corpi e degli oggetti intorno a noi è molto piccola. Quando viene generata una carica elettrica, una piccola quantità di carica elettrica può anche generare un’alta tensione.”. A causa della piccola quantità di carica elettrica, durante la scarica, la corrente generata è molto piccola e il tempo è molto breve. La tensione non può essere mantenuta e la corrente diminuisce in un tempo estremamente breve. “Poiché il corpo umano non è un isolante, le cariche statiche accumulate in tutto il corpo, quando c’è un percorso di scarica, convergeranno. Pertanto si ha la sensazione che la corrente sia più elevata e si ha la sensazione di scossa elettrica.”. Dopo che l'elettricità statica viene generata in conduttori come corpi umani e oggetti metallici, la corrente di scarica sarà relativamente grande.

Per i materiali con buone proprietà isolanti, uno è che la quantità di carica elettrica generata è molto piccola, e l'altro è che la carica elettrica generata ha difficoltà a fluire. Sebbene la tensione sia elevata, quando è presente un percorso di scarica da qualche parte, solo la carica nel punto di contatto e in un piccolo intervallo nelle vicinanze può fluire e scaricarsi, mentre la carica nel punto senza contatto non può scaricarsi. Pertanto, anche con una tensione di decine di migliaia di volt, anche l'energia di scarica è trascurabile.

Pericoli derivanti dall'elettricità statica per i componenti elettronici

L'elettricità statica può essere dannosaGUIDATOs, non solo il "brevetto" unico del LED, ma anche diodi e transistor comunemente usati realizzati in materiali di silicio. Anche gli edifici, gli alberi e gli animali possono essere danneggiati dall'elettricità statica (i fulmini sono una forma di elettricità statica e non ne parleremo in questa sede).

Quindi, in che modo l’elettricità statica danneggia i componenti elettronici? Non voglio andare troppo lontano, parlando solo di dispositivi a semiconduttore, ma limitandomi anche a diodi, transistor, circuiti integrati e LED.

Il danno causato dall'elettricità ai componenti dei semiconduttori riguarda in ultima analisi la corrente. Sotto l'azione della corrente elettrica, il dispositivo viene danneggiato a causa del calore. Se c'è corrente, deve esserci tensione. Tuttavia, i diodi a semiconduttore hanno giunzioni PN, che hanno un intervallo di tensione che blocca la corrente sia nella direzione diretta che in quella inversa. La barriera del potenziale diretto è bassa, mentre la barriera del potenziale inverso è molto più alta. In un circuito, dove la resistenza è elevata, la tensione è concentrata. Ma per i LED, quando la tensione viene applicata in avanti al LED, quando la tensione esterna è inferiore alla tensione di soglia del diodo (corrispondente all'ampiezza del gap di banda del materiale), non c'è corrente diretta e la tensione viene tutta applicata a la giunzione PN. Quando la tensione viene applicata al LED al contrario, quando la tensione esterna è inferiore alla tensione di rottura inversa del LED, la tensione viene applicata interamente anche alla giunzione PN. In questo momento non vi è alcuna caduta di tensione né nel giunto di saldatura difettoso del LED, né nella staffa, né nell'area P né nell'area N! Perché non c'è corrente. Dopo che la giunzione PN è stata interrotta, la tensione esterna è condivisa da tutti i resistori sul circuito. Dove la resistenza è elevata, la tensione sopportata dalla parte è elevata. Per quanto riguarda i LED è naturale che la giunzione PN sopporti la maggior parte della tensione. La potenza termica generata sulla giunzione PN è la caduta di tensione ai suoi capi moltiplicata per il valore corrente. Se il valore della corrente non viene limitato, il calore eccessivo brucerà la giunzione PN, che perderà la sua funzione e penetrerà.

Perché i circuiti integrati temono relativamente l'elettricità statica? Poiché l'area di ciascun componente in un circuito integrato è molto piccola, anche la capacità parassita di ciascun componente è molto piccola (spesso la funzione del circuito richiede una capacità parassita molto piccola). Pertanto, una piccola quantità di carica elettrostatica genererà un'elevata tensione elettrostatica e la tolleranza di potenza di ciascun componente è solitamente molto ridotta, quindi la scarica elettrostatica può facilmente danneggiare il circuito integrato. Tuttavia, i normali componenti discreti, come i normali diodi di piccola potenza e i piccoli transistor di potenza, non hanno molta paura dell'elettricità statica, perché l'area del loro chip è relativamente grande e la loro capacità parassita è relativamente grande e non è facile accumulare alte tensioni su in impostazioni statiche generali. I transistor MOS a bassa potenza sono soggetti a danni elettrostatici a causa del sottile strato di ossido di gate e della piccola capacità parassita. Di solito lasciano la fabbrica dopo aver cortocircuitato i tre elettrodi dopo l'imballaggio. Durante l'uso, è spesso necessario rimuovere il percorso breve una volta completata la saldatura. A causa dell'ampia area del chip dei transistor MOS ad alta potenza, la normale elettricità statica non li danneggerà. Vedrai quindi che i tre elettrodi dei transistor MOS di potenza non sono protetti dai cortocircuiti (i primi produttori li cortocircuitavano ancora prima di lasciare la fabbrica).

Un LED in realtà è dotato di un diodo e la sua area è molto ampia rispetto a ciascun componente all'interno dell'IC. Pertanto, la capacità parassita dei LED è relativamente grande. Pertanto, l'elettricità statica in situazioni generali non può danneggiare i LED.

L'elettricità elettrostatica in situazioni generali, specialmente sugli isolanti, può avere un'alta tensione, ma la quantità di carica di scarica è estremamente piccola e la durata della corrente di scarica è molto breve. La tensione della carica elettrostatica indotta sul conduttore può non essere molto elevata, ma la corrente di scarica può essere elevata e spesso continua. Questo è molto dannoso per i componenti elettronici.

Perché l'elettricità statica danneggiaChip LEDnon si verificano spesso

Cominciamo con un fenomeno sperimentale. Una piastra di ferro trasporta elettricità statica a 500 V. Posizionare il LED sulla piastra metallica (prestare attenzione al metodo di posizionamento per evitare i seguenti problemi). Pensi che il LED sarà danneggiato? In questo caso, per danneggiare un LED, di solito dovrebbe essere applicata una tensione maggiore della sua tensione di rottura, il che significa che entrambi gli elettrodi del LED dovrebbero contemporaneamente entrare in contatto con la piastra metallica e avere una tensione maggiore della tensione di rottura. Poiché la piastra di ferro è un buon conduttore, la tensione indotta ai suoi capi è uguale e la cosiddetta tensione di 500 V è relativa alla terra. Pertanto non c'è tensione tra i due elettrodi del LED e naturalmente non si verificheranno danni. A meno che non si contatti un elettrodo di un LED con una piastra di ferro e si colleghi l'altro elettrodo con un conduttore (mano o filo senza guanti isolanti) a terra o ad altri conduttori.

Il fenomeno sperimentale di cui sopra ci ricorda che quando un LED si trova in un campo elettrostatico, un elettrodo deve entrare in contatto con il corpo elettrostatico e l'altro elettrodo deve entrare in contatto con la terra o altri conduttori prima che possa essere danneggiato. Nella produzione e nell'applicazione reali, con le dimensioni ridotte dei LED, raramente c'è la possibilità che tali cose accadano, soprattutto in lotti. Sono possibili eventi accidentali. Ad esempio, un LED si trova su un corpo elettrostatico e un elettrodo è a contatto con il corpo elettrostatico, mentre l'altro elettrodo è semplicemente sospeso. In questo momento, qualcuno tocca l'elettrodo sospeso, cosa che potrebbe danneggiarloLuce a LED.

Il fenomeno di cui sopra ci dice che i problemi elettrostatici non possono essere ignorati. Le scariche elettrostatiche richiedono un circuito conduttivo e non vi sono danni in presenza di elettricità statica. Quando si verifica solo una piccola quantità di perdite, si può considerare il problema del danno elettrostatico accidentale. Se si verifica in grandi quantità, è più probabile che si tratti di un problema di contaminazione o stress dei trucioli.