Mechanismus zur Erzeugung statischer Elektrizität

Normalerweise wird statische Elektrizität durch Reibung oder Induktion erzeugt.

Statische Reibungselektrizität wird durch die Bewegung elektrischer Ladungen erzeugt, die bei Kontakt, Reibung oder Trennung zwischen zwei Objekten entstehen. Die durch Reibung zwischen Leitern entstehende statische Elektrizität ist aufgrund der starken Leitfähigkeit der Leiter normalerweise relativ schwach. Die durch Reibung erzeugten Ionen bewegen sich während und am Ende des Reibungsprozesses schnell zusammen und neutralisieren sich. Nach der Reibung des Isolators kann eine höhere elektrostatische Spannung erzeugt werden, die Ladungsmenge ist jedoch sehr gering. Dies wird durch die physikalische Struktur des Isolators selbst bestimmt. In der molekularen Struktur eines Isolators ist es für Elektronen schwierig, sich frei von der Bindung des Atomkerns zu bewegen, sodass Reibung nur zu einem geringen Ausmaß an molekularer oder atomarer Ionisierung führt.

Induktive statische Elektrizität ist ein elektrisches Feld, das durch die Bewegung von Elektronen in einem Objekt unter der Wirkung eines elektromagnetischen Feldes entsteht, wenn sich das Objekt in einem elektrischen Feld befindet. Induktive statische Elektrizität kann im Allgemeinen nur an Leitern erzeugt werden. Die Wirkung räumlicher elektromagnetischer Felder auf Isolatoren kann vernachlässigt werden.

Mechanismus zur elektrostatischen Entladung

Was ist der Grund, warum 220-V-Netzstrom Menschen töten kann, Tausende von Volt jedoch nicht? Die Spannung am Kondensator entspricht der folgenden Formel: U=Q/C. Nach dieser Formel wird bei kleiner Kapazität und geringer Ladungsmenge eine hohe Spannung erzeugt. „Normalerweise ist die Kapazität unserer Körper und Gegenstände um uns herum sehr gering. Wenn eine elektrische Ladung erzeugt wird, kann eine kleine Menge elektrischer Ladung auch eine hohe Spannung erzeugen.“ Aufgrund der geringen Menge an elektrischer Ladung ist beim Entladen der erzeugte Strom sehr gering und die Zeit sehr kurz. Die Spannung kann nicht gehalten werden und der Strom fällt in extrem kurzer Zeit ab. „Da der menschliche Körper kein Isolator ist, konvergieren die im gesamten Körper angesammelten statischen Ladungen, wenn ein Entladungspfad vorhanden ist. Daher fühlt es sich an, als wäre der Strom höher und es entsteht das Gefühl eines Stromschlags.“ Nachdem in Leitern wie menschlichen Körpern und Metallgegenständen statische Elektrizität erzeugt wurde, ist der Entladestrom relativ groß.

Bei Materialien mit guten Isolationseigenschaften ist zum einen die Menge der erzeugten elektrischen Ladung sehr gering und zum anderen ist es schwierig, die erzeugte elektrische Ladung zu fließen. Obwohl die Spannung hoch ist und irgendwo ein Entladepfad vorhanden ist, kann nur die Ladung am Kontaktpunkt und in einem kleinen Bereich in der Nähe fließen und entladen werden, während die Ladung am Nicht-Kontaktpunkt nicht entladen werden kann. Daher ist auch bei einer Spannung von mehreren zehntausend Volt die Entladeenergie vernachlässigbar.

Gefahren durch statische Elektrizität für elektronische Komponenten

Statische Elektrizität kann schädlich seinLEDs, nicht nur das einzigartige „Patent“ von LEDs, sondern auch häufig verwendete Dioden und Transistoren aus Siliziummaterialien. Sogar Gebäude, Bäume und Tiere können durch statische Elektrizität beschädigt werden (Blitze sind eine Form statischer Elektrizität und werden hier nicht berücksichtigt).

Wie beschädigt statische Elektrizität elektronische Komponenten? Ich möchte nicht zu weit gehen und nur über Halbleiterbauelemente sprechen, mich aber auch auf Dioden, Transistoren, ICs und LEDs beschränken.

Bei den Schäden, die Elektrizität an Halbleiterbauteilen verursacht, handelt es sich letztlich um Strom. Unter Einwirkung von elektrischem Strom wird das Gerät durch Hitze beschädigt. Wenn Strom fließt, muss auch Spannung vorhanden sein. Halbleiterdioden verfügen jedoch über PN-Übergänge, deren Spannungsbereich den Strom sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung blockiert. Die Vorwärtspotentialbarriere ist niedrig, während die Rückwärtspotentialbarriere viel höher ist. In einem Stromkreis, in dem der Widerstand hoch ist, konzentriert sich die Spannung. Wenn jedoch bei LEDs die Spannung in Vorwärtsrichtung an die LED angelegt wird und die externe Spannung unter der Schwellenspannung der Diode (entsprechend der Materialbandlückenbreite) liegt, gibt es keinen Durchlassstrom und die Spannung wird vollständig angelegt der PN-Übergang. Wenn die Spannung umgekehrt an die LED angelegt wird und die externe Spannung kleiner als die Durchbruchspannung der LED in Sperrrichtung ist, wird die Spannung auch vollständig an den PN-Übergang angelegt. Zu diesem Zeitpunkt gibt es weder an der fehlerhaften Lötstelle der LED noch an der Halterung noch im P-Bereich noch im N-Bereich einen Spannungsabfall! Weil es keinen Strom gibt. Nachdem der PN-Übergang durchbrochen ist, wird die externe Spannung von allen Widerständen im Stromkreis geteilt. Wenn der Widerstand hoch ist, ist die vom Teil getragene Spannung hoch. Bei LEDs liegt naturgemäß die meiste Spannung am PN-Übergang. Die am PN-Übergang erzeugte Wärmeleistung ist der Spannungsabfall an ihm multipliziert mit dem Stromwert. Wenn der Stromwert nicht begrenzt wird, führt übermäßige Hitze zum Durchbrennen des PN-Übergangs, der seine Funktion verliert und eindringt.

Warum haben ICs relativ große Angst vor statischer Elektrizität? Da die Fläche jeder Komponente in einem IC sehr klein ist, ist auch die parasitäre Kapazität jeder Komponente sehr klein (oft erfordert die Schaltungsfunktion eine sehr kleine parasitäre Kapazität). Daher erzeugt eine kleine Menge elektrostatischer Ladung eine hohe elektrostatische Spannung, und die Leistungstoleranz jeder Komponente ist normalerweise sehr gering, sodass elektrostatische Entladungen den IC leicht beschädigen können. Gewöhnliche diskrete Komponenten wie gewöhnliche kleine Leistungsdioden und kleine Leistungstransistoren haben jedoch keine große Angst vor statischer Elektrizität, da ihre Chipfläche relativ groß und ihre parasitäre Kapazität relativ groß ist und es nicht einfach ist, hohe Spannungen anzusammeln sie in allgemeinen statischen Einstellungen. MOS-Transistoren mit geringer Leistung sind aufgrund ihrer dünnen Gate-Oxidschicht und der geringen parasitären Kapazität anfällig für elektrostatische Schäden. Normalerweise verlassen sie das Werk, nachdem die drei Elektroden nach dem Verpacken kurzgeschlossen wurden. Im Einsatz ist es häufig erforderlich, die kurze Strecke nach Abschluss des Schweißvorgangs zu entfernen. Aufgrund der großen Chipfläche von Hochleistungs-MOS-Transistoren werden sie durch gewöhnliche statische Elektrizität nicht beschädigt. Sie werden also sehen, dass die drei Elektroden von Power-MOS-Transistoren nicht durch Kurzschlüsse geschützt sind (frühere Hersteller haben sie noch kurzgeschlossen, bevor sie das Werk verlassen haben).

Eine LED verfügt tatsächlich über eine Diode und ihre Fläche ist im Verhältnis zu jeder Komponente innerhalb des ICs sehr groß. Daher ist die parasitäre Kapazität von LEDs relativ groß. Daher kann statische Elektrizität im Allgemeinen LEDs nicht beschädigen.

Elektrostatische Elektrizität kann im Allgemeinen, insbesondere bei Isolatoren, eine hohe Spannung aufweisen, die Menge der Entladungsladung ist jedoch äußerst gering und die Dauer des Entladestroms ist sehr kurz. Die Spannung der am Leiter induzierten elektrostatischen Ladung ist möglicherweise nicht sehr hoch, der Entladestrom kann jedoch groß und oft kontinuierlich sein. Dies ist sehr schädlich für elektronische Komponenten.

Warum verursacht statische Elektrizität Schäden?LED-Chipskommen nicht oft vor

Beginnen wir mit einem experimentellen Phänomen. Eine Metallplatte aus Eisen führt statische Elektrizität von 500 V. Platzieren Sie die LED auf der Metallplatte (achten Sie auf die Platzierungsmethode, um die folgenden Probleme zu vermeiden). Glauben Sie, dass die LED beschädigt sein wird? Um eine LED zu beschädigen, muss diese normalerweise mit einer Spannung angelegt werden, die größer als ihre Durchbruchspannung ist. Das bedeutet, dass beide Elektroden der LED gleichzeitig die Metallplatte berühren und eine Spannung haben müssen, die größer als die Durchbruchspannung ist. Da die Eisenplatte ein guter Leiter ist, ist die induzierte Spannung an ihr gleich und die sogenannte 500-V-Spannung bezieht sich auf die Erde. Daher liegt zwischen den beiden Elektroden der LED keine Spannung an und es entsteht natürlich kein Schaden. Es sei denn, Sie kontaktieren eine Elektrode einer LED mit einer Eisenplatte und verbinden die andere Elektrode mit einem Leiter (Hand oder Draht ohne Isolierhandschuhe) mit der Erde oder anderen Leitern.

Das obige experimentelle Phänomen erinnert uns daran, dass bei einer LED in einem elektrostatischen Feld eine Elektrode den elektrostatischen Körper und die andere Elektrode die Erde oder andere Leiter berühren muss, bevor sie beschädigt werden kann. In der tatsächlichen Produktion und Anwendung besteht aufgrund der geringen Größe von LEDs selten die Möglichkeit, dass solche Dinge passieren, insbesondere bei Chargen. Zufällige Ereignisse sind möglich. Beispielsweise befindet sich eine LED auf einem elektrostatischen Körper und eine Elektrode berührt den elektrostatischen Körper, während die andere Elektrode einfach aufgehängt ist. Zu diesem Zeitpunkt berührt jemand die aufgehängte Elektrode, wodurch diese beschädigt werden kannLED-Licht.

Das obige Phänomen zeigt uns, dass elektrostatische Probleme nicht ignoriert werden können. Für elektrostatische Entladungen ist ein leitender Stromkreis erforderlich, und statische Elektrizität schadet nicht. Wenn nur eine sehr geringe Leckagemenge auftritt, kann das Problem einer unbeabsichtigten elektrostatischen Beschädigung in Betracht gezogen werden. Wenn es in großen Mengen auftritt, ist es wahrscheinlicher, dass es sich um eine Verunreinigung der Späne oder um Stress handelt.