Механізм генерацыі статычнай электрычнасці

Звычайна статычная электрычнасць утвараецца з-за трэння або індукцыі.

Статычная электрычнасць пры трэнні ўтвараецца ў выніку руху электрычных зарадаў, якія ўтвараюцца падчас кантакту, трэння або раздзялення двух аб'ектаў. Статычная электрычнасць, якая застаецца ў выніку трэння паміж праваднікамі, звычайна адносна слабая з-за моцнай праводнасці праваднікоў. Іёны, якія ўтвараюцца ў выніку трэння, хутка рухаюцца разам і нейтралізуюцца падчас і ў канцы працэсу трэння. Пасля трэння ізалятара можа ўзнікнуць больш высокае электрастатычнае напружанне, але колькасць зарада вельмі малая. Гэта вызначаецца фізічнай структурай самога ізалятара. У малекулярнай структуры ізалятара электронам цяжка свабодна рухацца, вызваляючыся ад сувязі атамнага ядра, таму трэнне прыводзіць толькі да невялікай колькасці малекулярнай або атамнай іянізацыі.

Індуктыўная статычная электрычнасць - гэта электрычнае поле, якое ўтвараецца пры руху электронаў у аб'екце пад дзеяннем электрамагнітнага поля, калі аб'ект знаходзіцца ў электрычным полі. Індуктыўная статычная электрычнасць звычайна можа стварацца толькі на правадніках. Уплыў прасторавых электрамагнітных палёў на ізалятары можна не ўлічваць.

Механізм электрастатычнага разраду

У чым прычына таго, што электрычнасць 220 В можа забіць людзей, але тысячы вольт на людзей не могуць іх забіць? Напружанне на кандэнсатары адпавядае наступнай формуле: U=Q/C. Згодна з гэтай формулай, калі ёмістасць малая і колькасць зарада невялікая, будзе генеравацца высокае напружанне. «Звычайна ёмістасць нашых цел і прадметаў вакол нас вельмі малая. Калі генеруецца электрычны зарад, невялікая колькасць электрычнага зарада таксама можа генераваць высокае напружанне». З-за невялікай колькасці электрычнага зарада пры разрадзе ток вельмі малы, а час вельмі кароткі. Напружанне не можа падтрымлівацца, і ток падае за вельмі кароткі час. «Паколькі чалавечае цела не з'яўляецца ізалятарам, статычныя зарады, назапашаныя ва ўсім целе, калі ёсць шлях разраду, будуць збліжацца. Таму адчуваецца, што сіла току большая і ёсць адчуванне ўдару электрычным токам». Пасля генерацыі статычнай электрычнасці ў такіх правадніках, як чалавечыя целы і металічныя прадметы, ток разраду будзе адносна вялікім.

Для матэрыялаў з добрымі ізаляцыйнымі ўласцівасцямі адзін заключаецца ў тым, што колькасць генераванага электрычнага зарада вельмі малая, а другі заключаецца ў тым, што генераваны электрычны зарад цяжка цячы. Хоць напружанне высокае, калі дзе-небудзь ёсць шлях разраду, толькі зарад у кропцы кантакту і ў невялікай адлегласці паблізу можа цячы і разраджацца, у той час як зарад у бескантактнай кропцы не можа разрадзіцца. Таму нават пры напрузе ў дзесяткі тысяч вольт энергія разраду таксама нязначная.

Небяспека статычнай электрычнасці для электронных кампанентаў

Статычная электрычнасць можа нанесці шкодусвятлодыёдs, не толькі унікальны «патэнт» святлодыёдаў, але і шырока выкарыстоўваюцца дыёды і транзістары з крэмніевых матэрыялаў. Нават будынкі, дрэвы і жывёлы могуць быць пашкоджаныя статычнай электрычнасцю (маланка - гэта форма статычнай электрычнасці, і мы не будзем разглядаць яе тут).

Такім чынам, як статычная электрычнасць пашкоджвае электронныя кампаненты? Я не хачу заходзіць занадта далёка, кажучы толькі пра паўправадніковыя прылады, але таксама абмяжоўваючыся дыёдамі, транзістарамі, мікрасхемамі і святлодыёдамі.

Шкода, нанесеная электрычнасцю паўправадніковым кампанентам, у канчатковым рахунку ўключае ток. Пад дзеяннем электрычнага току прылада пашкоджваецца з-за нагрэву. Калі ёсць ток, павінна быць і напружанне. Аднак паўправадніковыя дыёды маюць PN-пераходы, якія маюць дыяпазон напружання, які блакуе ток як у прамым, так і ў зваротным напрамках. Пярэдні патэнцыяльны бар'ер нізкі, у той час як зваротны патэнцыяльны бар'ер значна вышэй. У ланцугу, дзе супраціўленне высокае, напружанне канцэнтраванае. Але для святлодыёдаў, калі напружанне падаецца наперад да святлодыёда, калі знешняе напружанне меншае за парогавае напружанне дыёда (адпаведнае шырыні забароненай зоны матэрыялу), прамога току няма, і ўсё напружанне падаецца на PN пераход. Калі напружанне падаецца на святлодыёд у зваротным кірунку, калі знешняе напружанне меншае за зваротнае напружанне прабоя святлодыёда, напружанне таксама падаецца цалкам на PN-пераход. У гэты час няма падзення напружання ні ў няспраўным паяным злучэнні святлодыёда, ні ў кранштэйне, ні ў вобласці P, ні ў вобласці N! Бо току няма. Пасля разбурэння PN-пераходу знешняе напружанне распаўсюджваецца на ўсе рэзістары ў ланцугу. Там, дзе супраціўленне высокае, напружанне, якое прымае частка, высокае. Што тычыцца святлодыёдаў, натуральна, што PN-пераход нясе большую частку напружання. Цеплавая магутнасць, якая выпрацоўваецца на PN-пераходзе, - гэта падзенне напружання на ім, памножанае на значэнне току. Калі значэнне току не абмежавана, празмернае цяпло выпальвае PN-пераход, які страціць сваю функцыю і пранікне.

Чаму мікрасхемы адносна баяцца статычнай электрычнасці? Паколькі плошча кожнага кампанента мікрасхемы вельмі малая, паразітная ёмістасць кожнага кампанента таксама вельмі малая (часта функцыя схемы патрабуе вельмі малой паразітнай ёмістасці). Такім чынам, невялікая колькасць электрастатычнага зарада будзе ствараць высокае электрастатычнае напружанне, а допуск магутнасці кожнага кампанента звычайна вельмі малы, таму электрастатычны разрад можа лёгка пашкодзіць мікрасхему. Аднак звычайныя дыскрэтныя кампаненты, такія як звычайныя невялікія магутныя дыёды і невялікія магутныя транзістары, не вельмі баяцца статычнай электрычнасці, таму што плошча іх мікрасхемы адносна вялікая, а іх паразітная ёмістасць адносна вялікая, і няпроста назапасіць высокія напружання на іх у агульных статычных наладах. МОП-транзістары малой магутнасці схільныя электрастатычным пашкоджанням з-за іх тонкага аксіднага пласта засаўкі і малой паразітнай ёмістасці. Звычайна яны пакідаюць завод пасля кароткага замыкання трох электродаў пасля ўпакоўкі. Пры выкарыстанні часта патрабуецца выдаліць кароткі маршрут пасля завяршэння зваркі. З-за вялікай плошчы чыпа магутных MOS-транзістараў звычайная статычная электрычнасць не пашкодзіць іх. Такім чынам, вы ўбачыце, што тры электроды сілавых МОП-транзістараў не абаронены ад кароткага замыкання (першыя вытворцы ўсё яшчэ замыкалі іх перад выхадам з завода).

Святлодыёд на самай справе мае дыёд, і яго плошча вельмі вялікая адносна кожнага кампанента ўнутры мікрасхемы. Такім чынам, паразітная ёмістасць святлодыёдаў адносна вялікая. Такім чынам, статычная электрычнасць у агульных сітуацыях не можа пашкодзіць святлодыёды.

Электрастатычная электрычнасць у агульных сітуацыях, асабліва на ізалятарах, можа мець высокае напружанне, але колькасць разраднага зарада надзвычай малая, а працягласць разраднага току вельмі кароткая. Напружанне электрастатычнага зарада, індукаванага на правадніку, можа быць не вельмі высокім, але ток разраду можа быць вялікім і часта бесперапынным. Гэта вельмі шкодна для электронных кампанентаў.

Чаму статычная электрычнасць шкодзіцьСвятлодыёдныя чыпысустракаюцца не часта

Пачнем з эксперыментальнага феномену. Металічная жалезная пласціна нясе статычную электрычнасць 500 В. Размесціце святлодыёд на металічнай пласціне (звярніце ўвагу на спосаб размяшчэння, каб пазбегнуць наступных праблем). Як вы думаеце, святлодыёд будзе пашкоджаны? Тут, каб пашкодзіць святлодыёд, яго звычайна трэба прыкласці з напругай, большай за напружанне прабоя, што азначае, што абодва электроды святлодыёда павінны адначасова датыкацца з металічнай пласцінай і мець напружанне, большае за напружанне прабоя. Паколькі жалезная пласціна з'яўляецца добрым правадніком, індукцыйнае напружанне на ёй аднолькавае, і так званае напружанне 500 В адносна зямлі. Такім чынам, паміж двума электродамі святлодыёда няма напружання, і, натуральна, не будзе пашкоджанняў. За выключэннем выпадкаў, калі вы дакранаецеся да аднаго электрода святлодыёда з жалезнай пласцінай і не падключаеце другі электрод правадніком (рукой або дротам без ізаляцыйных пальчатак) да зазямлення або іншых правадыроў.

Вышэйзгаданая эксперыментальная з'ява нагадвае нам, што калі святлодыёд знаходзіцца ў электрастатычным полі, адзін электрод павінен дакрануцца да электрастатычнага цела, а другі электрод павінен дакрануцца да зямлі або іншых праваднікоў, перш чым ён можа быць пашкоджаны. У рэальным вытворчасці і прымяненні, з невялікім памерам святлодыёдаў, рэдка ёсць шанец, што такія рэчы адбудуцца, асабліва ў партыях. Магчымыя выпадковыя падзеі. Напрыклад, святлодыёд знаходзіцца на электрастатычным целе, і адзін электрод датыкаецца з электрастатычным целам, а другі электрод проста падвешаны. У гэты час хто-небудзь дакранецца да падвешанага электрода, што можа пашкодзіць ягоСвятлодыёдны святло.

Вышэйзгаданая з'ява кажа нам, што нельга ігнараваць электрастатычныя праблемы. Для электрастатычнага разраду неабходны ланцуг, які праводзіць, і прысутнасць статычнай электрычнасці не прынясе шкоды. Калі адбываецца вельмі невялікая колькасць уцечкі, можна разглядаць праблему выпадковага электрастатычнага пашкоджання. Калі гэта адбываецца ў вялікіх колькасцях, гэта, хутчэй за ўсё, праблема забруджвання чыпаў або стрэсу.