Mecanismo de geração de eletricidade estática

Normalmente, a eletricidade estática é gerada devido ao atrito ou indução.

A eletricidade estática de fricção é gerada pelo movimento de cargas elétricas geradas durante o contato, fricção ou separação entre dois objetos.A eletricidade estática deixada pelo atrito entre os condutores é geralmente relativamente fraca, devido à forte condutividade dos condutores.Os íons gerados pela fricção se moverão rapidamente juntos e serão neutralizados durante e no final do processo de fricção.Após o atrito do isolador, uma tensão eletrostática mais alta pode ser gerada, mas a quantidade de carga é muito pequena.Isto é determinado pela estrutura física do próprio isolador.Na estrutura molecular de um isolante, é difícil para os elétrons se moverem livremente, livres da ligação do núcleo atômico, de modo que o atrito resulta em apenas uma pequena quantidade de ionização molecular ou atômica.

A eletricidade estática indutiva é um campo elétrico formado pelo movimento de elétrons em um objeto sob a ação de um campo eletromagnético quando o objeto está em um campo elétrico.A eletricidade estática indutiva geralmente só pode ser gerada em condutores.O efeito dos campos eletromagnéticos espaciais nos isoladores pode ser ignorado.

Mecanismo de descarga eletrostática

Qual é a razão pela qual a eletricidade de 220 V pode matar pessoas, mas milhares de volts nas pessoas não podem matá-las?A tensão no capacitor atende à seguinte fórmula: U=Q/C.De acordo com esta fórmula, quando a capacitância é pequena e a quantidade de carga é pequena, será gerada uma alta tensão.“Normalmente, a capacitância de nossos corpos e objetos ao nosso redor é muito pequena.Quando uma carga elétrica é gerada, uma pequena quantidade de carga elétrica também pode gerar uma alta tensão.”.Devido à pequena quantidade de carga elétrica, na descarga a corrente gerada é muito pequena e o tempo é muito curto.A tensão não pode ser mantida e a corrente cai em um tempo extremamente curto.“Como o corpo humano não é um isolante, as cargas estáticas acumuladas em todo o corpo, quando houver um caminho de descarga, irão convergir.Portanto, parece que a corrente está mais alta e há uma sensação de choque elétrico.”.Depois que a eletricidade estática for gerada em condutores como corpos humanos e objetos metálicos, a corrente de descarga será relativamente grande.

Para materiais com boas propriedades de isolamento, uma é que a quantidade de carga elétrica gerada é muito pequena e a outra é que a carga elétrica gerada é difícil de fluir.Embora a tensão seja alta, quando há um caminho de descarga em algum lugar, apenas a carga no ponto de contato e dentro de uma pequena faixa próxima pode fluir e descarregar, enquanto a carga no ponto sem contato não pode descarregar.Portanto, mesmo com uma tensão de dezenas de milhares de volts, a energia de descarga também é insignificante.

Perigos da eletricidade estática para componentes eletrônicos

A eletricidade estática pode ser prejudicial paraLIDERADOs, não apenas a “patente” exclusiva do LED, mas também diodos e transistores comumente usados ​​feitos de materiais de silício.Até mesmo edifícios, árvores e animais podem ser danificados pela eletricidade estática (os raios são uma forma de eletricidade estática e não a consideraremos aqui).

Então, como a eletricidade estática danifica os componentes eletrônicos?Não quero ir muito longe, falando apenas de dispositivos semicondutores, mas limitando-me também a diodos, transistores, CIs e LEDs.

Os danos causados ​​pela eletricidade aos componentes semicondutores envolvem, em última análise, corrente.Sob a ação da corrente elétrica, o aparelho é danificado devido ao calor.Se houver corrente, deve haver tensão.No entanto, os diodos semicondutores possuem junções PN, que possuem uma faixa de tensão que bloqueia a corrente nas direções direta e reversa.A barreira potencial direta é baixa, enquanto a barreira potencial reversa é muito maior.Num circuito onde a resistência é alta, a tensão está concentrada.Mas para LEDs, quando a tensão é aplicada diretamente ao LED, quando a tensão externa é menor que a tensão limite do diodo (correspondente à largura do gap do material), não há corrente direta e a tensão é toda aplicada a a junção PN.Quando a tensão é aplicada ao LED de forma reversa, quando a tensão externa é menor que a tensão de ruptura reversa do LED, a tensão também é aplicada inteiramente à junção PN.Neste momento, não há queda de tensão na junta de solda defeituosa do LED, no suporte, na área P ou na área N!Porque não há corrente.Após a junção PN ser quebrada, a tensão externa é compartilhada por todos os resistores do circuito.Onde a resistência é alta, a tensão suportada pela peça é alta.No que diz respeito aos LEDs, é natural que a junção PN suporte a maior parte da tensão.A energia térmica gerada na junção PN é a queda de tensão multiplicada pelo valor da corrente.Se o valor da corrente não for limitado, o calor excessivo queimará a junção PN, que perderá sua função e penetrará.

Por que os CIs têm relativamente medo da eletricidade estática?Como a área de cada componente em um CI é muito pequena, a capacitância parasita de cada componente também é muito pequena (muitas vezes a função do circuito requer capacitância parasita muito pequena).Portanto, uma pequena quantidade de carga eletrostática gerará uma alta tensão eletrostática, e a tolerância de potência de cada componente é geralmente muito pequena, de modo que a descarga eletrostática pode facilmente danificar o IC.No entanto, componentes discretos comuns, como pequenos diodos de potência comuns e pequenos transistores de potência, não têm muito medo da eletricidade estática, porque a área do chip é relativamente grande e sua capacitância parasita é relativamente grande, e não é fácil acumular altas tensões em em configurações estáticas gerais.Os transistores MOS de baixa potência são propensos a danos eletrostáticos devido à sua fina camada de óxido de porta e pequena capacitância parasita.Eles geralmente saem da fábrica após curto-circuitar os três eletrodos após a embalagem.Em uso, muitas vezes é necessário remover a rota curta após a conclusão da soldagem.Devido à grande área do chip dos transistores MOS de alta potência, a eletricidade estática comum não os danificará.Portanto, você verá que os três eletrodos dos transistores MOS de potência não são protegidos por curtos-circuitos (os primeiros fabricantes ainda os curto-circuitavam antes de saírem da fábrica).

Na verdade, um LED possui um diodo e sua área é muito grande em relação a cada componente do CI.Portanto, a capacitância parasita dos LEDs é relativamente grande.Portanto, a eletricidade estática em situações gerais não pode danificar os LEDs.

A eletricidade eletrostática em situações gerais, especialmente em isoladores, pode ter alta tensão, mas a quantidade de carga de descarga é extremamente pequena e a duração da corrente de descarga é muito curta.A tensão da carga eletrostática induzida no condutor pode não ser muito alta, mas a corrente de descarga pode ser grande e frequentemente contínua.Isto é muito prejudicial aos componentes eletrônicos.

Por que a eletricidade estática danificaChips LEDnão ocorre frequentemente

Vamos começar com um fenômeno experimental.Uma placa de ferro metálico transporta eletricidade estática de 500 V.Coloque o LED na placa metálica (preste atenção ao método de colocação para evitar os seguintes problemas).Você acha que o LED será danificado?Aqui, para danificar um LED, normalmente deve ser aplicada uma tensão superior à sua tensão de ruptura, o que significa que ambos os eletrodos do LED devem entrar em contato simultaneamente com a placa metálica e ter uma tensão superior à tensão de ruptura.Como a placa de ferro é um bom condutor, a tensão induzida nela é igual, e a chamada tensão de 500 V é relativa ao solo.Portanto, não há tensão entre os dois eletrodos do LED e, naturalmente, não haverá danos.A menos que você entre em contato com um eletrodo de um LED com uma placa de ferro e conecte o outro eletrodo com um condutor (mão ou fio sem luvas isolantes) ao terra ou a outros condutores.

O fenômeno experimental acima nos lembra que quando um LED está em um campo eletrostático, um eletrodo deve entrar em contato com o corpo eletrostático e o outro eletrodo deve entrar em contato com o solo ou outros condutores antes que possa ser danificado.Na produção e aplicação reais, com o tamanho pequeno dos LEDs, raramente há chance de que tais coisas aconteçam, especialmente em lotes.Eventos acidentais são possíveis.Por exemplo, um LED está em um corpo eletrostático e um eletrodo entra em contato com o corpo eletrostático, enquanto o outro eletrodo está apenas suspenso.Neste momento, alguém toca no eletrodo suspenso, o que pode danificar oLuz LED.

O fenômeno acima nos diz que os problemas eletrostáticos não podem ser ignorados.A descarga eletrostática requer um circuito condutor e não há danos se houver eletricidade estática.Quando ocorre apenas uma pequena quantidade de vazamento, o problema de dano eletrostático acidental pode ser considerado.Se ocorrer em grandes quantidades, é mais provável que seja um problema de contaminação ou tensão de cavacos.