Mecanismo de generación de electricidad estática.

Normalmente, la electricidad estática se genera por fricción o inducción.

La electricidad estática por fricción se genera por el movimiento de cargas eléctricas generadas durante el contacto, fricción o separación entre dos objetos. La electricidad estática que queda por la fricción entre conductores suele ser relativamente débil debido a la fuerte conductividad de los conductores. Los iones generados por la fricción se juntarán rápidamente y se neutralizarán durante y al final del proceso de fricción. Después de la fricción del aislante, se puede generar un voltaje electrostático más alto, pero la cantidad de carga es muy pequeña. Esto está determinado por la estructura física del propio aislante. En la estructura molecular de un aislante, es difícil que los electrones se muevan libremente libres de la unión del núcleo atómico, por lo que la fricción produce sólo una pequeña cantidad de ionización molecular o atómica.

La electricidad estática inductiva es un campo eléctrico formado por el movimiento de electrones en un objeto bajo la acción de un campo electromagnético cuando el objeto está en un campo eléctrico. La electricidad estática inductiva generalmente sólo puede generarse en conductores. Se puede ignorar el efecto de los campos electromagnéticos espaciales sobre los aisladores.

Mecanismo de descarga electrostática

¿Cuál es la razón por la que la red eléctrica de 220 V puede matar a las personas, pero miles de voltios no pueden matarlas? El voltaje a través del capacitor cumple con la siguiente fórmula: U=Q/C. Según esta fórmula, cuando la capacitancia es pequeña y la cantidad de carga es pequeña, se generará un voltaje alto. “Por lo general, la capacitancia de nuestros cuerpos y de los objetos que nos rodean es muy pequeña. Cuando se genera una carga eléctrica, una pequeña cantidad de carga eléctrica también puede generar un alto voltaje”. Debido a la pequeña cantidad de carga eléctrica, durante la descarga, la corriente generada es muy pequeña y el tiempo es muy corto. El voltaje no se puede mantener y la corriente cae en un tiempo extremadamente corto. “Debido a que el cuerpo humano no es un aislante, las cargas estáticas acumuladas en todo el cuerpo, cuando hay un camino de descarga, convergerán. Por lo tanto, se siente como si la corriente fuera mayor y hay una sensación de descarga eléctrica”. Después de que se genera electricidad estática en conductores como cuerpos humanos y objetos metálicos, la corriente de descarga será relativamente grande.

Para materiales con buenas propiedades de aislamiento, una es que la cantidad de carga eléctrica generada es muy pequeña y la otra es que la carga eléctrica generada es difícil de fluir. Aunque el voltaje es alto, cuando hay una ruta de descarga en algún lugar, solo la carga en el punto de contacto y dentro de un pequeño rango cercano puede fluir y descargarse, mientras que la carga en el punto sin contacto no puede descargarse. Por lo tanto, incluso con un voltaje de decenas de miles de voltios, la energía de descarga también es insignificante.

Peligros de la electricidad estática para los componentes electrónicos.

La electricidad estática puede ser perjudicial paraCONDUJOs, no sólo la “patente” única de los LED, sino también diodos y transistores de uso común fabricados con materiales de silicio. Incluso los edificios, los árboles y los animales pueden resultar dañados por la electricidad estática (los rayos son una forma de electricidad estática y no la consideraremos aquí).

Entonces, ¿cómo daña la electricidad estática los componentes electrónicos? No quiero ir demasiado lejos, solo hablar de dispositivos semiconductores, pero también limitarme a diodos, transistores, circuitos integrados y LED.

Los daños causados ​​por la electricidad a los componentes semiconductores se deben en última instancia a la corriente. Bajo la acción de una corriente eléctrica, el dispositivo se daña debido al calor. Si hay corriente, debe haber voltaje. Sin embargo, los diodos semiconductores tienen uniones PN, que tienen un rango de voltaje que bloquea la corriente tanto en dirección directa como inversa. La barrera del potencial directo es baja, mientras que la barrera del potencial inverso es mucho más alta. En un circuito donde la resistencia es alta, el voltaje está concentrado. Pero para los LED, cuando el voltaje se aplica directamente al LED, cuando el voltaje externo es menor que el voltaje umbral del diodo (correspondiente al ancho de banda prohibida del material), no hay corriente directa y todo el voltaje se aplica a la unión PN. Cuando el voltaje se aplica al LED a la inversa, cuando el voltaje externo es menor que el voltaje de ruptura inverso del LED, el voltaje también se aplica por completo a la unión PN. En este momento, no hay caída de voltaje ni en la unión de soldadura defectuosa del LED, ni en el soporte, ni en el área P ni en el área N. Porque no hay corriente. Una vez que se rompe la unión PN, todas las resistencias del circuito comparten el voltaje externo. Cuando la resistencia es alta, el voltaje que soporta la pieza es alto. En lo que respecta a los LED, es natural que la unión PN soporte la mayor parte del voltaje. La potencia térmica generada en la unión PN es la caída de voltaje a través de ella multiplicada por el valor actual. Si no se limita el valor actual, el calor excesivo quemará la unión PN, que perderá su función y penetrará.

¿Por qué los circuitos integrados temen relativamente a la electricidad estática? Debido a que el área de cada componente en un IC es muy pequeña, la capacitancia parásita de cada componente también es muy pequeña (a menudo la función del circuito requiere una capacitancia parásita muy pequeña). Por lo tanto, una pequeña cantidad de carga electrostática generará un voltaje electrostático alto y la tolerancia de potencia de cada componente suele ser muy pequeña, por lo que la descarga electrostática puede dañar fácilmente el CI. Sin embargo, los componentes discretos ordinarios, como los diodos de potencia pequeños ordinarios y los transistores de potencia pequeños, no temen mucho a la electricidad estática, porque el área de su chip es relativamente grande y su capacitancia parásita es relativamente grande, y no es fácil acumular altos voltajes en en entornos estáticos generales. Los transistores MOS de baja potencia son propensos a sufrir daños electrostáticos debido a su fina capa de óxido de puerta y su pequeña capacitancia parásita. Suelen salir de fábrica después de cortocircuitar los tres electrodos después del embalaje. En uso, a menudo es necesario eliminar la ruta corta después de completar la soldadura. Debido a la gran área del chip de los transistores MOS de alta potencia, la electricidad estática ordinaria no los dañará. Así verás que los tres electrodos de los transistores MOS de potencia no están protegidos contra cortocircuitos (los primeros fabricantes todavía los ponían en cortocircuito antes de salir de fábrica).

En realidad, un LED tiene un diodo y su área es muy grande en relación con cada componente dentro del CI. Por tanto, la capacitancia parásita de los LED es relativamente grande. Por tanto, la electricidad estática en situaciones generales no puede dañar los LED.

La electricidad electrostática en situaciones generales, especialmente en aisladores, puede tener un voltaje alto, pero la cantidad de carga de descarga es extremadamente pequeña y la duración de la corriente de descarga es muy corta. El voltaje de la carga electrostática inducida en el conductor puede no ser muy alto, pero la corriente de descarga puede ser grande y, a menudo, continua. Esto es muy perjudicial para los componentes electrónicos.

¿Por qué daña la electricidad estática?chips LEDno suele ocurrir

Comencemos con un fenómeno experimental. Una placa de hierro transporta electricidad estática de 500 V. Coloque el LED en la placa de metal (preste atención al método de colocación para evitar los siguientes problemas). ¿Crees que el LED se dañará? Aquí, para dañar un LED, generalmente se debe aplicar un voltaje mayor que su voltaje de ruptura, lo que significa que ambos electrodos del LED deben hacer contacto simultáneamente con la placa metálica y tener un voltaje mayor que el voltaje de ruptura. Como la placa de hierro es un buen conductor, el voltaje inducido a través de ella es igual y el llamado voltaje de 500 V es relativo al suelo. Por lo tanto, no hay voltaje entre los dos electrodos del LED y, naturalmente, no habrá daños. A menos que contacte un electrodo de un LED con una placa de hierro y conecte el otro electrodo con un conductor (mano o cable sin guantes aislantes) a tierra u otros conductores.

El fenómeno experimental anterior nos recuerda que cuando un LED está en un campo electrostático, un electrodo debe hacer contacto con el cuerpo electrostático y el otro electrodo debe hacer contacto con la tierra u otros conductores antes de que pueda dañarse. En la producción y aplicación reales, con el pequeño tamaño de los LED, rara vez existe la posibilidad de que sucedan cosas así, especialmente en lotes. Los eventos accidentales son posibles. Por ejemplo, un LED está sobre un cuerpo electrostático y un electrodo hace contacto con el cuerpo electrostático, mientras que el otro electrodo simplemente está suspendido. En este momento, alguien toca el electrodo suspendido, lo que puede dañar elLuz LED.

El fenómeno anterior nos dice que no se pueden ignorar los problemas electrostáticos. La descarga electrostática requiere un circuito conductor y no hay daño si hay electricidad estática. Cuando sólo se produce una cantidad muy pequeña de fuga, se puede considerar el problema de daño electrostático accidental. Si ocurre en grandes cantidades, es más probable que sea un problema de contaminación de viruta o estrés.