مکانیسم تولید الکتریسیته ساکن

معمولاً الکتریسیته ساکن در اثر اصطکاک یا القاء تولید می شود.

الکتریسیته ساکن اصطکاکی از حرکت بارهای الکتریکی تولید شده در هنگام تماس، اصطکاک یا جدایی بین دو جسم ایجاد می شود. الکتریسیته ساکن باقی مانده از اصطکاک بین هادی ها معمولاً نسبتاً ضعیف است، به دلیل رسانایی قوی رساناها. یون های تولید شده توسط اصطکاک به سرعت با هم حرکت می کنند و در طول و در پایان فرآیند اصطکاک خنثی می شوند. پس از اصطکاک عایق، ممکن است ولتاژ الکترواستاتیک بالاتری ایجاد شود، اما مقدار شارژ بسیار کم است. این توسط ساختار فیزیکی خود عایق تعیین می شود. در ساختار مولکولی یک عایق، حرکت آزادانه الکترون ها از اتصال هسته اتم دشوار است، بنابراین اصطکاک تنها منجر به مقدار کمی یونیزاسیون مولکولی یا اتمی می شود.

الکتریسیته ساکن القایی یک میدان الکتریکی است که از حرکت الکترون ها در یک جسم تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی هنگامی که جسم در یک میدان الکتریکی است، ایجاد می شود. الکتریسیته ساکن القایی به طور کلی فقط می تواند بر روی هادی ها تولید شود. اثر میدان های الکترومغناطیسی فضایی بر عایق ها را می توان نادیده گرفت.

مکانیزم تخلیه الکترواستاتیک

دلیل اینکه برق 220 ولت می تواند انسان را بکشد، اما هزاران ولت روی مردم نمی تواند آنها را بکشد چیست؟ ولتاژ دو سر خازن با فرمول زیر مطابقت دارد: U=Q/C. طبق این فرمول وقتی ظرفیت خازنی کم و مقدار شارژ کم باشد ولتاژ بالایی تولید می شود. معمولاً ظرفیت اجسام و اجسام اطراف ما بسیار کم است. هنگامی که بار الکتریکی تولید می شود، مقدار کمی بار الکتریکی نیز می تواند ولتاژ بالایی ایجاد کند. به دلیل مقدار کم بار الکتریکی، هنگام تخلیه، جریان تولید شده بسیار کم است و زمان بسیار کوتاه است. ولتاژ را نمی توان حفظ کرد و جریان در مدت زمان بسیار کوتاهی کاهش می یابد. از آنجایی که بدن انسان یک عایق نیست، بارهای ساکن در سراسر بدن انباشته شده، زمانی که مسیر تخلیه وجود دارد، همگرا می شوند. بنابراین، احساس می شود جریان بیشتر شده و احساس شوک الکتریکی وجود دارد.» پس از ایجاد الکتریسیته ساکن در رساناهایی مانند بدن انسان و اجسام فلزی، جریان تخلیه نسبتاً زیاد خواهد بود.

برای موادی که خواص عایق خوبی دارند، یکی اینکه مقدار بار الکتریکی تولید شده بسیار کم است و دیگری اینکه بار الکتریکی تولید شده به سختی جریان می یابد. اگرچه ولتاژ بالا است، اما وقتی یک مسیر تخلیه در جایی وجود دارد، فقط شارژ در نقطه تماس و در محدوده کوچکی در نزدیکی آن می تواند جریان یابد و تخلیه شود، در حالی که شارژ در نقطه غیر تماس نمی تواند تخلیه شود. بنابراین، حتی با ولتاژ ده ها هزار ولت، انرژی تخلیه نیز ناچیز است.

خطرات الکتریسیته ساکن برای قطعات الکترونیکی

الکتریسیته ساکن می تواند مضر باشدLEDs، نه تنها "اختراع اختراع" منحصر به فرد LED، بلکه دیودها و ترانزیستورهای معمولی ساخته شده از مواد سیلیکونی نیز استفاده می شود. حتی ساختمان ها، درختان و حیوانات نیز می توانند توسط الکتریسیته ساکن آسیب ببینند (رعد و برق نوعی الکتریسیته ساکن است و ما در اینجا آن را در نظر نخواهیم گرفت).

بنابراین، الکتریسیته ساکن چگونه به قطعات الکترونیکی آسیب می رساند؟ من نمی خواهم خیلی دور بروم، فقط در مورد دستگاه های نیمه هادی صحبت می کنم، بلکه به دیودها، ترانزیستورها، آی سی ها و LED ها نیز محدود می شود.

آسیب ناشی از الکتریسیته به اجزای نیمه هادی در نهایت شامل جریان می شود. در اثر جریان الکتریکی، دستگاه در اثر گرما آسیب می بیند. اگر جریان وجود داشته باشد، باید ولتاژ وجود داشته باشد. با این حال، دیودهای نیمه هادی دارای اتصالات PN هستند که دارای محدوده ولتاژی هستند که جریان را هم در جهت جلو و هم در جهت معکوس مسدود می کند. مانع پتانسیل رو به جلو کم است، در حالی که مانع پتانسیل معکوس بسیار بالاتر است. در مداری که مقاومت بالاست، ولتاژ متمرکز می شود. اما برای LED ها، زمانی که ولتاژ به جلو به LED اعمال می شود، زمانی که ولتاژ خارجی کمتر از ولتاژ آستانه دیود است (مطابق با عرض شکاف باند مواد)، جریان رو به جلو وجود ندارد و ولتاژ تماما به آن اعمال می شود. محل اتصال PN هنگامی که ولتاژ به طور معکوس به LED اعمال می شود، زمانی که ولتاژ خارجی کمتر از ولتاژ شکست معکوس LED است، ولتاژ همچنین به طور کامل به اتصال PN اعمال می شود. در این زمان، هیچ افت ولتاژی در اتصال لحیم معیوب LED، براکت، ناحیه P و یا ناحیه N وجود ندارد! چون جریانی وجود ندارد. پس از شکسته شدن اتصال PN، ولتاژ خارجی توسط تمام مقاومت های مدار به اشتراک گذاشته می شود. در جایی که مقاومت زیاد است، ولتاژ تحمل شده توسط قطعه زیاد است. تا جایی که به LED ها مربوط می شود، طبیعی است که اتصال PN بیشتر ولتاژ را تحمل می کند. توان حرارتی تولید شده در اتصال PN، افت ولتاژ در آن ضرب در مقدار جریان است. اگر مقدار فعلی محدود نباشد، گرمای بیش از حد باعث سوختن اتصال PN می شود که عملکرد خود را از دست داده و نفوذ می کند.

چرا آی سی ها نسبتا از الکتریسیته ساکن می ترسند؟ از آنجایی که مساحت هر جزء در IC بسیار کوچک است، ظرفیت انگلی هر جزء نیز بسیار کوچک است (اغلب تابع مدار نیاز به ظرفیت انگلی بسیار کمی دارد). بنابراین، مقدار کمی شارژ الکترواستاتیک، ولتاژ الکترواستاتیک بالایی ایجاد می کند و تحمل توان هر جزء معمولاً بسیار کم است، بنابراین تخلیه الکترواستاتیک به راحتی می تواند به آی سی آسیب برساند. با این حال، اجزای گسسته معمولی، مانند دیودهای معمولی برق کوچک و ترانزیستورهای قدرت کوچک، ترس زیادی از الکتریسیته ساکن ندارند، زیرا مساحت تراشه آنها نسبتاً بزرگ است و ظرفیت انگلی آنها نسبتاً زیاد است و جمع کردن ولتاژهای بالا در آنها آسان نیست. آنها را در تنظیمات استاتیک کلی. ترانزیستورهای کم مصرف MOS به دلیل لایه اکسید دروازه نازک و ظرفیت انگلی کوچک، مستعد آسیب های الکترواستاتیکی هستند. آنها معمولاً پس از اتصال کوتاه سه الکترود پس از بسته بندی، کارخانه را ترک می کنند. در استفاده، اغلب لازم است که مسیر کوتاه پس از اتمام جوشکاری حذف شود. با توجه به تراشه بزرگ ترانزیستورهای MOS پرقدرت، الکتریسیته ساکن معمولی به آنها آسیب نمی رساند. بنابراین خواهید دید که سه الکترود ترانزیستورهای MOS قدرت توسط اتصال کوتاه محافظت نمی شوند (سازندگان اولیه هنوز آنها را قبل از خروج از کارخانه اتصال کوتاه می کردند).

یک LED در واقع یک دیود دارد و مساحت آن نسبت به هر یک از اجزای داخل آی سی بسیار بزرگ است. بنابراین، ظرفیت انگلی LED ها نسبتاً زیاد است. بنابراین الکتریسیته ساکن در شرایط عمومی نمی تواند به ال ای دی ها آسیب برساند.

الکتریسیته الکترواستاتیک در شرایط عمومی، به ویژه در مقره ها، می تواند ولتاژ بالایی داشته باشد، اما میزان شارژ تخلیه بسیار کم است و مدت زمان جریان تخلیه بسیار کوتاه است. ولتاژ بار الکترواستاتیک القا شده روی هادی ممکن است خیلی زیاد نباشد، اما جریان تخلیه ممکن است زیاد و اغلب پیوسته باشد. این برای قطعات الکترونیکی بسیار مضر است.

چرا الکتریسیته ساکن آسیب می زند؟تراشه های LEDاغلب رخ نمی دهد

بیایید با یک پدیده تجربی شروع کنیم. یک صفحه آهنی فلزی الکتریسیته ساکن 500 ولت را حمل می کند. ال ای دی را روی صفحه فلزی قرار دهید (برای جلوگیری از مشکلات زیر به روش قرار دادن دقت کنید). به نظر شما ال ای دی آسیب می بیند؟ در اینجا، برای آسیب رساندن به یک LED، معمولاً باید با ولتاژی بیشتر از ولتاژ شکست آن اعمال شود، به این معنی که هر دو الکترود LED باید به طور همزمان با صفحه فلزی تماس داشته باشند و ولتاژی بیشتر از ولتاژ شکست داشته باشند. از آنجایی که صفحه آهن رسانای خوبی است، ولتاژ القایی در آن برابر است و به اصطلاح ولتاژ 500 ولت نسبت به زمین است. بنابراین بین دو الکترود ال ای دی ولتاژی وجود ندارد و طبیعتا هیچ آسیبی نیز نخواهد داشت. مگر اینکه یک الکترود LED را با صفحه آهنی تماس بگیرید و الکترود دیگر را با یک رسانا (دست یا سیم بدون دستکش عایق) به زمین یا سایر هادی ها وصل کنید.

پدیده تجربی بالا به ما یادآوری می کند که وقتی یک LED در یک میدان الکترواستاتیک قرار دارد، یک الکترود باید با بدنه الکترواستاتیک تماس بگیرد و الکترود دیگر باید با زمین یا سایر هادی ها قبل از اینکه آسیب ببیند تماس بگیرد. در تولید و کاربرد واقعی، با اندازه کوچک LED ها، به ندرت احتمال وقوع چنین اتفاقاتی وجود دارد، به خصوص در دسته. حوادث تصادفی ممکن است. به عنوان مثال، یک LED روی یک بدنه الکترواستاتیک قرار دارد و یک الکترود با بدنه الکترواستاتیک تماس می گیرد، در حالی که الکترود دیگر فقط معلق است. در این زمان، کسی الکترود معلق را لمس می کند، که ممکن است به آن آسیب برساندچراغ LED.

پدیده فوق به ما می گوید که نمی توان مشکلات الکترواستاتیکی را نادیده گرفت. تخلیه الکترواستاتیک نیاز به یک مدار رسانا دارد و در صورت وجود الکتریسیته ساکن ضرری ندارد. هنگامی که فقط مقدار بسیار کمی نشتی رخ می دهد، مشکل آسیب الکترواستاتیک تصادفی را می توان در نظر گرفت. اگر در مقادیر زیاد رخ دهد، به احتمال زیاد مشکل آلودگی چیپس یا استرس است.