Mécanisme de génération d'électricité statique

Habituellement, l'électricité statique est générée par friction ou par induction.

L'électricité statique de friction est générée par le mouvement de charges électriques générées lors du contact, du frottement ou de la séparation entre deux objets. L'électricité statique laissée par le frottement entre les conducteurs est généralement relativement faible, en raison de la forte conductivité des conducteurs. Les ions générés par la friction se déplaceront rapidement ensemble et se neutraliseront pendant et à la fin du processus de friction. Après friction de l’isolant, une tension électrostatique plus élevée peut être générée, mais la quantité de charge est très faible. Ceci est déterminé par la structure physique de l’isolant lui-même. Dans la structure moléculaire d'un isolant, il est difficile pour les électrons de se déplacer librement sans se lier au noyau atomique, de sorte que la friction n'entraîne qu'une petite quantité d'ionisation moléculaire ou atomique.

L'électricité statique inductive est un champ électrique formé par le mouvement d'électrons dans un objet sous l'action d'un champ électromagnétique lorsque l'objet est dans un champ électrique. L'électricité statique inductive ne peut généralement être générée que sur les conducteurs. L’effet des champs électromagnétiques spatiaux sur les isolants peut être ignoré.

Mécanisme de décharge électrostatique

Quelle est la raison pour laquelle l'électricité secteur 220 V peut tuer des personnes, mais des milliers de volts sur des personnes ne peuvent pas les tuer ? La tension aux bornes du condensateur répond à la formule suivante : U=Q/C. Selon cette formule, lorsque la capacité et la quantité de charge sont faibles, une haute tension sera générée. « Habituellement, la capacité de notre corps et des objets qui nous entourent est très faible. Lorsqu'une charge électrique est générée, une petite quantité de charge électrique peut également générer une haute tension. En raison de la faible quantité de charge électrique, lors de la décharge, le courant généré est très faible et le temps est très court. La tension ne peut pas être maintenue et le courant chute en un temps extrêmement court. « Parce que le corps humain n’est pas un isolant, les charges statiques accumulées dans tout le corps, lorsqu’il existe un chemin de décharge, convergeront. Par conséquent, on a l’impression que le courant est plus élevé et il y a une sensation de choc électrique. Une fois que l'électricité statique est générée dans des conducteurs tels que des corps humains et des objets métalliques, le courant de décharge sera relativement important.

Pour les matériaux ayant de bonnes propriétés isolantes, l’une est que la quantité de charge électrique générée est très faible et l’autre est que la charge électrique générée est difficile à circuler. Bien que la tension soit élevée, lorsqu'il y a un chemin de décharge quelque part, seule la charge au point de contact et dans une petite plage à proximité peut s'écouler et se décharger, tandis que la charge au point sans contact ne peut pas se décharger. Par conséquent, même avec une tension de plusieurs dizaines de milliers de volts, l’énergie de décharge est également négligeable.

Risques d'électricité statique pour les composants électroniques

L'électricité statique peut être nocive pourDIRIGÉs, non seulement le « brevet » unique des LED, mais également des diodes et des transistors couramment utilisés en matériaux silicium. Même les bâtiments, les arbres et les animaux peuvent être endommagés par l'électricité statique (la foudre est une forme d'électricité statique et nous n'en parlerons pas ici).

Alors, comment l’électricité statique endommage-t-elle les composants électroniques ? Je ne veux pas aller trop loin, je parle simplement des dispositifs à semi-conducteurs, mais également des diodes, des transistors, des circuits intégrés et des LED.

Les dommages causés par l’électricité aux composants semi-conducteurs impliquent en fin de compte le courant. Sous l’action du courant électrique, l’appareil est endommagé par la chaleur. S'il y a du courant, il doit y avoir une tension. Cependant, les diodes semi-conductrices ont des jonctions PN, qui ont une plage de tension qui bloque le courant dans le sens direct et inverse. La barrière potentielle directe est faible, tandis que la barrière potentielle inverse est beaucoup plus élevée. Dans un circuit où la résistance est élevée, la tension est concentrée. Mais pour les LED, lorsque la tension est appliquée directement à la LED, lorsque la tension externe est inférieure à la tension de seuil de la diode (correspondant à la largeur de bande interdite du matériau), il n'y a pas de courant direct et la tension est entièrement appliquée à la jonction PN. Lorsque la tension est appliquée à la LED en sens inverse, lorsque la tension externe est inférieure à la tension de claquage inverse de la LED, la tension est également appliquée entièrement à la jonction PN. À ce stade, il n’y a aucune chute de tension ni dans le joint de soudure défectueux de la LED, ni dans le support, ni dans la zone P, ni dans la zone N ! Parce qu'il n'y a pas de courant. Une fois la jonction PN détruite, la tension externe est partagée par toutes les résistances du circuit. Là où la résistance est élevée, la tension supportée par la pièce est élevée. En ce qui concerne les LED, il est naturel que la jonction PN supporte l'essentiel de la tension. La puissance thermique générée à la jonction PN est la chute de tension à ses bornes multipliée par la valeur du courant. Si la valeur du courant n'est pas limitée, une chaleur excessive brûlera la jonction PN, qui perdra sa fonction et pénétrera.

Pourquoi les circuits intégrés ont-ils relativement peur de l’électricité statique ? Étant donné que la surface de chaque composant dans un circuit intégré est très petite, la capacité parasite de chaque composant est également très petite (souvent, le fonctionnement du circuit nécessite une très petite capacité parasite). Par conséquent, une petite quantité de charge électrostatique générera une tension électrostatique élevée et la tolérance de puissance de chaque composant est généralement très petite, de sorte qu'une décharge électrostatique peut facilement endommager le circuit intégré. Cependant, les composants discrets ordinaires, tels que les diodes de petite puissance ordinaires et les transistors de petite puissance, n'ont pas très peur de l'électricité statique, car leur surface de puce est relativement grande et leur capacité parasite est relativement grande, et il n'est pas facile d'accumuler des tensions élevées sur les dans des paramètres statiques généraux. Les transistors MOS de faible puissance sont sujets aux dommages électrostatiques en raison de leur fine couche d'oxyde de grille et de leur faible capacité parasite. Ils quittent généralement l'usine après avoir court-circuité les trois électrodes après emballage. En utilisation, il est souvent nécessaire de supprimer le trajet court une fois le soudage terminé. En raison de la grande surface de puce des transistors MOS haute puissance, l'électricité statique ordinaire ne les endommagera pas. Vous verrez donc que les trois électrodes des transistors MOS de puissance ne sont pas protégées par les courts-circuits (les premiers fabricants les court-circuitaient encore avant de quitter l'usine).

Une LED possède en fait une diode et sa surface est très grande par rapport à chaque composant du circuit intégré. La capacité parasite des LED est donc relativement importante. Par conséquent, l’électricité statique dans des situations générales ne peut pas endommager les LED.

L'électricité électrostatique dans des situations générales, en particulier sur les isolants, peut avoir une tension élevée, mais la quantité de charge de décharge est extrêmement faible et la durée du courant de décharge est très courte. La tension de la charge électrostatique induite sur le conducteur peut ne pas être très élevée, mais le courant de décharge peut être important et souvent continu. Ceci est très nocif pour les composants électroniques.

Pourquoi l'électricité statique endommage-t-ellePuces LEDne se produit pas souvent

Commençons par un phénomène expérimental. Une plaque de fer métallique transporte de l'électricité statique de 500 V. Placez la LED sur la plaque métallique (faites attention à la méthode de placement pour éviter les problèmes suivants). Pensez-vous que la LED sera endommagée ? Ici, pour endommager une LED, il faut généralement lui appliquer une tension supérieure à sa tension de claquage, ce qui signifie que les deux électrodes de la LED doivent simultanément entrer en contact avec la plaque métallique et avoir une tension supérieure à la tension de claquage. Comme la plaque de fer est un bon conducteur, la tension induite à ses bornes est égale et la tension dite de 500 V est relative à la terre. Il n’y a donc aucune tension entre les deux électrodes de la LED et il n’y aura naturellement aucun dommage. À moins que vous ne contactiez une électrode d'une LED avec une plaque de fer et que vous connectiez l'autre électrode avec un conducteur (main ou fil sans gants isolants) à la terre ou à d'autres conducteurs.

Le phénomène expérimental ci-dessus nous rappelle que lorsqu'une LED est dans un champ électrostatique, une électrode doit entrer en contact avec le corps électrostatique et l'autre électrode doit entrer en contact avec la terre ou d'autres conducteurs avant de pouvoir être endommagée. Dans la production et les applications réelles, compte tenu de la petite taille des LED, il est rare que de telles choses se produisent, en particulier par lots. Des événements accidentels sont possibles. Par exemple, une LED se trouve sur un corps électrostatique et une électrode entre en contact avec le corps électrostatique, tandis que l'autre électrode est simplement suspendue. A ce moment, quelqu'un touche l'électrode suspendue, ce qui pourrait endommager leLumière LED.

Le phénomène ci-dessus nous indique que les problèmes électrostatiques ne peuvent être ignorés. La décharge électrostatique nécessite un circuit conducteur et il n'y a aucun danger en cas de présence d'électricité statique. Lorsque seule une très petite quantité de fuite se produit, le problème des dommages électrostatiques accidentels peut être envisagé. Si cela se produit en grande quantité, il s’agit probablement d’un problème de contamination par des copeaux ou de stress.