Mekanisme pembangkitan listrik statis

Biasanya listrik statis dihasilkan karena gesekan atau induksi.

Listrik statis gesekan dihasilkan oleh pergerakan muatan listrik yang dihasilkan selama kontak, gesekan, atau pemisahan antara dua benda. Listrik statis yang ditimbulkan oleh gesekan antar konduktor biasanya relatif lemah, karena kuatnya konduktivitas konduktor. Ion-ion yang dihasilkan oleh gesekan akan dengan cepat bergerak bersama dan menjadi netral selama dan pada akhir proses gesekan. Setelah isolator digosok, tegangan elektrostatik yang lebih tinggi dapat dihasilkan, tetapi jumlah muatannya sangat kecil. Hal ini ditentukan oleh struktur fisik isolator itu sendiri. Pada struktur molekul suatu isolator, sulit bagi elektron untuk bergerak bebas bebas dari ikatan inti atom, sehingga gesekan hanya menghasilkan sejumlah kecil ionisasi molekul atau atom.

Listrik statis induktif adalah medan listrik yang dibentuk oleh pergerakan elektron pada suatu benda akibat pengaruh medan elektromagnetik ketika benda tersebut berada dalam medan listrik. Listrik statis induktif umumnya hanya dapat dihasilkan pada konduktor. Pengaruh medan elektromagnetik spasial pada isolator dapat diabaikan.

Mekanisme pelepasan muatan listrik statis

Apa alasan mengapa listrik 220V dapat membunuh manusia, tetapi tegangan ribuan volt pada manusia tidak dapat membunuh mereka? Tegangan melintasi kapasitor memenuhi rumus berikut: U=Q/C. Menurut rumus ini, ketika kapasitansi kecil dan jumlah muatannya kecil, tegangan tinggi akan dihasilkan. “Biasanya kapasitansi tubuh kita dan benda-benda di sekitar kita sangat kecil. Ketika muatan listrik dihasilkan, sejumlah kecil muatan listrik juga dapat menghasilkan tegangan tinggi.”. Karena jumlah muatan listrik yang kecil, maka pada saat pengosongan, arus yang dihasilkan sangat kecil, dan waktu yang sangat singkat. Tegangan tidak dapat dipertahankan, dan arus turun dalam waktu yang sangat singkat. “Karena tubuh manusia bukanlah isolator, maka muatan statis yang terkumpul di seluruh tubuh, bila ada jalur pelepasan, akan menyatu. Oleh karena itu, arusnya terasa lebih tinggi dan ada rasa tersengat listrik.”. Setelah listrik statis dibangkitkan pada penghantar seperti tubuh manusia dan benda logam, arus pelepasannya akan relatif besar.

Untuk bahan dengan sifat insulasi yang baik, salah satunya adalah jumlah muatan listrik yang dihasilkan sangat kecil, dan yang lainnya adalah muatan listrik yang dihasilkan sulit mengalir. Meskipun tegangannya tinggi, namun jika terdapat jalur pelepasan di suatu tempat, hanya muatan pada titik kontak dan dalam jarak kecil di dekatnya yang dapat mengalir dan mengalir, sedangkan muatan pada titik non kontak tidak dapat dilepaskan. Oleh karena itu, meski dengan tegangan puluhan ribu volt, energi pelepasannya juga dapat diabaikan.

Bahaya listrik statis pada komponen elektronik

Listrik statis dapat membahayakanDIPIMPINs, bukan hanya “paten” unik LED, tetapi juga dioda dan transistor yang umum digunakan yang terbuat dari bahan silikon. Bahkan bangunan, pohon, dan hewan dapat dirusak oleh listrik statis (petir adalah salah satu bentuk listrik statis, dan kami tidak akan membahasnya di sini).

Lantas, bagaimana listrik statis dapat merusak komponen elektronik? Saya tidak mau panjang lebar, hanya membahas perangkat semikonduktor saja, namun juga terbatas pada dioda, transistor, IC, dan LED.

Kerusakan akibat listrik pada komponen semikonduktor pada akhirnya melibatkan arus. Di bawah pengaruh arus listrik, perangkat rusak karena panas. Kalau ada arus pasti ada tegangan. Namun, dioda semikonduktor memiliki sambungan PN, yang memiliki rentang tegangan yang menghalangi arus baik dalam arah maju maupun mundur. Potensi hambatan ke depan rendah, sedangkan potensi hambatan sebaliknya jauh lebih tinggi. Pada rangkaian yang resistansinya tinggi, tegangan terkonsentrasi. Tetapi untuk LED, ketika tegangan diterapkan maju ke LED, ketika tegangan eksternal kurang dari tegangan ambang batas dioda (sesuai dengan lebar celah pita material), tidak ada arus maju, dan semua tegangan diterapkan ke LED. persimpangan PN. Ketika tegangan diterapkan ke LED secara terbalik, ketika tegangan eksternal lebih kecil dari tegangan rusaknya LED, tegangan juga diterapkan ke sambungan PN seluruhnya. Pada saat ini, tidak ada penurunan tegangan pada sambungan solder LED yang rusak, braket, area P, atau area N! Karena tidak ada arus. Setelah sambungan PN diputus, tegangan eksternal dibagi oleh semua resistor pada rangkaian. Jika resistansinya tinggi, tegangan yang ditanggung oleh bagian tersebut juga tinggi. Sejauh menyangkut LED, wajar jika sambungan PN menanggung sebagian besar tegangan. Daya termal yang dihasilkan pada sambungan PN adalah penurunan tegangan dikalikan dengan nilai arus. Jika nilai arus tidak dibatasi, panas berlebih akan membakar sambungan PN, sehingga kehilangan fungsinya dan menembus.

Mengapa IC relatif takut terhadap listrik statis? Karena luas tiap komponen dalam sebuah IC sangat kecil, maka kapasitansi parasit setiap komponen juga sangat kecil (seringkali fungsi rangkaian memerlukan kapasitansi parasit yang sangat kecil). Oleh karena itu, muatan elektrostatik dalam jumlah kecil akan menghasilkan tegangan elektrostatis yang tinggi, dan toleransi daya masing-masing komponen biasanya sangat kecil, sehingga pelepasan muatan listrik statis dapat dengan mudah merusak IC. Namun, komponen diskrit biasa, seperti dioda daya kecil biasa dan transistor daya kecil, tidak terlalu takut terhadap listrik statis, karena area chipnya relatif besar dan kapasitansi parasitnya relatif besar, serta tidak mudah untuk mengakumulasi tegangan tinggi pada mereka dalam pengaturan statis umum. Transistor MOS berdaya rendah rentan terhadap kerusakan elektrostatik karena lapisan oksida gerbangnya yang tipis dan kapasitansi parasit yang kecil. Mereka biasanya meninggalkan pabrik setelah mengalami hubungan arus pendek pada ketiga elektroda setelah pengemasan. Dalam penggunaannya, sering kali diperlukan untuk menghilangkan rute pendek setelah pengelasan selesai. Karena area chip yang besar pada transistor MOS berdaya tinggi, listrik statis biasa tidak akan merusaknya. Jadi, Anda akan melihat bahwa ketiga elektroda transistor MOS daya tidak dilindungi oleh korsleting (produsen awal masih melakukan korsleting sebelum meninggalkan pabrik).

Sebuah LED sebenarnya memiliki dioda, dan luasnya relatif sangat besar untuk setiap komponen di dalam IC. Oleh karena itu, kapasitansi parasit LED relatif besar. Oleh karena itu, listrik statis dalam situasi umum tidak dapat merusak LED.

Listrik elektrostatis pada umumnya, terutama pada isolator, dapat mempunyai tegangan yang tinggi, namun jumlah muatan pelepasannya sangat kecil, dan durasi arus pelepasannya sangat singkat. Tegangan muatan elektrostatis yang diinduksikan pada konduktor mungkin tidak terlalu tinggi, namun arus pelepasannya mungkin besar dan seringkali kontinu. Hal ini sangat berbahaya bagi komponen elektronik.

Mengapa listrik statis merusakchip LEDtidak sering terjadi

Mari kita mulai dengan fenomena eksperimental. Sebuah pelat besi logam membawa listrik statis 500V. Tempatkan LED pada pelat logam (perhatikan cara penempatannya untuk menghindari masalah berikut). Apakah menurut Anda LED akan rusak? Di sini, untuk merusak sebuah LED, biasanya harus diterapkan dengan tegangan lebih besar dari tegangan rusaknya, yang berarti bahwa kedua elektroda LED harus secara bersamaan bersentuhan dengan pelat logam dan memiliki tegangan lebih besar dari tegangan rusaknya. Karena pelat besi adalah konduktor yang baik, tegangan induksi yang melewatinya adalah sama, dan tegangan yang disebut 500V relatif terhadap tanah. Oleh karena itu, tidak ada tegangan antara kedua elektroda LED, dan tentu saja tidak akan ada kerusakan. Kecuali jika Anda menghubungi salah satu elektroda LED dengan pelat besi, dan menghubungkan elektroda lainnya dengan konduktor (tangan atau kawat tanpa sarung tangan isolasi) ke ground atau konduktor lainnya.

Fenomena percobaan di atas mengingatkan kita bahwa ketika LED berada dalam medan elektrostatis, salah satu elektroda harus bersentuhan dengan benda elektrostatik, dan elektroda lainnya harus menyentuh tanah atau konduktor lain sebelum dapat rusak. Dalam produksi dan penerapan sebenarnya, dengan ukuran LED yang kecil, kecil kemungkinan hal seperti itu akan terjadi, terutama dalam batch. Peristiwa yang tidak disengaja mungkin terjadi. Misalnya, sebuah LED berada pada benda elektrostatis, dan satu elektroda bersentuhan dengan benda elektrostatis, sedangkan elektroda lainnya hanya digantung. Pada saat ini, seseorang menyentuh elektroda yang digantung, yang dapat merusaknyaLampu LED.

Fenomena di atas memberitahu kita bahwa masalah elektrostatis tidak dapat diabaikan. Pelepasan muatan listrik statis memerlukan rangkaian konduktif, dan tidak ada salahnya jika terdapat listrik statis. Jika kebocoran hanya terjadi dalam jumlah yang sangat kecil, masalah kerusakan elektrostatis yang tidak disengaja dapat dipertimbangkan. Jika terjadi dalam jumlah besar, kemungkinan besar ini adalah masalah kontaminasi chip atau stres.