静電気の発生メカニズム

通常、静電気は摩擦や誘導によって発生します。

摩擦静電気は、2 つの物体間の接触、摩擦、または分離中に発生する電荷の移動によって発生します。導体間の摩擦によって残る静電気は、導体の導電性が強いため、通常は比較的弱いです。摩擦によって生成されたイオンは、摩擦プロセス中および摩擦プロセスの終了時にすぐに一緒に移動して中和されます。絶縁体の摩擦後、より高い静電圧が発生することがありますが、帯電量は非常にわずかです。これは、絶縁体自体の物理的構造によって決まります。絶縁体の分子構造では、電子が原子核の束縛から自由に移動することが難しいため、摩擦による分子または原子のイオン化はわずかです。

誘導静電気は、物体が電場の中にあるときに、電磁場の作用下で物体内の電子の動きによって形成される電場です。誘導静電気は通常、導体上でのみ発生します。絶縁体に対する空間電磁場の影響は無視できます。

静電気放電機構

220Vの主電源が人を殺す可能性があるのに、人にかかる数千ボルトでは人を殺すことができない理由は何でしょうか?コンデンサの両端の電圧は次の式を満たします: U=Q/C。この式によれば、静電容量が小さく、電荷量が少ない場合、高い電圧が発生します。 「通常、私たちの体や周囲の物体の静電容量は非常に小さいです。電荷が発生すると、少量の電荷でも高電圧が発生します。」電荷量が少ないため、放電する際に発生する電流は非常に小さく、時間も非常に短くなります。電圧を維持できなくなり、極短時間で電流が低下します。 「人体は絶縁体ではないため、体中に溜まった静電気は放電経路があれば集中します。そのため、電流が大きくなったように感じられ、感電するような感覚があります。」人体や金属物体などの導体に静電気が発生すると、比較的大きな放電電流が発生します。

絶縁性の良い材料は、発生する電荷量が非常に少ないことと、発生した電荷が流れにくいことです。電圧が高いにもかかわらず、どこかに放電経路があると、接触点とその近傍の狭い範囲の電荷のみが流れて放電でき、非接触点の電荷は放電できません。したがって、数万ボルトの電圧がかかっても、放電エネルギーは無視できるほど小さい。

電子部品に対する静電気の危険性

静電気は人体に害を及ぼす可能性があります導かれたこれには、LED の独自の「特許」だけでなく、シリコン材料で作られた一般的に使用されるダイオードやトランジスタも含まれます。建物、樹木、動物でさえも静電気によって損傷を受ける可能性があります（雷は静電気の一種なので、ここでは考慮しません）。

では、静電気はどのようにして電子部品にダメージを与えるのでしょうか?半導体デバイスについてだけ話し、ダイオード、トランジスタ、IC、LED に限定して話したいとは思いません。

電気によって半導体コンポーネントに引き起こされる損傷には、最終的には電流が関係します。電流が作用すると、デバイスは熱により損傷します。電流があれば電圧も存在するはずです。ただし、半導体ダイオードには PN 接合があり、順方向と逆方向の両方の電流をブロックする電圧範囲があります。順方向電位障壁は低く、逆方向電位障壁ははるかに高くなります。回路内では抵抗が大きいと電圧が集中します。しかし、LED の場合、電圧が LED に順方向に印加されるとき、外部電圧がダイオードのしきい値電圧 (材料のバンドギャップ幅に相当) より低い場合、順方向電流はなく、電圧はすべて LED に印加されます。 PN接合部。 LED に逆方向に電圧が印加される場合、外部電圧が LED の逆方向降伏電圧より低い場合、電圧は PN 接合全体にも印加されます。この時点では、LEDの半田付け不良、ブラケット、Pエリア、Nエリアともに電圧降下はありません！電流がないからです。 PN 接合が破壊された後、外部電圧は回路上のすべての抵抗によって共有されます。抵抗が高い場合、部品が負担する電圧は高くなります。 LEDに関する限り、PN接合が電圧の大部分を負担するのは当然です。 PN 接合で発生する熱電力は、その両端の電圧降下に電流値を乗じたものです。電流値を制限しないと、過剰な熱により PN 接合が焼損し、機能を失い貫通してしまいます。

IC が比較的静電気を恐れるのはなぜですか? IC 内の各コンポーネントの面積は非常に小さいため、各コンポーネントの寄生容量も非常に小さくなります (多くの場合、回路機能は非常に小さい寄生容量を必要とします)。したがって、少量の静電気が帯電すると高い静電圧が発生し、各部品の許容電力は通常非常に小さいため、静電気の放電により IC が損傷しやすくなります。しかし、通常の小型パワーダイオードや小型パワートランジスタなどの一般的なディスクリート部​​品は、チップ面積が比較的大きく、寄生容量も比較的大きく、高電圧を蓄積することが容易ではないため、静電気の心配はあまりありません。一般的な静的設定でそれらを設定します。低電力 MOS トランジスタは、ゲート酸化層が薄く、寄生容量が小さいため、静電気による損傷を受けやすいです。通常、パッケージ後に 3 つの電極を短絡させて工場から出荷されます。使用時には、溶接完了後にショートルートを削除する必要があることがよくあります。ハイパワー MOS トランジスタはチップ面積が大きいため、通常の静電気では損傷することはありません。したがって、パワー MOS トランジスタの 3 つの電極は短絡によって保護されていないことがわかります (初期のメーカーは依然として工場出荷前に短絡していました)。

LED には実際にはダイオードがあり、その面積は IC 内の各コンポーネントに比べて非常に大きくなります。したがって、LED の寄生容量は比較的大きくなります。したがって、一般的な状況では静電気によって LED が損傷する可能性はありません。

一般的な状況、特に絶縁体上の静電気は高電圧になることがありますが、放電電荷の量は非常に少なく、放電電流の継続時間は非常に短いです。導体に誘起される静電荷の電圧はそれほど高くないかもしれませんが、放電電流は大きく、多くの場合連続的に発生します。これは電子部品にとって非常に有害です。

なぜ静電気がダメージを与えるのかLEDチップあまり起こらない

実験的な現象から始めましょう。金属の鉄板には500Vの静電気が帯電します。 LED を金属プレート上に配置します (以下の問題を避けるため、配置方法に注意してください)。 LEDが破損すると思いますか？ここで、LEDを損傷するには、通常、LEDの耐圧以上の電圧を印加する必要があります。つまり、LEDの両電極が同時に金属板に接触し、耐圧以上の電圧がかかる必要があります。鉄板は良導体であるため、その両端の誘導電圧は等しく、いわゆる 500V の電圧は地面に対して相対的なものになります。したがって、LEDの2つの電極間には電圧がかからず、当然のことながら破損することはありません。 LED の一方の電極を鉄板に接触させ、もう一方の電極を導体 (絶縁手袋をはめていない手またはワイヤー) でアースまたは他の導体に接続する場合を除きます。

上記の実験現象は、LED が静電界にある場合、損傷を受ける前に、一方の電極が静電体に接触し、もう一方の電極がアースまたは他の導体に接触する必要があることを思い出させます。実際の生産や応用では、LED のサイズが小さいため、特にバッチでそのようなことが起こる可能性はほとんどありません。偶発的な出来事が起こる可能性があります。たとえば、LED は静電体上にあり、一方の電極は静電体に接触し、もう一方の電極は浮遊しているだけです。このとき、吊り下げられた電極に誰かが触れると、電極が損傷する可能性があります。LEDライト.

上記の現象は、静電気の問題が無視できないことを示しています。静電気の放電には導電回路が必要ですが、静電気が発生しても害はありません。微量の漏電しか発生しない場合には、偶発的な静電気破壊の問題が考えられます。大量に発生する場合は、チップの汚れやストレスが原因である可能性が高くなります。