Tác hại của tĩnh điện đối với chip LED

 

Cơ chế tạo ra điện tĩnh

Thông thường, tĩnh điện được tạo ra do ma sát hoặc cảm ứng.

Điện ba tĩnh sinh ra do sự chuyển động của điện tích sinh ra trong quá trình tiếp xúc ma sát hoặc tách rời của hai vật. Tĩnh điện do ma sát giữa các vật dẫn điện để lại thường tương đối yếu, đó là do tính dẫn điện mạnh của vật dẫn điện. Các ion sinh ra do ma sát sẽ nhanh chóng chuyển động cùng nhau và trung hòa trong quá trình ma sát và khi kết thúc.

Sau khi ma sát, chất cách điện có thể tạo ra điện áp tĩnh điện cao, nhưng lượng điện tích rất nhỏ. Điều này là do cấu trúc vật lý của chính chất cách điện. Trong cấu trúc phân tử của chất cách điện, các electron khó có thể chuyển động tự do mà không bị hạt nhân ràng buộc. Do đó, ma sát chỉ dẫn đến một lượng nhỏ ion hóa phân tử hoặc nguyên tử.

Tĩnh điện cảm ứng là điện trường được hình thành do chuyển động của các êlectron trong vật dưới tác dụng của điện từ trường. Hiện tượng tĩnh điện cảm ứng chỉ có thể sinh ra trên vật dẫn. Có thể bỏ qua ảnh hưởng của trường điện từ không gian đối với chất cách điện.

Cơ chế phóng tĩnh điện

Nguồn điện 220V có thể giết người, nhưng hàng nghìn vôn trên người không thể giết người. Lý do là gì? Hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện thoả mãn công thức sau: u = q / C. Theo công thức này, khi điện dung rất nhỏ, một lượng nhỏ tích điện thì sẽ tạo ra hiệu điện thế cao.

Thông thường, điện dung của cơ thể chúng ta và các vật thể xung quanh chúng ta là rất nhỏ. Khi một điện tích được tạo ra, một lượng nhỏ điện tích cũng sẽ tạo ra một hiệu điện thế cao. Do lượng điện tích nhỏ nên dòng điện hình thành trong quá trình phóng điện rất nhỏ, thời gian rất ngắn, điện áp không duy trì được, trong thời gian rất ngắn sẽ giảm xuống. Vì cơ thể con người không phải là vật cách điện nên các tĩnh điện tích tụ khắp nơi trong cơ thể sẽ tụ lại khi có đường phóng điện nên người ta cảm thấy dòng điện lớn hơn và người ta cảm thấy như bị điện giật. Sau khi tĩnh điện được tạo ra trong vật dẫn như cơ thể người và các vật dụng bằng kim loại, dòng phóng điện sẽ tương đối lớn.

Đối với vật liệu có tính năng cách nhiệt tốt, một là lượng điện tích sinh ra rất nhỏ; mặt khác, điện tích sinh ra khó lưu chuyển. Mặc dù điện áp cao nhưng khi có đường phóng điện ở đâu đó thì chỉ điện tích ở điểm tiếp xúc và trong phạm vi rất nhỏ gần đó mới có thể phóng điện và phóng điện, còn điện tích ở điểm không tiếp xúc thì không thể phóng điện. Do đó, dù có hiệu điện thế hàng chục nghìn vôn thì năng lượng phóng điện cũng rất nhỏ.

Do đó, mặc dù điện áp tĩnh của hộp nhựa, xốp bao bì và thảm sợi hóa học rất cao nhưng năng lượng phóng điện lại rất nhỏ.

Tác hại của tĩnh điện đối với các linh kiện điện tử

Tĩnh điện có hại cho đèn LED và không phải là “bằng sáng chế” duy nhất của đèn LED. Ngay cả những điốt được sử dụng phổ biến và điốt làm bằng vật liệu silicon cũng bị đe dọa. Ngay cả các tòa nhà, cây cối và động vật cũng có thể bị hư hại do tĩnh điện (sét là một loại tĩnh điện, chúng ta sẽ không xem xét nó ở đây).

Vậy tĩnh điện gây hư hỏng linh kiện điện tử như thế nào? Tôi không muốn đi quá xa, chỉ nói về các thiết bị bán dẫn và nó chỉ giới hạn ở điốt, điốt, IC và đèn LED.

Nguyên nhân gây hại

Sự phá hoại của điện đối với linh kiện bán dẫn suy cho cùng là sự tham gia của dòng điện. Dưới tác dụng của dòng điện, thiết bị bị hư hỏng do nhiệt.

Nếu có dòng điện thì phải có điện áp. Tuy nhiên, điốt bán dẫn có điểm nối PN, dù thuận hay nghịch thì điểm nối PN sẽ có dải điện áp chặn dòng điện. Rào cản phía trước thấp, và hàng rào ngược cao hơn nhiều.

Trong một đoạn mạch, nơi có điện trở lớn thì hiệu điện thế tập trung. Nhưng nhìn vào đèn LED, khi điện áp được đặt vào đèn LED theo chiều thuận, khi điện áp bên ngoài nhỏ hơn điện áp ngưỡng của diode (kích thước tương ứng với độ rộng dải cấm của vật liệu), không có dòng chuyển tiếp, và điện áp đều được áp dụng cho điểm nối PN.

Khi điện áp đặt vào LED theo chiều ngược lại, khi điện áp bên ngoài nhỏ hơn điện áp đánh thủng ngược của LED, thì tất cả điện áp đặt vào tiếp giáp PN. Tại thời điểm này, bất kể các mối hàn ảo của đèn LED, giá đỡ, khu vực P hoặc khu vực N, không có điện áp giảm vì không có dòng điện.

Khi điểm nối PN bị phá vỡ, điện áp bên ngoài sẽ được chia sẻ bởi tất cả các điện trở trên mạch. Nơi nào có điện trở lớn thì phần nào chịu điện áp cao hơn. Theo như LED có liên quan, điều tự nhiên là điểm nối PN chịu phần lớn điện áp. Nhiệt năng tạo ra trên đường giao nhau PN là điện áp rơi trên nó nhân với giá trị dòng điện. Nếu giá trị dòng điện không bị giới hạn, nhiệt độ quá cao sẽ đốt cháy mối nối PN, và đường giao nhau PN sẽ mất chức năng và đi qua.

Tại sao IC sợ tĩnh điện hơn

Vì diện tích của mỗi phần tử trong IC rất nhỏ nên điện dung ký sinh của mỗi phần tử cũng rất nhỏ (thường thì chức năng của mạch yêu cầu điện dung ký sinh rất nhỏ). Do đó, một lượng nhỏ điện tích sẽ tạo ra điện áp tĩnh điện cao, và khả năng chịu điện của mỗi thành phần thường rất nhỏ. Do đó, hiện tượng phóng tĩnh điện dễ làm hỏng vi mạch.

Nhưng các linh kiện rời thông thường, chẳng hạn như điốt công suất thấp thông thường và bóng bán dẫn công suất thấp, không sợ tĩnh điện, vì diện tích chip của chúng tương đối lớn, và điện dung ký sinh tương đối lớn, và không dễ tích tụ cao. điện áp trên chúng trong xác định tĩnh nói chung.

Các bóng bán dẫn MOS công suất thấp dễ bị hỏng do tĩnh điện do lớp ôxít cổng mỏng và điện dung ký sinh nhỏ. Thông thường, ba điện cực được đoản mạch sau khi đóng gói xong, và dây ngắn mạch thường được yêu cầu tháo ra sau khi hàn xong để sử dụng.

Còn ống MOS công suất lớn, do diện tích chip lớn nên tĩnh điện thông thường sẽ không làm hỏng chúng. Vì vậy, bạn sẽ thấy rằng bây giờ ba điện cực của ống MOS nguồn không được bảo vệ bằng các đường ngắn mạch (các nhà sản xuất ban đầu vẫn cho đoản mạch chúng trước khi xuất xưởng).

LED thực sự có một diode, và diện tích của nó là rất lớn so với từng thành phần trong vi mạch. Do đó, điện dung ký sinh của LED tương đối lớn. Do đó, tĩnh điện nói chung không thể làm hỏng đèn LED.

Các trường hợp tĩnh điện nói chung, đặc biệt là tĩnh điện tạo ra trên chất cách điện, có điện áp rất cao, nhưng lượng điện tích phóng điện rất nhỏ, và thời gian của dòng điện phóng điện rất ngắn.

Hiệu điện thế của tĩnh điện gây ra trên vật dẫn có thể không cao lắm, nhưng dòng phóng điện có thể rất lớn, và nó thường là dòng liên tục. Điều này rất có hại cho các linh kiện điện tử.

Tại sao tĩnh điện không thường gây ra hư hỏng cho đèn LED?

Đầu tiên chúng ta hãy xem xét một hiện tượng thực nghiệm. Một tấm kim loại bằng sắt có tĩnh điện 500V. Đặt đèn LED trên tấm kim loại (chú ý phương pháp đặt để tránh các vấn đề sau). Bạn nói rằng đèn LED sẽ bị hư hỏng?

Ở đây, tiền đề để LED bị hư hỏng thường là được đặt vào một hiệu điện thế lớn hơn điện áp đánh thủng của nó, tức là hai điện cực của LED phải tiếp xúc cùng lúc với tấm kim loại và có hiệu điện thế lớn hơn điện áp đánh thủng.

Vì tấm sắt là vật dẫn điện tốt nên điện áp cảm ứng ở mọi nơi trên nó bằng nhau. Cái gọi là điện áp 500V là so với mặt đất. Do đó, không có điện áp giữa hai điện cực của đèn LED, do đó, tự nhiên sẽ không có hư hỏng. Trừ khi, bạn kết nối một điện cực của đèn LED với tấm sắt, và điện cực còn lại được nối với đất hoặc dây dẫn khác bằng dây dẫn (tay hoặc dây không có găng tay cách điện).

Điều kiện đối với hư hỏng đèn LED do tĩnh điện gây ra

Hiện tượng thử nghiệm trên nhắc nhở chúng ta rằng khi đèn LED ở trong trường tĩnh điện, một điện cực phải tiếp xúc với thân tĩnh điện, và điện cực kia phải tiếp xúc với đất hoặc các vật dẫn khác sẽ bị hỏng. Trong thực tế sản xuất và ứng dụng, với khối lượng LED nhỏ, rất ít khả năng xảy ra điều đó, đặc biệt là theo lô. Các sự kiện tình cờ là có thể xảy ra. Ví dụ: đèn LED nằm trên thân tĩnh điện và một điện cực tiếp xúc với phần thân tĩnh điện và điện cực còn lại chỉ ở trạng thái lơ lửng. Nếu ai đó chạm vào điện cực lơ lửng tại thời điểm này, nó có thể làm hỏng đèn LED.

==> Xem thêm: Cột đèn đường

Hiện tượng trên cho chúng ta biết vấn đề tĩnh điện không thể không nhắc đến. Phóng tĩnh điện cần một mạch dẫn điện, và nó không gây ra thiệt hại nếu có tĩnh điện. Khi chỉ xảy ra một lượng nhỏ sự cố rò rỉ, nó có thể được coi là sự cố hư hỏng do tai nạn tĩnh. Nếu nó xảy ra với một lượng lớn, nó có nhiều khả năng là vấn đề nhiễm bẩn phoi hoặc ứng suất.

Nguồn: chieusangcaoap.com