【電気破壊】半導体や電子機器は高電圧で基盤が焼かれて壊れるのですか？高電流で壊れるのですか？ 電圧で

【電気破壊】半導体や電子機器は高電圧で基盤が焼かれて壊れるのですか？高電流で壊れるのですか？

電圧で壊れるのか、電流で壊れるのか教えて下さい。

壊れる原理も教えて下さい。

No.1 ベストアンサー 回答者： angkor_h 回答日時： 2020/01/27 17:57

高電圧では、絶縁破壊で壊れます・

高電流では、熱破壊で壊れます。

この回答へのお礼

みんなありがとう

お礼日時：2020/01/28 19:37

No.4 回答者： isoworld 回答日時： 2020/01/27 21:06

半導体で故障するのは、絶対最大定格（これ以上かけると壊れるかも知れない＝信頼性を保証できない＝という上限）より高い電圧（数ボルトのことも多い）をかけて絶縁破壊をする（＝電気的に壊れる）か、絶対最大定格より多い電流を流して過剰な発熱をまねき熱的に損傷するか、のどちらかです。

高電圧とか高電流と言っても、半導体の場合は10Vでも壊れるものは珍しくありませんし、電流では10mA（0.01A)で壊れることもふつうにあります。半導体の場合は、高電圧とか高電流というイメージは、ふつうとはかなり違いますよ。
たとえばふつうは5Vで使うCMOSという半導体の絶対最大定格（電圧）は7Vくらいですし、-0.5Vを超えるマイナスの電圧をかけてもダメージを被ります。

No.3 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2020/01/27 20:43

えぇと、まず問題を整理しましょう。

『半導体』や『電子機器』。 半導体は電子機器を構成するひとつの部品です。 ここでの話題は『半導体』にしましょう。

次に『基盤』。 『きばん』という言葉で一般に言われるのは『プリント基板』のことです。 『基盤』ではありません、『基板』、つまり『板』です。 しかし、『半導体』を壊してしまうような電圧にせよ電流にせよ、それで『プリント基板』まで壊してしまうということはまずありません。
実は、半導体でも『基板』という言葉を使わないわけではありません。 それは、いわゆる『ウェハー』のことです。 私たちは『バルク・ウェハー』などと呼んでます。 CD とか DVD のような円板の格好をした半導体素材です。

皆さんが『半導体』と呼んでられるのは、この円板上に素子や回路を作り込んだものです。 ひとつの半導体製品は、たとえば１ミリ四方のように小さなものです。 この円板上にはそれが無数に作られています。 プリント基板に載っている半導体部品は、それを一つ一つていねいに切り離し、それをプラスチックのケースに入れたものです。

この半導体部品は、とても小さいので、大きな電流を流すと狭い領域に電流が集中してしまい、焼き切れてしまいます。 たくさんの電流を流す素子もありますが、それはそれなりに大きな素子です。 なので、普通に見かける小さな素子ではそのような大きな電流は流せないのです。

一方、半導体がいろいろな機能を提供してくれるには、とても繊細な仕組みを使います。 そのためには非常に薄い構造が使われます。
薄い構造というてんから容易にお察しいただけると思いますが、ちょっと高い電圧をかけると絶縁破壊のような故障を起こすのです。

さて、つぎは半導体が壊れるときのもとになる電気エネルギーの話をしましょう。

ここでは、静電気のお話をします。
たかが静電気と言いますが、バカにはできません。

では静電気はいつ起きるでしょう。
プラスチックの下敷きをわきの下に挟んで擦り、下敷きを頭の上にやると、髪の毛が吸い寄せられますね。
この静電気です。

たとえば、自動車。
ドアを開けて運転席に座ってください。 その時、ドスンと座れば、あなたのカラダとイスとの間には非常に大きな静電気を生じます。
逆に、ドアを開けて車から降りてください。
イスから離れたその瞬間、椅子の素材は静電気を発生させ、あなたと自動車との間にはとても高い電位差があります。
その証拠にドアノブに触れてみてください。
パチッ、といったでしょう(もちろん冬の乾燥した条件下でだけですが）

『放電』といえば雷様ですね。 乾燥した１気圧の大気の場合、１メートル離れた電極間に放電を起こしたければ、だいたい300万ボルトを掛ければいいです。 凄い数字と思うでしょ。 そんなことはないんです。 １メートルを１ミクロンメートル、つまり100万分の一にします。 ということは、電極に300万ボルトの100万分の１、つまり、たった３ボルトを掛ければ火花が散るんです。 乾電池２個分ですよ。
では、半導体の中の薄い構造とはどのくらいか。 １ミクロンのさらに1000分の１ぐらいです。 以下に壊れやすいかわかっていただけたでしょうか。

もちろん、壊れやすいのはわかっているのでいろいろ対策はしています。 でも、その原因となる事象を与えないに越したことはありませんよね。
それが、半導体の扱いには気を付けましょうということなのです。

おっと一つ忘れてた。
あなたの質問の残り。

上記の説明は、半導体の構造には『薄い』ところがあるから、高電圧には弱い、ということでした。
では『電流』はどうか。

実はこれらは関係があります。 問題はまず『高電圧』による絶縁破壊から始まります。
絶縁が破壊されることとは、その瞬間に火花放電がおきることを意味しています。
火花放電とは、その放電部が『プラズマ』となっていることを意味します。
プラズマが発生している期間中、放電部位はほぼ１０数ボルトと言う低電圧に保たれ、溜まった電荷がそこを通って流れます。 電圧が低い分だけ電流は短時間ですがとても大きい。 電流が大きければそれだけ発熱量も大きい。
プラズマは『非常に高温』なものです。 それによってそれが生じた部位の半導体は性質が変わったり、周囲の金属が溶け込んだりしてしまいます。
その結果、素子としての機能を失ってしまうのです。

つまり、きっかけは高電圧で、その放電がおきると溜まったエネルギを放出するまで電流がプラズマを維持して素子を破壊するのです。

No.2 回答者： denden_kei 回答日時： 2020/01/27 20:02

素子が破壊する原因としては大きく分けて過電圧、過電流、そして偶発故障がありますが、

高電圧が発端となる場合も、
(1)絶縁破壊により局所的な短絡電流経路が生じる。
(2)当該箇所に大電流が流れる。
(3)素子構造が熱的に破壊される。
(4)素子全体としての機能を失う。
最終的には電流による破壊となると思います。