Що саме смажить чіп, коли ви інвертуєте джерело живлення?

З мого власного досвіду, записувати мікроконтролери досить легко. Покладіть 5В на землю, GND на V _CC і в одну мить ваш мікросхему спалить.

Що саме відбувається всередині, що змушує його повністю перестати функціонувати? Наприклад, якби я магічним чином зміг відкрити мікросхему та переставити всі її напівпровідникові з'єднання та виправити, куди саме мені потрібно було б шукати, і що мені потрібно робити?

Якщо це стосується чіпа, будь ласка, виберіть будь-який, який міг би відповісти на моє запитання або дати мені хоча б уявлення.

Більшість комерційних мікросхем ізолюються від матеріалу підкладки за допомогою зворотного зміщення PN-з'єднання (включаючи частини CMOS). Зазвичай підкладка прив'язується до напруги, яка, як очікується, буде найбільш негативною.

Якщо цього немає, то цей з'єднання стає упередженим вперед і може проводити велику кількість струму, плавлячи метал або нагріваючи з'єднання до тієї точки, коли він більше не діє як діод. Це, як правило, напруга близько 0,6 В, але виробники ІС захищають його, як правило, кажучи вам не ходити нижче -0,3 В.

(з посиланням на схему нижче, але не показано, підкладка буде прив'язана до штифта 5)

Більшість частин CMOS мають ще один поворот: якщо частина мікросхеми має нормальний Vdd, а інша частина бачить великий негативний струм, це спричинить великий паразитичний SCR, що є побічним ефектом структури, то джерело живлення пристрою притягує великий струм, який викликає перегрів, плавлення тощо, якщо струм зовні не обмежений. Це називається засувкою.

Що вивільняє чарівний синій дим, коли ви перевищуєте робочі напруги або зворотну напругу живлення?

Застосовується до будь-якого "чіпа"

$I^2 R$

Розглянемо нелінійний, асиметричний (чутливий до полярності) фізично малий характер внутрішніх пристроїв та їх малі шляхи теплопровідності. У поєднанні з цим руйнування низької напруги дуже тонких ізоляційних шарів (високе поле В / м), що створюють двонаправлені провідники з низьким опором.

Внутрішня температура індивідуального пристрою підвищується дуже швидко і руйнує його напівпровідникові / ізолюючі властивості. Після знищення це створює інші шляхи низького опору, що призводить до декількох каскадних збоїв на інших пристроях мікросхеми.

Все це відбувається дуже швидко, і це дуже одностороння подія . ( Подумайте, Humpty Dumpty - Якщо скласти всі шматки разом, ви не повернетесь туди, звідки ви почали - Humpty покинув будівлю)

Як ви могли це відремонтувати?

В основному ви не можете викликати, що магія не існує. В ланцюзі було б стільки взаємодіючих несправностей, що локалізувати будь-яку несправність було б майже неможливо. (Пам’ятайте, навіть у «простому» ІМС ви маєте справу з сотнями тисяч пристроїв.) Усі несправні пристрої повинні бути одночасно ідентифіковані та замінені (якщо ви мали можливість реконструювати всі несправні пристрої на атомному рівні) - пропустіть лише одну, і вам доведеться починати заново, коли ви живитесь.

Просте рішення (і найефективніше за часом та грошима) викидає мертву помилку, вивчайте досвід, замініть її абсолютно новою повноцінною мікросхемою та наступного разу будьте обережніші з джерелом живлення.

Що саме відбувається всередині, що змушує його перестати функціонувати?

Надлишок струму, переходи можуть протистояти струму лише в одному напрямку, коли полярність перевернута, вони стають короткими. Тепло генерується, спали спалюються, а також інші перегріті елементи.

Якби я магічним чином зміг відкрити мікросхему та переставити всі її напівпровідникові з'єднання та виправити ...

Ви не зможете це виправити (на практиці), оскільки багато стиків зараз зламано / випароване, а також їх найближче оточення.

Захист від інверсії полярності досить простий (діод), однак він генерує падіння напруги та додаткове тепло, виробник не вбудовує його в мікросхему, користувач IC може при необхідності додати зовнішній діод.

Пізньою відповіддю я прийшов сюди через інше запитання, але зауважив, що насправді жодна з цих відповідей не стосується реальної причини, чому практично будь-який IC / Chip можна обсмажити, застосувавши зворотну напругу живлення.

Справжня причина полягає в тому, що всі мікросхеми повинні мати захист ESD на всіх штирях, які не постачають штифтами з такою схемою:

Тож майже кожен штифт має це! Це паралельно багато діодів. Ви можете легко знищити всі ці діоди, повернувши подачу. І це фактично знищує ваш чіп.

Замикання, як згадувалося вище, - це ефект, який виникає, коли джерело живлення має правильну полярність, але на вході або виході струм занурюється або виводиться, викликаючи несправність, як пояснено вище. Це не має нічого спільного з реверсуванням подачі! Якщо ви думаєте, що я говорю дурниці, то, будь ласка, подивіться, як виконується тест засувок. Для проведення таких випробувань є спеціалізоване вимірювальне обладнання.

Будь ласка, прочитайте цю чудову статтю, що пояснює засувку та зауважте, що подача "нормальна", тому не повертається! Якщо ви все ще сумніваєтеся, прочитайте EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up Test EIA / JESD78.

Оскільки напівпровідникових конструкцій дуже мало, то спалити їх досить просто.

1. Відстань зазору - якщо прикласти досить велике електричне поле між двома провідниками, відбудеться поломка. Це, перебуваючи на мікросхемі, призводить до несправності терміналу. В основному це відбувається на воротах структури FET.
2. Напівпровідники в принципі - нелінійні пристрої, чутливі до полярності. Це в свою чергу робить весь пристрій дуже нелінійним та полярним.
3. Мільйон інших причин, про які я зараз не можу придумати ...