Co dokładnie frytuje układ po odwróceniu zasilania?

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​spalanie mikrokontrolerów jest dość łatwe. Umieść 5 V na ziemi, GND na V _CC i w jednej chwili twój układ zostanie spalony.

Co dokładnie dzieje się wewnętrznie, co powoduje, że całkowicie przestaje działać? Na przykład, gdybym był w stanie magicznie otworzyć układ i przestawić wszystkie jego połączenia półprzewodnikowe i naprawić go, gdzie dokładnie powinienem szukać i co powinienem zrobić?

Jeśli jest to specyficzne dla układu, proszę wybrać taki, który mógłby odpowiedzieć na moje pytanie lub przynajmniej dać mi pomysł.

Większość komercyjnych układów scalonych jest izolowanych od materiału podłoża za pomocą złącza PN z odwróconym napięciem (w tym części CMOS). Podłoże jest zwykle związane z napięciem, które powinno być najbardziej ujemne.

Jeśli tak nie jest, to złącze staje się tendencyjne do przodu i może przewodzić dużą ilość prądu, topiąc metal lub ogrzewając złącze do punktu, w którym przestaje działać jak dioda. Zazwyczaj jest to napięcie o wartości około 0,6 V, ale producenci układów scalonych grają w to bezpiecznie, mówiąc, aby nie przekraczać -0,3 V.

(zgodnie z poniższym schematem, ale nie pokazano, podłoże zostanie przywiązane do styku 5)

Większość części CMOS ma inny zwrot, że jeśli część układu ma normalny Vdd, a inna część widzi duży prąd ujemny, wyzwoli duży pasożytniczy SCR, który jest efektem ubocznym struktury, wówczas zasilacz urządzenia pobiera duży prąd, który powoduje przegrzanie, stopienie itp., jeżeli prąd nie jest ograniczony z zewnątrz. To się nazywa zatrzask.

Co uwalnia magiczny niebieski dym po przekroczeniu napięcia roboczego lub odwróceniu napięcia zasilania?

Stosowany do dowolnego „układu”

$I^2 R$

Weź pod uwagę nieliniowy, asymetryczny (wrażliwy na polaryzację), fizycznie niewielki charakter urządzeń wewnętrznych i ich małe ścieżki przewodzenia ciepła. Połącz to z niszczeniem przez niskie napięcie bardzo cienkich warstw izolacyjnych (wysokie pole V / m), wytwarzając dwukierunkowe ścieżki przewodzenia o niskiej rezystancji.

Wewnętrzna temperatura pojedynczego urządzenia rośnie bardzo szybko i niszczy jego właściwości półprzewodnikowe / izolacyjne. Po zniszczeniu powoduje to powstanie innych ścieżek o niskiej rezystancji, powodując liczne awarie kaskadowe w innych urządzeniach w układzie.

Wszystko to dzieje się bardzo szybko i jest to wydarzenie jednorazowe . ( Pomyśl Humpty Dumpty - Złożenie wszystkich elementów razem nie doprowadzi cię z powrotem do miejsca, w którym zacząłeś - Humpty opuścił budynek)

Jak mogłeś to naprawić?

Zasadniczo nie możesz spowodować, że magia nie istnieje. W obwodzie byłoby tak wiele zakłóceń oddziałujących, że zlokalizowanie jakiegokolwiek uszkodzenia byłoby prawie niemożliwe. (Pamiętaj, że nawet w „prostym” układzie scalonym masz do czynienia z setkami tysięcy urządzeń.) Wszystkie wadliwe urządzenia musiałyby zostać zidentyfikowane i wymienione jednocześnie (zakładając, że masz możliwość zrekonstruowania wszystkich wadliwych urządzeń na poziomie atomowym) - przegap tylko jeden i musisz zacząć od nowa po włączeniu zasilania.

Proste rozwiązanie (i najbardziej opłacalne pod względem czasu i pieniędzy) usuwa martwy błąd, uczy się dzięki doświadczeniu, zastępuje go całkowicie nowym układem o pełnej specyfikacji i następnym razem będzie bardziej ostrożny z zasilaczem.

Co dokładnie dzieje się wewnętrznie, co powoduje, że przestaje działać?

Nadmiar prądu, złącza mogą opierać się prądowi tylko w jednym kierunku, gdy odwrócona polaryzacja staje się zwarciem. Generowane jest ciepło, złącza się palą, a także inne przegrzane elementy.

Gdybym magicznie był w stanie otworzyć układ scalony i zmienić jego wszystkie połączenia półprzewodnikowe i naprawić go ...

Nie można tego naprawić (w praktyce), ponieważ wiele skrzyżowań jest teraz zepsutych / odparowanych, a także ich bezpośrednie otoczenie.

Ochrona przed inwersją polaryzacji jest dość łatwa (dioda), jednak generuje spadek napięcia i dodatkowe ciepło, producent nie osadza go w układzie, użytkownik układu scalonego może w razie potrzeby dodać diodę zewnętrzną.

Późna odpowiedź, przyszedłem tutaj przez inne pytanie, ale zauważyłem, że w rzeczywistości żadna z tych odpowiedzi nie dotyczy prawdziwego powodu, dla którego prawie każdy układ scalony / układ scalony może być smażony poprzez zastosowanie odwróconego napięcia zasilania.

Prawdziwym powodem jest to, że wszystkie układy muszą mieć ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi na wszystkich pinach, które nie zasilają pinów o takim obwodzie:

Więc prawie każdy pin ma to! To dużo diod równolegle. Wszystkie te diody można łatwo zniszczyć, odwracając zapasy. I to faktycznie niszczy twój chip.

Zatrzask, jak wspomniano powyżej, to efekt, który występuje, gdy zasilanie ma prawidłową polaryzację, ale prąd jest zatapiany lub pozyskiwany na wejściu lub wyjściu, powodując awarię, jak wyjaśniono powyżej. Nie ma to nic wspólnego z odwracaniem podaży! Jeśli uważasz, że mówię bzdury, sprawdź, jak przeprowadzany jest test Latch-up. Do tego typu testów dostępne są specjalistyczne urządzenia pomiarowe.

Przeczytaj ten doskonały artykuł wyjaśniający zatrzaskiwanie i zauważ, że podaż jest „normalna”, więc nie odwrócona! W razie wątpliwości należy przeczytać test zatrzaskowy EIA / JEDEC STANDARD IC EIA / JESD78.

Ponieważ struktury półprzewodników są bardzo małe, spalenie ich jest naprawdę dość łatwe.

1. Odległość prześwitu - jeśli przyłożysz wystarczająco duże pole elektryczne między dwoma przewodnikami, nastąpi awaria. To, będąc na chipie, powoduje nieprawidłowe działanie terminala. Dzieje się tak głównie na bramce struktury FET.
2. Półprzewodniki w zasadzie są urządzeniami nieliniowymi i wrażliwymi na polaryzację. To z kolei sprawia, że ​​całe urządzenie jest bardzo nieliniowe i wrażliwe na polaryzację.
3. Miliony innych powodów, o których nie mogę teraz myśleć ...