Apa sebenarnya yang menggoreng chip ketika Anda membalikkan catu daya?

Dari pengalaman saya sendiri, membakar mikrokontroler cukup mudah. Letakkan 5V di darat, GND di V _CC dan dalam sekejap chip Anda terbakar.

Apa yang sebenarnya terjadi secara internal yang menyebabkannya berhenti berfungsi sepenuhnya? Sebagai contoh, jika saya secara ajaib dapat membuka sebuah chip dan mengatur ulang semua koneksi semikonduktornya dan memperbaikinya, di mana tepatnya saya harus mencari, dan apa yang harus saya lakukan?

Jika ini khusus chip, silakan pilih yang dapat menjawab pertanyaan saya atau setidaknya berikan saya ide.

Sebagian besar sirkuit IC komersial diisolasi dari bahan substrat dengan sambungan PN yang bias balik (termasuk bagian CMOS). Substrat biasanya dikaitkan dengan tegangan yang diperkirakan paling negatif.

Jika tidak, maka persimpangan itu menjadi bias ke depan dan dapat melakukan banyak arus, melelehkan logam atau memanaskan persimpangan ke titik di mana ia tidak lagi bertindak sebagai dioda. Itu biasanya pada tegangan sekitar 0,6V, tetapi pembuat IC bermain aman biasanya dengan memberitahu Anda untuk tidak turun lebih rendah dari -0,3V.

(mengacu pada diagram di bawah ini, tetapi tidak ditampilkan, media akan diikat ke pin 5)

Sebagian besar bagian CMOS memiliki twist lain bahwa jika bagian dari chip memiliki Vdd normal dan bagian lain melihat arus negatif besar itu akan memicu SCR parasit besar yang merupakan efek samping dari struktur, maka catu daya perangkat menarik arus besar yang menyebabkan overheating, melting dll jika arus tidak dibatasi secara eksternal. Itu disebut latch-up.

Apa yang melepaskan asap biru ajaib ketika Anda melebihi tegangan kerja atau membalikkan tegangan suplai?

Diterapkan pada 'chip' apa saja

$I^2 R$

Pertimbangkan sifat non-linier, asimetris (peka polaritas), fisik kecil dari perangkat internal dan jalur konduksi panasnya yang kecil. Pasangan ini dengan penghancuran tegangan rendah dari lapisan isolasi yang sangat halus (medan tinggi V / m) menghasilkan jalur konduksi resistansi dua arah.

Suhu perangkat individu internal naik sangat cepat dan menghancurkan semikonduktor / sifat isolasi. Setelah hancur, ini menghasilkan jalur resistansi rendah lainnya yang menyebabkan beberapa kegagalan cascading di perangkat lain pada chip.

Semua ini terjadi dengan sangat cepat dan ini merupakan acara satu arah . ( Pikirkan Humpty Dumpty - Menyatukan semua bagian tidak akan membuat Anda kembali ke tempat Anda memulai - Humpty telah meninggalkan gedung)

Bagaimana Anda bisa memperbaikinya?

Pada dasarnya kamu tidak dapat menyebabkan sihir tidak ada. Akan ada begitu banyak kesalahan yang berinteraksi dalam rangkaian sehingga hampir tidak mungkin untuk menemukan kesalahan apa pun. (Ingat bahkan dalam IC 'sederhana' Anda berhadapan dengan ratusan ribu perangkat.) Semua perangkat yang salah harus diidentifikasi dan diganti pada saat yang sama (dengan asumsi Anda memiliki kemampuan untuk merekonstruksi semua perangkat yang rusak pada tingkat atom) - lewatkan hanya satu dan Anda harus memulai lagi ketika Anda menyalakan.

Solusi sederhana (dan paling hemat biaya waktu dan uang) membuang bug mati, belajar dari pengalaman, menggantinya dengan chip spec lengkap baru dan lain kali lebih berhati-hati dengan catu daya.

Apa yang sebenarnya terjadi secara internal yang menyebabkannya berhenti berfungsi?

Kelebihan arus, persimpangan dapat menahan arus hanya dalam satu arah, ketika polaritas terbalik mereka menjadi arus pendek. Panas dihasilkan, persimpangan terbakar serta elemen panas lainnya.

Jika saya secara ajaib dapat membuka sebuah chip dan mengatur ulang semua koneksi semikonduktornya dan memperbaikinya ...

Anda tidak dapat memperbaikinya (secara praktis) karena banyak persimpangan sekarang rusak / menguap, serta lingkungan terdekatnya.

Perlindungan terhadap inversi polaritas cukup mudah (dioda), namun menghasilkan penurunan tegangan dan panas tambahan, pabrikan tidak menanamkannya pada chip, pengguna IC dapat menambahkan dioda eksternal jika perlu.

Jawaban yang terlambat, saya datang ke sini melalui pertanyaan lain tetapi memperhatikan bahwa sebenarnya tidak ada jawaban yang membahas alasan sebenarnya mengapa hampir semua IC / Chip dapat digoreng dengan menerapkan tegangan suplai terbalik.

Alasan sebenarnya adalah bahwa semua chip harus memiliki perlindungan ESD pada semua pin yang tidak memasok pin dengan sirkuit seperti ini:

Jadi hampir setiap pin memiliki ini! Itu banyak dioda secara paralel. Anda dapat dengan mudah menghancurkan semua dioda ini dengan membalik persediaan. Dan itu benar-benar menghancurkan chip Anda.

Latch-up seperti yang disebutkan di atas adalah efek yang terjadi ketika pasokan memiliki polaritas yang benar tetapi arus tenggelam atau bersumber pada input atau output yang menyebabkan kegagalan fungsi seperti dijelaskan di atas. Itu tidak ada hubungannya dengan membalik pasokan! Jika Anda pikir saya sedang berbicara omong kosong maka tolong lihat bagaimana tes Latch-up dilakukan. Ada peralatan pengukuran khusus untuk melakukan tes tersebut.

Silahkan baca ini artikel yang sangat baik menjelaskan latchup dan perhatikan bahwa pasokan adalah "normal" sehingga tidak terbalik! Ketika masih ragu, baca Tes Latch-Up IC EIA / JEDEC STANDARD EIA / JESD78.

Karena struktur semikonduktor sangat kecil, memang cukup mudah untuk membakarnya.

1. Jarak bebas - jika Anda menerapkan medan listrik yang cukup besar antara dua konduktor, akan ada gangguan. Ini, karena pada chip, menyebabkan kerusakan terminal. Ini terutama terjadi pada Gerbang struktur FET.
2. Semikonduktor pada prinsipnya adalah perangkat non-linear, peka terhadap polaritas. Ini pada gilirannya membuat seluruh perangkat sangat tidak linier dan sensitif terhadap polaritas.
3. Juta alasan lain yang tidak bisa saya pikirkan saat ini ...