Chính xác những gì chiên chip khi bạn đảo ngược cung cấp điện?

Từ kinh nghiệm của riêng tôi, việc đốt vi điều khiển khá dễ dàng. Đặt 5V xuống đất, GND tại V _CC và ngay lập tức chip của bạn bị đốt cháy.

Chính xác những gì diễn ra trong nội bộ khiến nó ngừng hoạt động hoàn toàn? Ví dụ, nếu tôi có khả năng mở chip một cách kỳ diệu và sắp xếp lại tất cả các kết nối bán dẫn của nó và sửa nó, tôi cần tìm chính xác ở đâu, và tôi cần phải làm gì?

Nếu đây là chip cụ thể, vui lòng chọn bất kỳ câu hỏi nào có thể trả lời câu hỏi của tôi hoặc cho tôi ít nhất một ý tưởng.

Hầu hết các mạch IC thương mại được cách ly khỏi vật liệu nền bằng một tiếp giáp PN phân cực ngược (bao gồm cả các bộ phận CMOS). Chất nền thường được gắn với điện áp dự kiến ​​là âm nhất.

Nếu không, thì điểm nối đó bị lệch về phía trước và có thể dẫn rất nhiều dòng điện, làm nóng chảy kim loại hoặc đốt nóng điểm nối đến điểm không còn hoạt động như một diode. Đó thường là ở điện áp khoảng 0,6V, nhưng các nhà sản xuất IC chơi nó an toàn thường bằng cách nói với bạn không được hạ thấp hơn -0.3V.

(tham khảo sơ đồ bên dưới, nhưng không được hiển thị, chất nền sẽ được gắn với pin 5)

Hầu hết các bộ phận CMOS có một vòng xoắn khác là nếu một phần của chip có Vdd bình thường và một phần khác nhìn thấy dòng điện âm lớn thì nó sẽ kích hoạt một SCR ký sinh lớn là tác dụng phụ của cấu trúc, khi đó bộ nguồn của thiết bị sẽ tạo ra dòng điện lớn. gây ra quá nhiệt, nóng chảy, vv nếu dòng điện không bị giới hạn bên ngoài. Điều đó được gọi là chốt.

Điều gì giải phóng khói màu xanh kỳ diệu khi bạn vượt quá điện áp làm việc hoặc đảo ngược điện áp cung cấp?

Áp dụng cho bất kỳ 'chip'

Dòng điện quá mức tạo ra sự tiêu hao năng lượng quá mức ( ) và / hoặc điện áp dư thừa gây ra sự cố cách điện do cường độ trường bên trong cao cùng với việc thiếu dẫn nhiệt từ các thiết bị bên trong chip.$I^2 R$

Xem xét tính phi tuyến tính, không đối xứng (nhạy cảm phân cực), tính chất vật lý nhỏ của các thiết bị bên trong và đường dẫn nhiệt nhỏ của chúng. Kết hợp điều này với sự phá hủy điện áp thấp của các lớp cách điện rất mịn (trường cao V / m) tạo ra các đường dẫn dẫn điện trở thấp hai chiều.

Nhiệt độ bên trong thiết bị riêng lẻ tăng rất nhanh và phá hủy các đặc tính bán dẫn / cách điện của nó. Khi bị phá hủy, điều này tạo ra các đường dẫn điện trở thấp khác gây ra nhiều lỗi tầng trên các thiết bị khác trên chip.

Tất cả điều này xảy ra rất nhanh và đó là một sự kiện một chiều . ( Nghĩ rằng Humpty Dumpty - Đặt tất cả các mảnh lại với nhau sẽ không đưa bạn trở lại nơi bạn bắt đầu - Humpty đã rời khỏi tòa nhà)

Làm thế nào bạn có thể sửa chữa nó?

Về cơ bản, bạn không thể gây ra phép thuật không tồn tại. Sẽ có rất nhiều lỗi tương tác trong mạch đến mức không thể xác định được bất kỳ lỗi nào. (Hãy nhớ ngay cả trong một IC 'đơn giản' mà bạn đang xử lý hàng trăm nghìn thiết bị.) Tất cả các thiết bị bị lỗi sẽ phải được xác định và thay thế cùng một lúc (giả sử bạn có khả năng tái tạo lại tất cả các thiết bị bị lỗi ở cấp độ nguyên tử) - chỉ nhớ một và bạn phải bắt đầu lại khi bạn bật nguồn.

Giải pháp đơn giản (và tiết kiệm chi phí nhất về thời gian và tiền bạc) vứt bỏ con bọ chết, học hỏi kinh nghiệm, thay thế nó bằng một con chip hoàn toàn mới và lần sau hãy cẩn thận hơn với bộ nguồn.

Chính xác những gì diễn ra trong nội bộ khiến nó ngừng hoạt động?

Quá dòng, các mối nối chỉ có thể chống lại dòng điện theo một hướng, khi cực bị đảo ngược, chúng trở thành ngắn mạch. Nhiệt được tạo ra, các mối nối bị đốt cháy cũng như các yếu tố quá nóng khác.

Nếu tôi kỳ diệu có thể mở một con chip và sắp xếp lại tất cả các kết nối bán dẫn của nó và sửa nó ...

Bạn không thể sửa nó (trong thực tế) vì nhiều mối nối hiện đã bị hỏng / bốc hơi, cũng như môi trường ngay lập tức của chúng.

Bảo vệ chống đảo ngược cực dễ dàng (một diode), tuy nhiên nó tạo ra sự sụt giảm điện áp và nhiệt bổ sung, nhà sản xuất không nhúng nó vào chip, người dùng IC có thể thêm một diode bên ngoài nếu cần thiết.

Một câu trả lời muộn, tôi đến đây thông qua một câu hỏi khác nhưng nhận thấy rằng thực sự không có câu trả lời nào trong số này trả lời lý do thực sự tại sao hầu hết mọi IC / Chip có thể được chiên bằng cách áp dụng điện áp cung cấp đảo ngược.

Lý do thực sự là tất cả các chip cần phải có bảo vệ ESD trên tất cả các chân không cung cấp chân với mạch như thế này:

Vì vậy, hầu như mọi pin đều có cái này! Đó là rất nhiều điốt song song. Bạn có thể dễ dàng phá hủy tất cả các điốt bằng cách đảo ngược nguồn cung cấp. Và điều đó thực sự phá hủy chip của bạn.

Chốt lại như đã đề cập ở trên là một hiệu ứng xảy ra khi nguồn cung có cực đúng nhưng dòng điện bị chìm hoặc có nguồn gốc trên đầu vào hoặc đầu ra gây ra sự cố như đã giải thích ở trên. Nó không có gì để làm với việc đảo ngược nguồn cung! Nếu bạn nghĩ tôi đang nói vớ vẩn thì hãy tìm cách kiểm tra Latch-up được thực hiện. Có thiết bị đo lường chuyên dụng để làm thử nghiệm như vậy.

Xin vui lòng đọc này bài báo xuất sắc giải thích latchup và lưu ý rằng việc cung cấp là "bình thường" vì vậy không đảo ngược! Khi vẫn còn nghi ngờ, hãy đọc EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up Test EIA / JESD78.

Vì các cấu trúc bán dẫn rất nhỏ, nên thực sự rất dễ dàng để đốt cháy chúng.

1. Khoảng cách giải phóng mặt bằng - nếu bạn áp dụng một điện trường đủ lớn giữa hai dây dẫn, sẽ có một sự cố. Điều này, trên một con chip, gây ra sự cố thiết bị đầu cuối. Điều này chủ yếu xảy ra trên Cổng của một cấu trúc FET.
2. Các chất bán dẫn về nguyên tắc là các thiết bị phi tuyến tính, cực nhạy. Điều này đến lượt nó làm cho toàn bộ thiết bị rất phi tuyến tính và cực nhạy.
3. Hàng triệu lý do khác mà tôi không thể nghĩ ra ngay bây giờ ...