Was genau brät der Chip, wenn Sie die Stromversorgung umkehren?

Aus eigener Erfahrung ist das Brennen von Mikrocontrollern recht einfach. Legen Sie die 5V auf Masse, GND auf V _CC und im Nu ist Ihr Chip verbrannt.

Was genau passiert intern, was dazu führt, dass es nicht mehr funktioniert? Wenn ich zum Beispiel auf magische Weise einen Chip öffnen und alle seine Halbleiterverbindungen neu anordnen und reparieren könnte, wo genau müsste ich suchen und was müsste ich tun?

Wenn dies chipspezifisch ist, wählen Sie bitte einen aus, der meine Frage beantworten oder mir zumindest eine Idee geben könnte.

Die meisten kommerziellen IC-Schaltungen sind durch einen in Sperrrichtung vorgespannten PN-Übergang (einschließlich CMOS-Teilen) vom Substratmaterial isoliert. Das Substrat ist normalerweise an die Spannung gebunden, von der erwartet wird, dass sie am negativsten ist.

Wenn dies nicht der Fall ist, wird dieser Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und kann viel Strom leiten, Metall schmelzen oder den Übergang so weit erwärmen, dass er nicht mehr als Diode fungiert. Das ist normalerweise bei einer Spannung von ungefähr 0,6 V, aber die IC-Hersteller gehen auf Nummer sicher, indem sie Ihnen sagen, dass Sie nicht unter -0,3 V gehen sollen.

(Bezug nehmend auf das folgende Diagramm, aber nicht gezeigt, würde das Substrat mit Stift 5 verbunden sein.)

Die meisten CMOS-Teile weisen eine andere Wendung auf: Wenn ein Teil des Chips eine normale Vdd hat und ein anderer Teil einen großen negativen Strom sieht, wird ein großer parasitärer SCR ausgelöst, der ein Nebeneffekt der Struktur ist, und die Stromversorgung des Geräts zieht einen großen Strom, der führt zu Überhitzung, Schmelzen usw., wenn der Strom nicht von außen begrenzt wird. Das nennt man Latch-up.

Was setzt den magischen blauen Rauch frei, wenn Sie die Betriebsspannung überschreiten oder die Versorgungsspannung umkehren?

Auf jeden Chip angewendet

Übermäßiger Strom, der eine übermäßige Verlustleistung ( ) und / oder Überspannung erzeugt, die einen Isolationsdurchschlag aufgrund hoher interner Feldstärken in Verbindung mit der fehlenden Wärmeleitung von den Bauelementen im Inneren des Chips verursacht.$I^2 R$

Berücksichtigen Sie die nichtlineare, asymmetrische (polaritätsempfindliche), physikalisch kleine Beschaffenheit der internen Geräte und ihre kleinen Wärmeleitungspfade. Koppeln Sie dies mit einer Niederspannungszerstörung sehr feiner Isolierschichten (hohes Feld V / m), wodurch bidirektionale Leitungswege mit geringem Widerstand entstehen.

Die interne Temperatur der einzelnen Geräte steigt sehr schnell an und zerstört deren Halbleiter- / Isoliereigenschaften. Einmal zerstört, erzeugt dies andere niederohmige Pfade, die mehrere Kaskadenfehler über andere Bauelemente auf dem Chip verursachen.

All dies geschieht sehr schnell und es ist eine Einbahnstraße . ( Denken Sie an Humpty Dumpty. Wenn Sie alle Teile wieder zusammensetzen, gelangen Sie nicht dorthin zurück, wo Sie angefangen haben. Humpty hat das Gebäude verlassen.)

Wie könnten Sie es reparieren?

Grundsätzlich kann man keine Magie verursachen, die es nicht gibt. Es würde so viele wechselwirkende Fehler in der Schaltung geben, dass es nahezu unmöglich wäre, einen Fehler zu lokalisieren. (Denken Sie daran, dass Sie es auch in einem "einfachen" IC mit Hunderttausenden von Geräten zu tun haben.) Alle fehlerhaften Geräte müssten gleichzeitig identifiziert und ersetzt werden (vorausgesetzt, Sie hätten die Möglichkeit, alle fehlerhaften Geräte auf atomarer Ebene zu rekonstruieren). - Verpassen Sie nur eine und Sie müssen erneut starten, wenn Sie einschalten.

Einfache Lösung (und kostengünstigst in Bezug auf Zeit und Geld): Wirf den toten Käfer weg, lerne aus der Erfahrung, ersetze ihn durch einen brandneuen Vollspezifikationschip und sei das nächste Mal vorsichtiger mit dem Netzteil.

Was genau passiert intern, wenn es nicht mehr funktioniert?

Bei Stromüberschuss können Übergänge nur in einer Richtung dem Strom widerstehen, bei Verpolung werden sie zu Kurzschlüssen. Wärme wird erzeugt, Übergänge verbrennen sowie andere überhitzte Elemente.

Wenn ich auf magische Weise in der Lage wäre, einen Chip zu öffnen, alle Halbleiterverbindungen neu anzuordnen und zu reparieren ...

Sie können es nicht (in der Praxis) beheben, da viele Verbindungsstellen jetzt unterbrochen / verdampft sind, sowie ihre unmittelbare Umgebung.

Der Schutz gegen Verpolung ist recht einfach (eine Diode), erzeugt jedoch einen Spannungsabfall und zusätzliche Wärme, der Hersteller bettet sie nicht in den Chip ein, der IC-Benutzer kann bei Bedarf eine externe Diode hinzufügen.

Eine späte Antwort, ich bin über eine andere Frage hierher gekommen, habe aber festgestellt, dass keine dieser Antworten den wahren Grund angibt, warum fast jeder IC / Chip durch Anlegen einer umgekehrten Versorgungsspannung gebraten werden kann.

Der wahre Grund ist, dass alle Chips einen ESD-Schutz für alle Pins benötigen, die keine Pins mit einer Schaltung wie dieser versorgen:

So hat fast jeder Stift dieses! Das sind viele Dioden parallel. Sie können alle diese Dioden leicht zerstören, indem Sie die Versorgung umkehren. Und das zerstört tatsächlich Ihren Chip.

Latch-up wie oben erwähnt ist ein Effekt, der auftritt, wenn die Versorgung die richtige Polarität hat, aber ein Strom an einem Eingang oder Ausgang abgeleitet oder abgeleitet wird, was eine Fehlfunktion verursacht, wie oben erläutert. Es hat nichts mit dem Umkehren der Versorgung zu tun! Wenn Sie denken, ich spreche Unsinn, dann schauen Sie bitte nach, wie ein Latch-up-Test durchgeführt wird. Für diesen Test gibt es spezielle Messgeräte.

Bitte lesen Sie diesen hervorragenden Artikel, der die Verriegelung erklärt, und beachten Sie, dass die Lieferung "normal" ist, also nicht umgekehrt! Lesen Sie im Zweifelsfall den EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up Test EIA / JESD78.

Da die Halbleiterstrukturen sehr klein sind, ist es in der Tat recht einfach, sie abzubrennen.

1. Sicherheitsabstand - Wenn Sie ein ausreichend großes elektrisches Feld zwischen zwei Leitern anlegen, kommt es zu einer Störung. Dies führt auf einem Chip zu einer Fehlfunktion des Terminals. Dies tritt hauptsächlich am Gate einer FET-Struktur auf.
2. Halbleiter sind im Prinzip nichtlineare, polaritätsempfindliche Bauelemente. Dies macht das gesamte Gerät sehr unlinear und polaritätsempfindlich.
3. Millionen andere Gründe, an die ich momentan nicht denken kann ...