Что именно жарит чип при инвертировании источника питания?

Исходя из моего собственного опыта, записывать микроконтроллеры довольно просто. Положите 5V на землю, GND на V _CC, и через мгновение ваш чип сгорит.

Что именно происходит внутри, что заставляет его полностью перестать функционировать? Например, если бы я мог волшебным образом открыть чип, переставить все его полупроводниковые соединения и исправить его, где именно мне нужно было бы искать и что мне нужно делать?

Если это зависит от чипа, пожалуйста, выберите любой, который мог бы ответить на мой вопрос или хотя бы дать мне идею.

Большинство коммерческих микросхем изолированы от материала подложки с помощью обратного смещения PN-соединения (включая детали CMOS). Подложка обычно привязана к напряжению, которое должно быть наиболее отрицательным.

Если это не так, то этот переход становится смещенным в прямом направлении и может проводить большой ток, плавя металл или нагревая переход до точки, где он больше не действует как диод. Это обычно при напряжении около 0,6 В, но производители микросхем стараются его обезопасить, обычно говоря вам не опускаться ниже -0,3 В.

(ссылаясь на диаграмму ниже, но не показано, подложка будет привязана к контакту 5)

Большинство CMOS-компонентов имеют еще один поворот: если часть чипа имеет нормальный Vdd, а другая часть видит большой отрицательный ток, это вызовет большую паразитную SCR, которая является побочным эффектом структуры, тогда источник питания устройства потребляет большой ток, который вызывает перегрев, плавление и т. д., если ток не ограничен извне. Это называется защелкой.

Что выпускает волшебный синий дым, когда вы превышаете рабочее напряжение или меняете напряжение питания?

Применяется к любому «чипу»

Чрезмерный ток, вызывающий чрезмерное рассеивание мощности ( ) и / или избыточное напряжение, вызывающее повреждение изоляции из-за высокой напряженности внутреннего поля в сочетании с отсутствием теплопроводности от устройств внутри микросхемы.$I^2 R$

Рассмотрим нелинейную, асимметричную (чувствительную к полярности) физически малую природу внутренних устройств и их малые пути теплопроводности. Сопоставьте это с разрушением при очень низком напряжении очень тонких изолирующих слоев (высокое поле V / m), создавая двунаправленные проводящие пути с низким сопротивлением.

Температура внутри отдельного устройства повышается очень быстро и разрушает его полупроводниковые / изолирующие свойства. После уничтожения это приводит к появлению других путей с низким сопротивлением, вызывающих многочисленные каскадные сбои на других устройствах в чипе.

Все это происходит очень быстро, и это очень одностороннее событие . ( Подумайте, Шалтай-Болтай - Соединение всех частей вместе не вернет вас туда, откуда вы начали - Шалтай покинул здание)

Как ты мог это починить?

По сути, вы не можете вызвать магию не существует. Было бы так много взаимодействующих неисправностей в цепи, что было бы почти невозможно обнаружить любую неисправность. (Помните, что даже в «простой» ИС вы имеете дело с сотнями тысяч устройств.) Все неисправные устройства должны быть идентифицированы и заменены одновременно (при условии, что у вас была возможность восстановить все неисправные устройства на атомном уровне) - пропустите только один, и вы должны начать снова, когда вы включите.

Простое решение (и самое экономичное по времени и деньгам) избавляет от мертвой ошибки, учится на собственном опыте, заменяет ее новым чипом с полной спецификацией и в следующий раз будет более осторожным с источником питания.

Что именно происходит внутри, что заставляет его перестать функционировать?

Избыток тока, соединения могут противостоять току только в одном направлении, когда полярность меняется, они становятся короткими замыканиями. Вырабатывается тепло, сгорают соединения, а также перегреваются другие элементы.

Если бы я мог волшебным образом открыть чип, переставить все его полупроводниковые соединения и исправить это ...

Вы не можете исправить это (на практике), потому что многие соединения теперь разрушены / испарены, а также их непосредственное окружение.

Защита от инверсии полярности довольно проста (диод), однако он генерирует падение напряжения и дополнительное тепло, производитель не встраивает его в микросхему, пользователь IC может при необходимости добавить внешний диод.

Поздний ответ, я пришел сюда через другой вопрос, но заметил, что на самом деле ни один из этих ответов не касается реальной причины, по которой почти любая микросхема / микросхема может быть поджарена путем применения обратного напряжения питания.

Настоящая причина в том, что все микросхемы должны иметь защиту от электростатического разряда на всех контактах, которые не являются контактами питания с такой цепью:

Так что почти у каждого штифта есть это! Это много диодов параллельно. Вы можете легко уничтожить все эти диоды, изменив подачу. И это на самом деле разрушает ваш чип.

Замыкание, как упомянуто выше, является эффектом, который возникает, когда источник питания имеет правильную полярность, но на вход или выход подается ток или источник, вызывая неисправность, как объяснено выше. Это не имеет ничего общего с изменением предложения! Если вы думаете, что я говорю чепуху, пожалуйста, посмотрите, как выполняется тест Latch-up. Для такого теста существует специализированное измерительное оборудование.

Пожалуйста, прочитайте эту превосходную статью, объясняющую latchup, и обратите внимание, что запасы "нормальные", поэтому не поменялись местами! Если вы все еще сомневаетесь, прочитайте тест EIA / JESD78 EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up.

Поскольку полупроводниковые структуры очень малы, их действительно довольно просто сжечь.

1. Зазор на расстоянии - если вы приложите достаточно большое электрическое поле между двумя проводниками, произойдет пробой. Это, будучи на чипе, вызывает неисправность терминала. Это главным образом происходит на воротах структуры FET.
2. Полупроводники в принципе являются нелинейными, чувствительными к полярности устройствами. Это, в свою очередь, делает все устройство очень нелинейным и чувствительным к полярности.
3. Миллион других причин, о которых я не могу думать прямо сейчас ...