当您反转电源时,究竟是什么炸了芯片?

电器工程 微控制器 力量 短路
2022-01-20 01:22:30

根据我自己的经验,烧录微控制器非常容易。将 5V 接地,将 GND 置于 V CC并立即烧毁您的芯片。

内部到底发生了什么导致它完全停止运行?例如,如果我能够神奇地打开一个芯片并重新排列其所有半导体连接并修复它,我需要查看的具体位置以及我需要做什么?

如果这是特定于芯片的,请选择任何可以回答我的问题或至少给我一个想法的东西。

4个回答

大多数商用 IC 电路通过反向偏置的 PN 结(包括 CMOS 部件)与衬底材料隔离。基板通常与预期最负的电压相关联。

如果不是,则该结变为正向偏置并可以传导大量电流,熔化金属或将结加热到不再充当二极管的程度。这通常是在大约 0.6V 的电压下,但 IC 制造商通常会通过告诉你不要低于 -0.3V 来保证它的安全。

(参考下图,但未显示,基板将连接到引脚 5)

在此处输入图像描述

大多数 CMOS 部件都有另一个转折点,如果芯片的一部分有正常的 Vdd,而另一部分看到很大的负电流,它将触发一个大的寄生 SCR,这是该结构的副作用,然后设备的电源会吸收大电流,如果电流不受外部限制,则会导致过热、熔化等。这称为闩锁。

在此处输入图像描述

当您超过工作电压或反转电源电压时,是什么释放出神奇的蓝烟?

适用于任何“芯片”

电流过大会产生过多的功率耗散 ( ) 和/或过电压导致绝缘击穿,这是由于高内部场强加上芯片内部器件缺乏热传导而导致的。I2R

考虑内部设备的非线性、不对称(极性敏感)、物理上小的特性及其小的热传导路径。将此与非常精细的绝缘层(高场 V/m)的低压破坏相结合,产生双向低电阻传导通路。

内部单个器件的温度会迅速升高并破坏其半导体/绝缘特性。一旦被破坏,这会产生其他低电阻路径,从而导致芯片上其他设备的多个级联故障。

所有这一切都发生得非常快,而且非常单向事件想想Humpty Dumpty - 将所有部分重新组合在一起不会让你回到你开始的地方 - Humpty 已经离开了大楼)

你怎么能修呢?

基本上你不能导致魔法不存在。电路中会有很多相互作用的故障,几乎不可能定位任何故障。(请记住,即使在“简单”IC 中,您也要处理数十万个设备。)必须同时识别和更换所有故障设备(假设您有能力在原子级别重建所有故障设备) - 只错过一个,你必须在你加电时重新开始。

简单的解决方案(在时间和金钱上最具成本效益)扔掉死虫,从经验中学习,用全新的全规格芯片替换它,下次更小心电源。

内部究竟发生了什么导致它停止运行?

电流过大时,结只能抵抗一个方向的电流,当极性反转时,它们就会短路。产生热量,结点燃烧以及其他过热元件。

如果我能够神奇地打开一个芯片并重新排列它的所有半导体连接并修复它......

您无法修复它(实际上),因为现在许多连接点以及它们的直接环境都已损坏/蒸发。

极性反转保护很容易(二极管),但是它会产生电压降和额外的热量,制造商不会将其嵌入芯片中,IC 用户可以根据需要添加外部二极管。

一个迟到的答案,我是通过另一个问题来到这里的,但注意到实际上这些答案都没有解决几乎所有 IC / 芯片都可以通过施加反向电源电压来烧毁的真正原因。

真正的原因是所有芯片都需要对所有非电源引脚的引脚进行 ESD 保护,电路如下:

片上ESD保护电路

所以几乎每个别针都有这个!那是很多二极管并联。您可以通过反转电源轻松破坏所有这些二极管。这实际上会破坏你的芯片。

如上所述的闩锁是当电源具有正确的极性但电流在输入或输出上灌入或拉出时发生的效应,从而导致如上所述的故障。跟逆向供应无关!如果您认为我在胡说八道,请查看如何执行 Latch-up 测试。有专门的测量设备来做这样的测试。

请阅读这篇解释闩锁的优秀文章,并注意电源是“正常的”,所以不要颠倒!如果仍有疑问,请阅读 EIA/JEDEC 标准 IC 闩锁测试 EIA/JESD78。