ชิปใดทอดชิปเมื่อคุณสลับแหล่งจ่ายไฟ

จากประสบการณ์ของฉันเองการเขียนไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นเรื่องง่าย ใส่ 5V ลงไปที่พื้น GND ที่ V _CCและทันทีที่ชิปของคุณถูกไฟไหม้

อะไรคือสิ่งที่เกิดขึ้นภายในที่ทำให้มันหยุดทำงานอย่างสมบูรณ์? ตัวอย่างเช่นหากฉันสามารถเปิดชิปและจัดการการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดอย่างน่าอัศจรรย์และแก้ไขได้ฉันจะต้องดูที่ไหนและฉันต้องทำอย่างไร

หากนี่เป็นเฉพาะชิปโปรดเลือกรายการใดก็ได้ที่สามารถตอบคำถามของฉันหรือเสนอแนวคิดให้ฉันเป็นอย่างน้อย

วงจร IC เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่จะแยกได้จากวัสดุพื้นผิวโดยแยก PN กลับแบบเอนเอียง (รวมถึงชิ้นส่วน CMOS) สารตั้งต้นมักจะเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้าที่คาดว่าจะเป็นลบมากที่สุด

หากไม่เป็นเช่นนั้นจุดเชื่อมต่อนั้นจะกลายเป็นลำเอียงไปข้างหน้าและสามารถดำเนินกระแสไฟฟ้าจำนวนมากหลอมโลหะหรือให้ความร้อนถึงจุดที่ไม่ทำหน้าที่เป็นไดโอดอีกต่อไป โดยทั่วไปจะมีแรงดันประมาณ 0.6V แต่ผู้ผลิต IC เล่นได้อย่างปลอดภัยโดยบอกให้คุณไม่ต่ำกว่า -0.3V

(อ้างอิงจากแผนภาพด้านล่าง แต่ไม่แสดงสารตั้งต้นจะถูกผูกไว้กับขา 5)

ส่วน CMOS ส่วนใหญ่มีการบิดอีกครั้งหากส่วนหนึ่งของชิปมี Vdd ปกติและอีกส่วนหนึ่งมองเห็นกระแสลบขนาดใหญ่มันจะกระตุ้น SCR ปรสิตขนาดใหญ่ซึ่งเป็นผลข้างเคียงของโครงสร้างจากนั้นแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์จะดึงกระแสขนาดใหญ่ซึ่ง ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปละลาย ฯลฯ หากปัจจุบันไม่ จำกัด จากภายนอก ที่เรียกว่า latch-up

สิ่งที่ปล่อยควันสีน้ำเงินวิเศษเมื่อคุณเกินแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานหรือย้อนกลับแรงดันไฟฟ้า?

นำไปใช้กับ 'ชิป' ใด ๆ

$I^2 R$

พิจารณาความไม่เป็นเชิงเส้นไม่สมมาตร (ความไวต่อกระแสไฟฟ้า) ธรรมชาติขนาดเล็กของอุปกรณ์ภายในและเส้นทางการนำความร้อนขนาดเล็ก จับคู่กับการทำลายแรงดันไฟฟ้าต่ำของชั้นฉนวนที่ดีมาก (high field V / m) สร้างเส้นทางการนำความต้านทานต่ำแบบสองทิศทาง

อุณหภูมิของอุปกรณ์ภายในแต่ละตัวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและทำลายคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ / ฉนวน เมื่อถูกทำลายสิ่งนี้จะสร้างทางเดินต้านทานต่ำอื่น ๆ ที่ก่อให้เกิดความล้มเหลวหลายครั้งในอุปกรณ์อื่น ๆ บนชิป

ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและมากเป็นเหตุการณ์หนึ่งวิธีของมัน ( คิดว่า Humpty Dumpty - การนำชิ้นส่วนทั้งหมดกลับมารวมกันจะไม่นำคุณกลับไปยังจุดเริ่มต้น - Humpty ออกจากอาคาร)

คุณซ่อมได้อย่างไร?

โดยพื้นฐานแล้วคุณไม่สามารถทำให้เกิดเวทมนต์ได้ จะมีข้อบกพร่องในการโต้ตอบจำนวนมากในวงจรที่จะเป็นไปไม่ได้ที่จะจำกัดความผิดพลาดใด ๆ (โปรดจำไว้ว่าแม้ใน IC 'ธรรมดา' ที่คุณใช้งานกับอุปกรณ์นับแสนอุปกรณ์) อุปกรณ์ผิดพลาดทั้งหมดจะต้องมีการระบุและเปลี่ยนพร้อมกัน (สมมติว่าคุณมีความสามารถในการสร้างอุปกรณ์ที่ผิดพลาดทั้งหมดในระดับอะตอม) - พลาดเพียงหนึ่งเดียวและคุณจะต้องเริ่มต้นอีกครั้งเมื่อเปิดเครื่อง

วิธีแก้ปัญหาที่ง่าย (และคุ้มค่าที่สุดในเวลาและเงิน) ทิ้งบั๊กที่ตายแล้วออกไปเรียนรู้จากประสบการณ์เปลี่ยนเป็นชิปสเป็คใหม่เต็มรูปแบบและครั้งต่อไปจะต้องระมัดระวังมากขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ

สิ่งที่เกิดขึ้นภายในที่ทำให้หยุดทำงาน?

กระแสเกินเกินจุดแยกสามารถต้านทานกระแสได้เพียงทิศทางเดียวเมื่อขั้วถูกรุกรานพวกมันจะกลายเป็นไฟฟ้าลัดวงจร ความร้อนถูกสร้างขึ้นจุดแยกเผาไหม้รวมถึงองค์ประกอบที่ร้อนเกินไปอื่น ๆ

ถ้าฉันสามารถเปิดชิปและจัดการการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดและแก้ไขมัน ...

คุณไม่สามารถแก้ไขได้ (ในทางปฏิบัติ) เพราะทางแยกจำนวนมากตอนนี้แตก / ระเหยไปรวมถึงสภาพแวดล้อมในทันที

การป้องกันการผกผันของขั้วค่อนข้างง่าย (ไดโอด) อย่างไรก็ตามมันสร้างแรงดันตกและความร้อนเพิ่มเติมผู้ผลิตไม่ได้ฝังไว้บนชิปผู้ใช้ IC อาจเพิ่มไดโอดภายนอกหากจำเป็น

คำตอบที่ล่าช้าฉันมาที่นี่ด้วยคำถามอื่น แต่สังเกตเห็นว่าจริง ๆ แล้วไม่มีคำตอบใดที่กล่าวถึงเหตุผลที่แท้จริงว่าเหตุใด IC / Chip เกือบทุกตัวสามารถทอดได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าที่กลับด้าน

เหตุผลที่แท้จริงคือชิปทั้งหมดต้องมีการป้องกัน ESD ในพินทั้งหมดที่ไม่ได้จัดหาพินที่มีวงจรดังนี้:

ดังนั้นเกือบทุกพินจะมีสิ่งนี้! นั่นคือไดโอดจำนวนมากแบบขนาน คุณสามารถทำลายไดโอดทั้งหมดเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายด้วยการกลับแหล่งจ่าย และนั่นก็เป็นการทำลายชิปของคุณ

Latch-up ดังกล่าวข้างต้นเป็นผลกระทบที่เกิดขึ้นเมื่อแหล่งจ่ายมีขั้วที่ถูกต้อง แต่กระแสไฟฟ้ากำลังจมหรือมีที่มาจากอินพุตหรือเอาต์พุตทำให้เกิดความผิดปกติตามที่อธิบายไว้ข้างต้น มันไม่เกี่ยวอะไรกับการย้อนกลับของอุปทาน! หากคุณคิดว่าฉันกำลังพูดถึงเรื่องไร้สาระโปรดดูว่าการทดสอบ Latch-up ดำเนินการอย่างไร มีเครื่องมือวัดพิเศษที่จะทำแบบทดสอบดังกล่าว

โปรดอ่านนี้บทความดีอธิบาย latchup และทราบว่าอุปทานเป็น "ปกติ" จึงไม่ย้อนกลับ! เมื่อยังมีข้อสงสัยโปรดอ่าน EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up Test EIA / JESD78

เนื่องจากโครงสร้างของเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็กมากจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเผาทิ้ง

1. ระยะการกวาดล้าง - ถ้าคุณใช้สนามไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่พอระหว่างตัวนำทั้งสองจะมีการเสีย สิ่งนี้อยู่บนชิปทำให้เกิดความผิดปกติของเครื่อง สิ่งนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ Gate ของโครงสร้าง FET
2. อุปกรณ์กึ่งตัวนำในหลักการคืออุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นและมีความไวต่อกระแสไฟฟ้า สิ่งนี้จะทำให้อุปกรณ์ทั้งแบบไม่เป็นเชิงเส้นและมีความไวต่อขั้ว
3. ล้านเหตุผลอื่น ๆ ที่ฉันไม่สามารถคิดได้ในขณะนี้ ...