反转电源时,到底是什么炸薯条?


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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并立即烧毁芯片。

内部到底发生了什么导致其完全停止运行?例如,如果我能够神奇地打开芯片并重新排列其所有半导体连接并进行修复,那么我到底要看什么,该怎么办?

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芯片。


您正在寻找金属或氧化物的下降方格
GR Tech

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除此之外,我同意Spehro Pefhany的解释。现在,许多集成电路都具有二极管,可以使它们承受反向电源的影响。尽管这不值得依靠
马克

@GRTech栅极氧化物击穿是反向电源不太可能发生的故障机制。
W5VO

Answers:


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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。基板通常与预期为最负的电压相关。

如果不是,则该结变为正向偏置,并且可以传导大量电流,熔化金属或将结加热到不再充当二极管的程度。该电压通常约为0.6V,但是IC制造商通常会告诉您不要低于-0.3V,以确保安全。

(参考下图,但未显示,基板将连接到引脚5)

在此处输入图片说明

多数CMOS器件都有另一种扭曲,即如果芯片的一部分具有正常的Vdd且另一部分看到大的负电流,则将触发大的寄生SCR,这是该结构的副作用,然后该器件的电源会汲取大电流,从而如果电流不受外部限制,则会导致过热,熔化等。这称为闩锁。

在此处输入图片说明


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好的答案,很多反对,很遗憾,这是不正确的。闩锁是一种不同的现象。在IC设计中,可以通过有足够的基板触点来避免这种情况,在设计过程中也可以通过自动测试进行检查。
Bimpelrekkie 2015年

@Rimpelbekkie不。可以增加触发电流,但是除非去绝缘衬底(例如蓝宝石),否则无法完全消除这种影响,因为晶闸管的四层仍在此处。电流不限于此处讨论的情况。
Spehro Pefhany 2015年

不,那是什么?闩锁是一个真实的现象,毫无疑问。是电源反向时流过大量电流的原因吗?不!如果您不同意,请向我解释当VDD相对于地面为负时,上图所示的晶闸管等效电路如何导通。为了触发晶闸管,VDD必须为正,并且Rwell和/或Rsub两端必须存在足够的电压。这只能由太少和太远的基板触点引起。我已经设计了25年的IC,但尚未见到有闩锁问题的IC。
Bimpelrekkie 2015年

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当您超过工作电压或反向供电电压时,什么会释放出魔幻的蓝色烟雾?

适用于任何“芯片”

I2R

考虑内部设备的非线性,不对称(对极性敏感),物理上较小的性质及其较小的热传导路径。将此与非常精细的绝缘层(高场V / m)的低压破坏耦合在一起,从而产生双向低电阻传导路径。

内部单个器件的温度会很快升高,并破坏其半导体/绝缘性能。一旦销毁,它会产生其他低电阻路径,从而导致芯片上其他设备上的多个级联故障

所有这一切都非常迅速地发生,并且非常容易发生。(想想,矮矮胖胖的家伙-把所有的东西放回原处都不会回到原来的位置-矮胖的家伙离开了建筑物)

您该如何修理?

基本上你不能造成魔法不存在。电路中将存在许多相互作用的故障,因此几乎不可能定位任何故障。(即使在“简单的” IC中也要处理数十万个设备。)必须同时识别和替换所有故障设备(假设您有能力在原子级别上重建所有故障设备)。 -只错过一个,开机时必须重新开始。

简单的解决方案(最省时,省钱又省钱的解决方案)将死掉的臭虫扔掉,从经验中学习,用全新的全规格芯片替换它,下次使用电源时要格外小心。


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对于所有简单的IC并非如此。像555或典型的运算放大器或电机驱动器之类的东西非常简单,只有几十个晶体管,而不是数百个。
路人2014年

@Passerby好,OQ确实是从微控制器开始的,而我的答案就是基于此。无论芯片内有500万个器件还是500万个器件,它仍然适用。诸如555这样的简单设备可能会更坚固,但是一旦您开始破坏内部结构,一个故障就会导致另一个故障。
吉姆·迪尔登

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内部到底发生了什么导致其停止运行?

电流过大时,结只能在一个方向上抵抗电流,当极性相反时,它们会变成短路。会产生热量,结点以及其他过热的元素也会燃烧。

如果我能够神奇地打开芯片并重新排列其所有半导体连接并进行修复...

您无法修复它(实际上),因为现在许多结点已被破坏/蒸发,以及它们附近的环境也是如此。

防止极性反转的保护非常容易(二极管),但是会产生电压降和额外的热量,制造商没有将其嵌入芯片中,IC用户可以根据需要添加一个外部二极管。


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一个较晚的答案是,我通过另一个问题来到这里,但注意到实际上这些答案都没有解决通过施加反向电源电压几乎可以炸毁任何IC /芯片的真正原因。

真正的原因是所有芯片都需要在所有不是这样电路的引脚上的引脚上都具有ESD保护:

片上ESD保护电路

所以几乎每个销钉都有这个!那是很多并联的二极管。您可以通过反转电源轻松地破坏所有这些二极管。这实际上会破坏您的芯片。

如上所述的闩锁是在电源具有正确的极性但电流流入或流入输入或输出时导致上述故障的情况下发生的效果。与供应逆转无关!如果您认为我在胡说八道,那么请查看如何执行闩锁测试。有专门的测量设备可以进行这种测试。

请仔细阅读优秀的文章闭锁解释并注意供应“正常”,所以不会逆转!仍有疑问时,请阅读EIA / JEDEC标准IC闩锁测试EIA / JESD78。


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由于半导体结构非常小,因此将它们烧毁确实是一件容易的事。

  1. 电气间隙-如果在两个导体之间施加足够大的电场,则会击穿。这在芯片上会导致终端故障。这主要发生在FET结构的栅极上。
  2. 半导体原则上是非线性的,极性敏感的设备。反过来,这使得整个设备非常非线性并且对极性敏感。
  3. 数百万我现在想不起来的其他原因...
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