Qu'est-ce qui fait frire exactement la puce lorsque vous inversez l'alimentation?

De par ma propre expérience, la gravure de microcontrôleurs est assez facile. Mettez le 5V à la terre, GND à V _CC et en un instant, votre puce est brûlée.

Que se passe-t-il en interne qui le fait complètement cesser de fonctionner? Par exemple, si par magie je pouvais ouvrir une puce et réorganiser toutes ses connexions de semi-conducteurs et la réparer, où devrais-je regarder exactement et que devrais-je faire?

S'il s'agit d'une puce spécifique, veuillez en choisir une qui pourrait répondre à ma question ou au moins me donner une idée.

La plupart des circuits intégrés commerciaux sont isolés du substrat par une jonction PN à polarisation inverse (y compris les composants CMOS). Le substrat est généralement lié à la tension qui devrait être la plus négative.

Si ce n'est pas le cas, cette jonction devient polarisée en direct et peut conduire beaucoup de courant, fondre du métal ou la chauffer au point de ne plus servir de diode. C’est typiquement à une tension d’environ 0,6V, mais les fabricants de circuits intégrés jouent le jeu de la sécurité en vous disant de ne pas aller plus bas que -0,3V.

(en se référant au schéma ci-dessous, mais non représenté, le substrat serait lié à la broche 5)

La plupart des pièces CMOS ont une autre particularité: si une partie de la puce a un Vdd normal et qu'une autre partie voit un courant négatif important, elle déclenche un gros SCR parasite qui est un effet secondaire de la structure, puis l'alimentation de l'appareil génère un courant important qui provoque une surchauffe, une fonte, etc. si le courant n'est pas limité extérieurement. Cela s'appelle latch-up.

Qu'est-ce qui libère la fumée bleue magique lorsque vous dépassez les tensions de travail ou inversez la tension d'alimentation?

Appliqué à n'importe quelle "puce"

Un courant excessif produisant une dissipation de puissance excessive ( ) et / ou une tension excessive provoquant une défaillance de l'isolation due à des intensités de champ internes élevées associées à l'absence de conduction thermique des dispositifs situés à l'intérieur de la puce.$I^2 R$

Considérez la nature physiquement petite et asymétrique (sensible à la polarité) des dispositifs internes et leurs petits chemins de conduction thermique. Coupler ceci avec une destruction à basse tension de très fines couches isolantes (V / m de champ élevé) produisant des voies de conduction bidirectionnelles à faible résistance.

La température de chaque dispositif interne augmente très rapidement et détruit ses propriétés semi-conductrices / isolantes. Une fois détruit, cela produit d'autres chemins à faible résistance, entraînant de multiples défaillances en cascade sur d'autres périphériques de la puce.

Tout cela se passe très vite et c'est un événement à sens unique . ( Pensez Humpty Dumpty - Rassembler toutes les pièces ne vous ramènera pas à votre point de départ - Humpty a quitté le bâtiment)

Comment pourriez-vous le réparer?

En gros, vous ne pouvez pas dire que la magie n'existe pas. Il y aurait tellement de défauts en interaction dans le circuit qu'il serait presque impossible de localiser un défaut. (N'oubliez pas que même dans un «simple» CI, vous avez affaire à des centaines de milliers de dispositifs.) Tous les dispositifs défectueux doivent être identifiés et remplacés en même temps (en supposant que vous puissiez reconstruire tous les dispositifs défectueux au niveau atomique). - manquez un seul et vous devez recommencer lorsque vous allumez.

Une solution simple (et la plus rentable en temps et en argent) jette le bogue mort, apprenez par l'expérience, remplacez-le par une toute nouvelle puce conforme aux spécifications et soyez la prochaine fois plus prudent avec l'alimentation.

Que se passe-t-il en interne qui l'empêche de fonctionner?

Un excès de courant, les jonctions ne peuvent résister au courant que dans un sens. Lorsque la polarité est inversée, elles deviennent des courts-circuits. De la chaleur est générée, des jonctions brûlent ainsi que d'autres éléments surchauffés.

Si par magie je pouvais ouvrir une puce et réorganiser toutes ses connexions de semi-conducteurs et la réparer ...

Vous ne pouvez pas le réparer (dans la pratique) car de nombreuses jonctions sont maintenant cassées / évaporées, ainsi que leur environnement immédiat.

La protection contre l’inversion de polarité est assez simple (une diode). Cependant, elle génère une chute de tension et une chaleur supplémentaire, elle n’est pas intégrée dans la puce, l’utilisateur du circuit intégré peut ajouter une diode externe si nécessaire.

Une réponse tardive, je suis venu ici via une autre question, mais j'ai remarqué qu'aucune de ces réponses ne traitait réellement de la raison pour laquelle presque toute puce ou tout circuit intégré peut être frit en appliquant une tension d'alimentation inversée.

La vraie raison est que toutes les puces doivent avoir une protection ESD sur toutes les broches qui ne sont pas des broches d'alimentation avec un circuit comme celui-ci:

Donc, presque chaque broche a ceci! Cela fait beaucoup de diodes en parallèle. Vous pouvez facilement détruire toutes ces diodes en inversant l'alimentation. Et cela détruit votre puce.

Le verrouillage, comme mentionné ci-dessus, est un effet qui se produit lorsque l'alimentation a la polarité correcte mais qu'un courant est absorbé ou généré sur une entrée ou une sortie, ce qui provoque un dysfonctionnement, comme expliqué ci-dessus. Cela n'a rien à voir avec l'inversion de l'offre! Si vous pensez que je dis des bêtises, alors, s'il vous plaît, regardez comment un test de mise au point est effectué. Il existe un équipement de mesure spécialisé pour effectuer ce test.

S'il vous plaît lisez cet excellent article expliquant latchup et notez que l'offre est "normale" donc pas inversé! En cas de doute, lisez le test EIA / JESD78 de verrouillage du CI standard EIA / JEDEC.

Les structures semi-conductrices étant très petites, il est en effet assez difficile de les réduire en cendres.

1. Distance de dégagement - si vous appliquez un champ électrique suffisamment grand entre deux conducteurs, il y aura une panne. Ceci, étant sur une puce, provoque un dysfonctionnement du terminal. Cela se produit principalement sur la porte d'une structure FET.
2. Les semi-conducteurs sont en principe des dispositifs non linéaires sensibles à la polarité. Ceci à son tour rend l'ensemble du dispositif très non linéaire et sensible à la polarité.
3. Des millions d'autres raisons auxquelles je n'arrive pas à penser maintenant ...