¿Qué es exactamente lo que fríe el chip cuando invierte la fuente de alimentación?

Desde mi propia experiencia, quemar microcontroladores es bastante fácil. Ponga los 5V en tierra, GND en V _CC y en un instante su chip se quema.

¿Qué sucede exactamente internamente que hace que deje de funcionar por completo? Por ejemplo, si fuera mágicamente capaz de abrir un chip y reorganizar todas sus conexiones de semiconductores y arreglarlo, ¿dónde exactamente tendría que mirar y qué tendría que hacer?

Si esto es específico del chip, elija cualquiera que pueda responder a mi pregunta o darme una idea al menos.

La mayoría de los circuitos comerciales IC están aislados del material del sustrato por una unión PN con polarización inversa (incluidas las piezas CMOS). El sustrato generalmente está vinculado al voltaje que se espera sea más negativo.

Si no es así, entonces esa unión se polariza hacia adelante y puede conducir una gran cantidad de corriente, fundiendo metal o calentando la unión hasta el punto en que ya no actúa como un diodo. Por lo general, tiene un voltaje de aproximadamente 0.6V, pero los fabricantes de circuitos integrados lo hacen de manera segura al decirle que no baje a menos de -0.3V.

(refiriéndose al diagrama a continuación, pero no mostrado, el sustrato estaría atado al pin 5)

La mayoría de las partes CMOS tienen otro giro: si parte del chip tiene un Vdd normal y otra parte ve una gran corriente negativa, desencadenará una gran SCR parasitaria que es un efecto secundario de la estructura, entonces la fuente de alimentación del dispositivo genera una gran corriente que provoca sobrecalentamiento, fusión, etc. si la corriente no está limitada externamente. Eso se llama enganche.

¿Qué libera el humo azul mágico cuando excedes los voltajes de trabajo o inviertes el voltaje de suministro?

Aplicado a cualquier 'chip'

$I^2 R$

Considere la naturaleza no lineal, asimétrica (sensible a la polaridad), físicamente pequeña de los dispositivos internos y sus pequeñas rutas de conducción de calor. Combine esto con la destrucción de baja tensión de capas aislantes muy finas (campo alto V / m) que producen vías de conducción bidireccionales de baja resistencia.

La temperatura interna del dispositivo individual aumenta muy rápidamente y destruye sus propiedades de semiconductores / aislantes. Una vez destruido, esto produce otras vías de baja resistencia que causan múltiples fallas en cascada en otros dispositivos en el chip.

Todo esto sucede muy rápido y es un evento unidireccional . ( Piensa en Humpty Dumpty: si vuelves a juntar todas las piezas no volverás a donde empezaste, Humpty ha abandonado el edificio)

¿Cómo puedes repararlo?

Básicamente no puedes causar que la magia no exista. Habría tantas fallas interactivas en el circuito que sería casi imposible localizar cualquier falla. (Recuerde que incluso en un CI 'simple' está tratando con cientos de miles de dispositivos.) Todos los dispositivos defectuosos tendrían que ser identificados y reemplazados al mismo tiempo (suponiendo que tuviera la capacidad de reconstruir todos los dispositivos defectuosos a nivel atómico) - solo se pierde uno y tienes que comenzar de nuevo cuando lo enciendes.

Solución simple (y más rentable en tiempo y dinero) deseche el error muerto, aprenda por la experiencia, reemplácelo con un nuevo chip de especificaciones completas y la próxima vez tenga más cuidado con la fuente de alimentación.

¿Qué sucede exactamente internamente que hace que deje de funcionar?

Un exceso de corriente, las uniones pueden resistir la corriente solo en una dirección, cuando la polaridad se invierte se convierten en cortocircuitos. Se genera calor, las uniones se queman, así como otros elementos sobrecalentados.

Si fuera mágicamente capaz de abrir un chip y reorganizar todas sus conexiones de semiconductores y arreglarlo ...

No puede solucionarlo (en la práctica) porque muchas uniones ahora están rotas / evaporadas, así como su entorno inmediato.

La protección contra la inversión de polaridad es bastante fácil (un diodo), sin embargo, genera una caída de voltaje y calor adicional, el fabricante no lo incrusta en el chip, el usuario de IC puede agregar un diodo externo si es necesario.

Una respuesta tardía, llegué aquí a través de otra pregunta, pero noté que en realidad ninguna de estas respuestas aborda la verdadera razón por la cual casi cualquier IC / Chip se puede freír aplicando un voltaje de suministro inverso.

La verdadera razón es que todos los chips deben tener protección ESD en todos los pines que no son pines de suministro con un circuito como este:

¡Así que casi todos los pines tienen esto! Eso es un montón de diodos en paralelo. Puede destruir fácilmente todos estos diodos invirtiendo el suministro. Y eso en realidad destruye tu chip.

El enganche como se mencionó anteriormente es un efecto que ocurre cuando el suministro tiene la polaridad correcta pero una corriente se hunde o se origina en una entrada o salida que causa un mal funcionamiento como se explicó anteriormente. ¡No tiene nada que ver con revertir el suministro! Si crees que estoy hablando tonterías, busca cómo se realiza una prueba Latch-up. Existe un equipo de medición especializado para realizar dicha prueba.

¡Lea este excelente artículo que explica el cierre y tenga en cuenta que el suministro es "normal", por lo que no se invierte! En caso de duda, lea la Prueba de enclavamiento IC EIA / JEDEC STANDARD EIA / JESD78.

Como las estructuras de semiconductores son muy pequeñas, es una tarea bastante fácil quemarlas.

1. Distancia de separación: si aplica un campo eléctrico lo suficientemente grande entre dos conductores, habrá una falla. Esto, al estar en un chip, causa un mal funcionamiento del terminal. Esto ocurre principalmente en la puerta de una estructura FET.
2. Los semiconductores en principio son dispositivos no lineales sensibles a la polaridad. Esto a su vez hace que todo el dispositivo sea muy no lineal y sensible a la polaridad.
3. Millones de otras razones que no puedo pensar en este momento ...