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

La mayoría de los circuitos IC comerciales se aíslan del material del sustrato mediante una unión P-N con polarización inversa (incluidas las piezas CMOS). El sustrato generalmente está vinculado al voltaje que se espera sea más negativo.

Si no lo está, entonces esa unión se desvía hacia adelante y puede conducir una gran cantidad de corriente, fundiendo el metal o calentando la unión hasta el punto en que ya no actúa como diodo. Por lo general, se trata de un voltaje de aproximadamente 0,6 V, pero los fabricantes de circuitos integrados lo hacen con seguridad al decirle que no vaya a menos de -0,3 V.

(refiriéndose al diagrama de abajo, pero no se muestra, el sustrato se ataría al pin 5)

LamayoríadelaspiezasCMOStienenotrogiro:siunapartedelchiptieneunVddnormalyotraparteveunagrancorrientenegativa,seactivaráungranSCRparasitarioqueesunefectosecundariodelaestructura,entonceslafuentedealimentacióndeldispositivoextraeunCorrientegrandequecausasobrecalentamiento,fusión,etc.silacorrientenoestálimitadaexternamente.Esosellamalatch-up.

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

Aplicado a cualquier 'chip'

La corriente excesiva produce una disipación de potencia excesiva (\ $ I ^ 2 R \ $) y / o un voltaje excesivo que causa la ruptura del aislamiento debido a las altas intensidades de campo interno junto con la falta de conducción térmica de los dispositivos dentro del chip.

Considere la naturaleza físicamente pequeña, no lineal, asimétrica (sensible a la polaridad) de los dispositivos internos y sus pequeñas vías de conducción de calor. Combine esto con la destrucción de bajo voltaje de las capas aislantes muy finas (alto campo 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 semiconductor / aislamiento. Una vez destruido, esto produce otras vías de baja resistencia que causan múltiples fallas en cascada a través de otros dispositivos en el chip.

Todo esto sucede muy rápidamente y es en gran medida un evento unidireccional . ( Think Humpty Dumpty: volver a juntar todas las piezas no te llevará al punto de partida. Humpty ha abandonado el edificio)

¿Cómo podrías repararlo?

Básicamente no puedes hacer que la magia no exista. Habría tantas fallas interactuantes en el circuito que sería casi imposible localizar cualquier falla. (Recuerde que incluso en un IC 'simple' está tratando con cientos de miles de dispositivos). Todos los dispositivos defectuosos deberían identificarse y reemplazarse al mismo tiempo (suponiendo que tuviera la capacidad de reconstruir todos los dispositivos defectuosos a nivel atómico) - solo se pierde uno y debe comenzar de nuevo cuando encienda.

La solución simple (y la más rentable en tiempo y dinero) desecha el error, aprende por la experiencia, reemplázala con un nuevo chip de especificaciones completas y, la próxima vez, ten 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, se queman las uniones y otros elementos sobrecalentados.

  

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

No puede arreglarlo (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 del IC puede agregar un diodo externo si es necesario.

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

1. Distancia de separación: si aplica un campo eléctrico 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 ...

Una respuesta tardía, vine aquí a través de otra pregunta, pero noté que en realidad ninguna de estas respuestas responde a la verdadera razón por la que casi cualquier IC / Chip se puede eliminar aplicando una tensión de alimentación invertida.

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

¡Asíquecasitodoslospinestienenesto!Esoesunmontóndediodosenparalelo.Puededestruirfácilmentetodosestosdiodosinvirtiendoelsuministro.Yesoenrealidaddestruyetuchip.

Laretención,comosemencionóanteriormente,esunefectoqueseproducecuandoelsuministrotienelapolaridadcorrectaperounacorrientesesinkingoseoriginaenunaentradaosalidaquecausaunmalfuncionamientocomoseexplicóanteriormente.¡Notienenadaqueverconrevertirlaoferta!Sicreesqueestoyhablandosinsentido,entoncesbuscacómoserealizaunapruebadeLatch-up.Existeunequipodemediciónespecializadopararealizardichaprueba.

Leaeste este excelente artículo que explica el latchup y tenga en cuenta que el suministro es "normal", por lo que no se invierte. Cuando aún tenga dudas, lea la prueba EIA / JESD78 de EIA / JEDEC STANDARD IC Latch-Up.