看看芯片內(nèi)部長(zhǎng)啥樣？

無(wú)論是模擬電路還是數(shù)字電路，集成芯片（IC）是電路設(shè)計(jì)中用得最多的電子器件， 一般電子工程師關(guān)注最多的是芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)所給出的芯片特性。有的時(shí)候我們也想欣賞一下芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。但苦于芯片環(huán)氧樹(shù)脂的封裝，使得我們很難一睹芯片芳容。

??但凡動(dòng)過(guò)拆解芯片心思的人都知道，去除芯片外部環(huán)氧樹(shù)脂封裝特別麻煩 高度穩(wěn)定和堅(jiān)固的封裝對(duì)抗你的壞心思。

??今天看在Youtube上一段視頻，  Decapping ICs[1] ， 視頻作者應(yīng)用科學(xué)（Applied Science）介紹了他去除芯片封裝， 顯露芯片內(nèi)部晶圓和引線的方法。這個(gè)過(guò)程比較溫和與優(yōu)雅。

??為了加快封裝去除， 先采用機(jī)械打磨方式，去除集成電路內(nèi)半導(dǎo)體芯片上方的環(huán)氧樹(shù)脂材料。

??作者開(kāi)始使用手持砂輪打磨封裝， 但這種方式不太精確， 很容易破壞掉芯片以及內(nèi)部綁定引線。另外，后面在使用硝酸腐蝕環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料過(guò)程中， 也對(duì)封裝厚度一致性有要求， 所以作者就是用他的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行打磨。

▲ 圖1.1  使用砂輪打磨封裝

??使用小型的銑刀對(duì)DIP14 封裝的芯片封裝頂部切銑， 在頂部形成一個(gè)凹槽。

▲ 圖1.2  利用數(shù)控機(jī)床磨削芯片封裝

??下面是預(yù)打磨之后的芯片， 放置在陶瓷坩堝內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行加熱腐蝕。在這個(gè)過(guò)程中， 需要設(shè)置好切削的深度， 避免吧芯片內(nèi)部引腳綁定金絲弄斷， 這樣芯片就無(wú)法工作了。

▲ 圖1.3 預(yù)打磨之后的芯片封裝

??利用高壓噴槍清理掉芯片表面切削粉末之后， 在上面的凹槽內(nèi)滴加濃硝酸進(jìn)行腐蝕。

▲ 圖2.1  清理灰塵，滴加濃硝酸

??如果在室溫下，腐蝕速度比較緩慢， 將坩堝放置在加熱板上加熱可以加快腐蝕速度。加熱板溫度調(diào)節(jié)在100至150攝氏度。

▲ 圖2.2  將坩堝放置在加熱板上加熱

??在腐蝕過(guò)程中不斷補(bǔ)充濃硝酸以維持芯片頂部窗口內(nèi)硝酸液體的流動(dòng)性。隨著腐蝕深入， 接觸到內(nèi)部的金屬時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)黃色的煙霧。

▲ 圖2.3  不斷補(bǔ)充硝酸維持其中液體存在

??每過(guò)一段時(shí)間， 將芯片拿出使用丙酮（Acetone）對(duì)芯片進(jìn)行清洗。經(jīng)過(guò)幾輪腐蝕 與清洗， 便可以逐步暴露出集成電路內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片以及綁定金屬絲。

▲ 圖2.4  使用丙酮對(duì)芯片進(jìn)行清洗

??下圖現(xiàn)實(shí)了不同腐蝕階段所暴露的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最后在對(duì)芯片使用丙酮清洗之后， 便可以放在顯微鏡下進(jìn)行觀察了。

▲ 圖3.1 不同腐蝕階段的集成電路

??下面是放大后芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

▲ 圖3.2 顯微鏡下的芯片結(jié)構(gòu)

??在這個(gè)過(guò)程中， 使用良好高濃度硝酸是關(guān)鍵， 通常硝酸濃度在68%以上。

??芯片既然已經(jīng)打開(kāi)，至于要對(duì)它做些什么就有你的性子了。也許你設(shè)想通過(guò)金屬探針了解芯片內(nèi)部的工作信號(hào)， 或者其他之前想做但沒(méi)有條件做的事情。