无论是模拟电路还是数字电路,集成芯片(IC)是电路设计中用得最多的电子器件, 一般电子工程师关注最多的是芯片的数据手册所给出的芯片特性。有的时候我们也想欣赏一下芯片内部的结构。但苦于芯片环氧树脂的封装,使得我们很难一睹芯片芳容。

 

但凡动过拆解芯片心思的人都知道,去除芯片外部环氧树脂封装特别麻烦 高度稳定和坚固的封装对抗你的坏心思。

 

 

今天看在Youtube上一段视频,  Decapping ICs[1] , 视频作者应用科学(Applied Science)介绍了他去除芯片封装, 显露芯片内部晶圆和引线的方法。这个过程比较温和与优雅。

 

1. 预打磨

 

为了加快封装去除, 先采用机械打磨方式,去除集成电路内半导体芯片上方的环氧树脂材料。

 

作者开始使用手持砂轮打磨封装, 但这种方式不太精确, 很容易破坏掉芯片以及内部绑定引线。另外,后面在使用硝酸腐蚀环氧树脂封装材料过程中, 也对封装厚度一致性有要求, 所以作者就是用他的数控机床进行打磨。

 

▲ 图1.1  使用砂轮打磨封装

 

使用小型的铣刀对DIP14 封装的芯片封装顶部切铣, 在顶部形成一个凹槽。

 

▲ 图1.2  利用数控机床磨削芯片封装

 

下面是预打磨之后的芯片, 放置在陶瓷坩埚内准备进行加热腐蚀。在这个过程中, 需要设置好切削的深度, 避免吧芯片内部引脚绑定金丝弄断, 这样芯片就无法工作了。

 

▲ 图1.3 预打磨之后的芯片封装

 

2. 加热腐蚀

 

利用高压喷枪清理掉芯片表面切削粉末之后, 在上面的凹槽内滴加浓硝酸进行腐蚀。

 

 

如果在室温下,腐蚀速度比较缓慢, 将坩埚放置在加热板上加热可以加快腐蚀速度。加热板温度调节在100至150摄氏度。

 

▲ 图2.2  将坩埚放置在加热板上加热

 

在腐蚀过程中不断补充浓硝酸以维持芯片顶部窗口内硝酸液体的流动性。随着腐蚀深入, 接触到内部的金属时,就会出现黄色的烟雾。

 

▲ 图2.3  不断补充硝酸维持其中液体存在

 

每过一段时间, 将芯片拿出使用丙酮(Acetone)对芯片进行清洗。经过几轮腐蚀 与清洗, 便可以逐步暴露出集成电路内部的半导体芯片以及绑定金属丝。

 

▲ 图2.4  使用丙酮对芯片进行清洗

 

3. 清洗观察

 

下图现实了不同腐蚀阶段所暴露的芯片内部结构。最后在对芯片使用丙酮清洗之后, 便可以放在显微镜下进行观察了。

 

▲ 图3.1 不同腐蚀阶段的集成电路

 

下面是放大后芯片内部的结构。

 

▲ 图3.2 显微镜下的芯片结构

 

在这个过程中, 使用良好高浓度硝酸是关键, 通常硝酸浓度在68%以上。

 

芯片既然已经打开,至于要对它做些什么就有你的性子了。也许你设想通过金属探针了解芯片内部的工作信号, 或者其他之前想做但没有条件做的事情。

 

参考资料

[1]Decapping ICs: https://www.youtube.com/watch?v=mT1FStxAVz4