Как правильно вскрыть чип ?

Какие методы декапсуляции использовать для удаления корпуса и компаунда микросхемы?

В помощь технологу

Методы декапсуляции

Для проведения функциональной диагностики и внутреннего физического анализа микросхемы необходимо вначале вскрыть чип, не затронув при этом кристалл. Процесс вскрытия микросхемы часто называют декапсуляцией.

Декапсуляция – процесс частичного или полного удаления корпуса микросхемы для обеспечения доступа к кристаллу, чипу. Вскрытие микросхемы можно произвести разными способами. Выделяют несколько типов декапсуляции в соответствии с различными методами воздействия на корпус:

• Лазерная декапсуляция;
• Химическая декапсуляция;
• Механическая декапсуляция;
• Плазмохимическая декапсуляция.

1.      Лазерная декапсуляция

Удаление корпуса путем воздействия на него фокусированным лазерным лучом. Под воздействием лазерного луча материал испаряется и выдувается из зоны воздействия. В процессе работы выбирается паттерн, по которому будет проводится сканирование. Мощность, скважность импульса, скорость прохода и т.д. выбираются в зависимости от типа корпуса.

Преимущества

Метод характеризуется высокой скоростью удаления материала корпусов и хорошей селективностью по отношению к разварочным выводам, а также более точным и ровным “окошком”. Лазерная декапсуляция - это универсальный метод, который  подходит для большинства известных типов корпусов. 

Недостатки

Данный метод не позволяет удалять материал корпуса до самого кристалла, так как лазерный луч может повреждать поверхность кристалла, а именно алюминиевые (или иные) проводники из верхнего металла, в результате чего микросхема становится “нерабочей”, а топология – неразличимой. Обычно, данный метод хорошо работает до остаточной толщины в 100 – 200 мкм.

Рис. 1. Оборудование для лазерной декапсуляции от производителя Control Laser

2.      Химическая декапсуляция

Удаление корпуса микросхемы происходит путем его растворения горячими высококонцентрированными кислотами (или смесями кислот). Данным методом можно удалять корпуса полностью или локально в зоне интереса.

На результат процесса влияют такие параметры, как концентрация кислот, температура кислот, время обработки. Для сохранения кристалла в рабочем состоянии можно удалить часть корпуса, создать “окошко” с помощью других методов (механическая декапсуляция, лазерная декапсуляция), и локально подать кислоту в “окошко”.

Для повышения контроля процесса используются специальные системы химической декапсуляции, где осуществляется контроль объема и температуры подаваемой кислоты, образцы устанавливаются на специальную головку той стороной, которую необходимо открыть, между головкой и образцом ставится специальная маска с окошком нужного размера, которое ограничивает область воздействия кислоты.

Рис. 2. Кристалл после химической декапсуляции

Преимущества

Метод химического удаления относительно прост: для удаления всего корпуса достаточно поместить образец в склянку с кислотой и поставить на плитку в вытяжном шкафу на некоторое время. По завершению пластиковый корпус растворится, медная подложка отделится от кристалла.

Недостатки

Метод характеризуется сложностью контроля процесса травления и определения конечной точки, при этом существует вероятность бокового подтрава, что может повредить разварочные выводы. Так же, при использовании кислот используется нагрев в диапазоне 90 – 120 °С, что повышает реакционную способность, что также может повредить разварочные выводы и электрически выводы на ножке микросхемы.

Чтобы уменьшить  риски травления на финальной стадии применяют дополнительные методы для предварительного удаления материала корпуса, оставляя небольшой слой корпуса для финальной химической декапсуляции. Процедура предварительного удаления корпуса перед финальной декапсуляцией называется в некоторых источниках “пре-кавитация” (pre-cavitation).

Рис. 3. Этапы декапсуляции.

3.      Механическая декапсуляция

Корпус удаляется путем механической обработки, при которой режущий инструмент (фреза) совершает вращательное движение, а обрабатываемый образец – поступательное. Метод хорошо подходит для “мягких” (пластиковых) корпусов, так как керамика плохо поддается такой обработке, хотя при использовании специальных фрез можно обрабатывать удалять и твердые материалы с небольшой скоростью.

Механическая декапсуляция лицевой стороны применима в том случае, если нет возможности использовать химические методы из-за высокого риска повреждения разварки. Удаление корпуса с лицевой стороны обычно проходит в два этапа (так называемая “туннельная декапсуляция”) – открытие “окошка” до разварки кристалла с большей площадью и финальная обработка до самого кристалла или оставляя небольшой слой корпуса с площадью, до разварочных “пятаков”, чтобы не повредить саму разварку. Остатки корпуса легко поддаются удалению плазмохимическим методом либо жидкой химией кратковременного воздействия.

Рис. 4. Этапы туннельной декапсуляции.

Обработка обратной стороны происходит сначала до медной подложки, после чего другой фрезой (подходящей для меди) удаляют саму медную подложку. На данном этапе важно не повредить электрические выводы ножек самого корпуса.

Как правило, до лицевой стороны кристалла фрезой не доходят, оставляя слой компаунда для финальной химической или плазменной декапсуляции, хотя можно использовать наконечники с абразивом для финального удаления материала и визуализации топологии. Так происходит из-за сложности вывести параллельность образца и фрезы с такой точностью, чтобы на всей площади кристалла происходило равномерное удаление. Так же влияют краевые эффекты – фреза при обработке дольше задерживается на краях, из-за чего можно наблюдать завалы.

Преимущества

Данный метод хорошо использовать для декапсуляции обратной стороны кристалла и создании “окошка” при декапсуляции лицевой стороны.

Недостатки

Есть вероятность повредить разварочные выводы.

4.      Плазмохимическая декапсуляция

При плазмохимической декапсуляции удаление корпуса происходит за счет реакции фторсодержащих радикалов с материалом корпуса в потоке фокусированной плазмы и образовании газообразных продуктов реакции, которые удаляются вакуумным насосом.

Преимущества

Данный метод наиболее селективный по отношению к металлам: как к разварочным выводам, так и металлическим проводникам самого кристалла. Так же при использовании этого метода отсутствуют температурные воздействия, механические напряжения. Данный метод подходит для большинства типов известных пластиковых корпусов.

Недостатки

При неправильной эксплуатации есть вероятность удалить верхний пассивирующий диэлектрик. Недостатком метода является относительно низкая скорость удаления материала.

От чего зависит выбор метода вскрытия микросхемы

Выбор метода декапсуляции корпуса микросхемы зависит от вида корпуса, из какого материала он сделан.

1. Металлические корпуса

Механическое снятие металлического корпуса называется “скальпирование”. Существует несколько способов его реализации

Верхняя часть корпуса стачивается с помощью шлифовального устройства или шлифуется до желаемой толщины. Так же, существуют специальные машины, в которых корпус срезается малым отрезным диском по периметру.

Так же, снятия металлической крышки можно выполнить с помощью силового сдвига. Корпус помещается в тиски одна из губок которых упирается в корпус, а другая в металлическую крышку. При такой реализации существует высокая вероятность помять или повредить корпус. Чтобы уменьшить риски разработаны специальные формы, для того, чтобы силы, оказывающие сдавливание, были направлены максимально параллельно корпусу.

Более безопасный способ снятия металлической крышки с корпуса – с помощью лазерного декапсулятора. Удаление корпуса происходит путем удаления части материала корпуса по периметру крышки. Для этих целей предпочтительней использовать более мощный зеленый лазер, хотя крышки с небольшой толщиной возможно удалить и с помощью ИК-лазера в 7,5 Ватт. Так как удаление металла происходит преимущественно на высоких мощностях, во время прохождения лазерного луча по периметру корпуса будет происходить нагрев образца. Чтобы уменьшить температурный фактор, необходимо использовать специальный охлаждающий столик, на котором закреплен образец.

2. Керамические корпуса

Из-за устойчивости керамики к химии, для декапсуляции керамических корпусов возможно использовать механические методы и лазерную декапсуляцию.

Механическое удаление керамического корпуса очень продолжительный процесс и не всегда эффективен – так как керамика плохо поддается обработке. Увеличивается расход механических инструментов и материалов, а процесс может оказаться очень продолжительным.

Для корпусов типа CERDIP создан специальный инструмент для срезания верхней крышки корпуса с помощью настраиваемых лезвий.

Более быстрым методом является лазерная декапсуляция, что сводит процесс удаления до часа – двух, а также вносит меньше механических напряжений. Но из-за высокого нагрева области удаления материала создается температурный градиент в корпусе, поэтому при лазерной декапсуляции керамические корпуса необходимо охлаждать.

3. Пластмассовые корпуса

Самыми многочисленным по разнообразию являются пластиковые корпуса, для них применимы все четыре метода декапсуляции. Самым простым методом является химическая декапсуляция, корпуса растворяют концентрированной серной или дымящей азотной кислотами, в ряде случаев применяется смесь кислот. Для сохранения работоспособности образца самым оптимальным вероятно будет являться комбинация методов – механически или с помощью лазера выполняется пре-кавитация (создание “окошка”), с остаточной толщиной компаунда от 20 – 200 мкм, окончательное открытие кристалла может быть выполнено с помощью жидкой химии или плазмохимии.

Химический метод более экономичен, достаточно быстрый и позволяет работать с большой остаточной толщиной в 100-200 мкм (что упрощает пре-кавитацию), но при медной, серебряной или алюминиевой разварке повышается риск ее повреждения. При использовании плазмохимии эти риски отсутствуют, но для получения приемлемой скорости необходима остаточная толщина в 20-50 мкм. На рис. 5 показаны результаты вскрытия корпуса различными методами.

Рис. 5. Вскрытие корпуса микросхемы

Сравнение методов декапсуляции

Метод	Лазерная декапсуляция	Химическая декапсуляция	Механическая декапсуляция	Плазмохимическая декапсуляция
Точность	Высокая	Средняя	Средняя	Средняя
Сложность	Средняя	Высокая	Высокая	Средняя
Селективность по отношению к разварочным выводам	Высокая	Низкая	Низкая	Высокая
Скорость	Высокая	Высокая	Средняя	Низкая
Для каких корпусов подходит	Для всех типов	Пластмасса	Преимущественно пластмасса, но при наличии специальных фрез можно декапсулировать металлические и керамические корпуса	Пластмасса
Преимущества	Универсальный метод декаплуляции	Метод прост с точки зрения затрат человеческого труда. Возможность полной декапсуляции	Отсутствует химия, хорошо подходит для декапсуляции с обратной стороны	Возможность полной декапсуляции
Недостатки	Невозможно удалить материал полностью	Вероятность бокового подтрава (повреждение разварочных выводов)	Вероятность повреждения разварочных выводов	Относительно низкая скорость удаления материала и при неправильном использовании возможно удаление пассивирующего диэлектрика

comments powered by HyperComments

Если Вам необходимо получить более подробную информацию об системах декапсуляции, обращайтесь в нашу компанию. Наши специалисты расскажут подробно о возможностях современных устройств для удаления корпусов и компаунда, а также сориентируют Вас по ценам на продукцию. Присылайте свои вопросы на электронную почту: info@sernia.ru.