芯片的腐蝕

任 建 劉 斌 付 英

摘要:集成電路的逆向設計主要是對集成電路芯片的版圖解剖,它不僅決定著集成電路的功能是否正確,而且對集成電路的性能、成本與功耗也會有很大程度的影響。對集成電路版圖進行的解剖是能否最終實現電路的性能和最低功耗的關鍵。

關鍵詞:集成電路;逆向設計;版圖解剖

中圖分類號:TN405文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)18-0127-01

芯片的解剖實際上就是對集成電路芯片進行腐蝕。腐蝕從狹義上講指的是金屬與環境間物理、化學的相互作用,使金屬性能發生改變,從而導致金屬、環境及其構成的系統功能等受到損傷的現象。

1芯片腐蝕的分類

芯片腐蝕的類型可分為濕腐蝕和干腐蝕。濕腐蝕指金屬在有水存在情況下的腐蝕;干腐蝕則指在無液態水存在下的干氣體中進行的腐蝕。由于大氣中普遍含有水,因此濕腐蝕較干腐蝕是最常見的,但在高溫操作時干腐蝕所造成的危害也是不能忽視的,要加以考慮與注意。

①濕腐蝕。濕腐蝕是一種電化學反應。在水溶液中,金屬表面形成一個陽極和陰極區隔離的腐蝕電池,金屬在溶液中失去電子后帶正電,這是一個氧化過程,即陽極過程。與此同時在接觸水溶液的金屬表面,溶液中的某種物質中和大量電子,中和電子的過程是還原過程,即陰極過程。大多數情況下,陰極或陽極過程會隨著腐蝕的不斷進行而受到阻滯,進而變慢,這個現象稱為極化,金屬的腐蝕會隨極化現象而減緩。②干腐蝕。干腐蝕一般指在高溫氣體中發生的腐蝕,最常見的是高溫氧化現象。在高溫氣體中,金屬表面會產生一層氧化膜,金屬的耐腐蝕性受膜的性質和生長規律影響。膜的生長規律可分為直線、拋物線和對數規律。直線規律下,金屬失重隨時間以恒速上升,所以直線規律的氧化最危險。而拋物線和對數的規律是氧化速度隨膜厚增長而下降,比較安全。

2腐蝕的形態

腐蝕的形態可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種。均勻腐蝕發生在金屬表面的全部或絕大部,也叫全面腐蝕。大多數情況下,金屬表面會生成保護性的腐蝕產物膜,使腐蝕變慢。但有些金屬在腐蝕液中不產生膜就迅速溶解,如鋼鐵在鹽酸中就是這種情況。局部腐蝕只發生在金屬表面的局部。其危害性比均勻腐蝕嚴重得多,而且可能是突發性和災難性的 , 會引起爆炸、火災等危險事故。

3腐蝕的過程

對集成電路芯片的腐蝕,需要進行兩次比較徹底的腐蝕,具體介紹如下。

①第一次腐蝕。將芯片表面的封裝材料腐蝕掉,鑒于封裝的材料即通常是環氧樹脂,務必使用發煙硝酸,并用電熱爐對其加熱,以促使其加速腐蝕,待硝酸沸騰后,停止加熱,使其逐漸冷卻,待其完全腐蝕掉,可以看到以下幾個現象:在杯底會出現一塊很小的芯片;原本用于封裝的材料全被腐蝕掉;器件的拐角也已消失。

在取出芯片的過程中,務必要特別小心,注意安全。具體操作方法如下:首先打開水龍頭,水流不要太急,以免在和硝酸混合時濺出,傷到自己;在水下流的過程中,同時把杯中的酸液緩緩倒入污水池,待水流半分鐘后,感覺杯中的酸的濃度很小時,用去離子水進行清洗;待酸完全去掉后,用鑷子找到腐蝕后剩余的芯片,用去離子水進行清洗,待完全洗干凈后,再進行烘干等一系列操作。

②第二次腐蝕。在對芯片第一次照相后,還要進行第二次腐蝕,具體目的是腐蝕掉芯片表面的一層金屬鋁,從而在下次照相時能更仔細的看清芯片的內部結構,以利于芯片分析。這次腐蝕和第一次腐蝕有些區別,首先,這次使用鹽酸和氫氟酸為1:1的混合液。其次,由于酸的強弱,時間也不盡相同,但觀察到最重要一個現象是,芯片周圍不再冒氣泡,此時說明腐蝕已很徹底,當芯片不再冒氣泡時,取出后在去離子水中進行清洗。

為了更清楚的看到每層的顏色,必要時我們還可以進行染色,所用試劑為無水硫酸銅,該試劑腐蝕性大,注意安全。由于芯片的大小,只需要滴一滴將其覆蓋即可,待染色五秒鐘后對芯片進行清洗,去除殘留的試劑,然后對芯片進行烘干,接下來就要重復第一次照相的過程,照完后利用業余時間將這些圖拼接到一塊,即可得到芯片的內部結構,也就是一副完整的版圖。

4結 語

文章分別從芯片腐蝕的定義、分類、形態和具體操作過程等方面對芯片的腐蝕做了具體的介紹,更重要的是說明了一些腐蝕芯片的注意事項。鑒于目前國內集成電路產業的現狀,在未來一段時間內,相信逆向設計仍是我國集成電路設計的主流,而芯片的腐蝕又是逆向設計的關鍵,所以做好芯片的腐蝕很有必要。

參考文獻:

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理與工程技術[M].北京:電子工業出版社,2003.