芯片的腐蚀

任 建 刘 斌 付 英

摘要:集成电路的逆向设计主要是对集成电路芯片的版图解剖,它不仅决定着集成电路的功能是否正确,而且对集成电路的性能、成本与功耗也会有很大程度的影响。对集成电路版图进行的解剖是能否最终实现电路的性能和最低功耗的关键。

关键词:集成电路;逆向设计;版图解剖

中图分类号:TN405文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0127-01

芯片的解剖实际上就是对集成电路芯片进行腐蚀。腐蚀从狭义上讲指的是金属与环境间物理、化学的相互作用,使金属性能发生改变,从而导致金属、环境及其构成的系统功能等受到损伤的现象。

1芯片腐蚀的分类

芯片腐蚀的类型可分为湿腐蚀和干腐蚀。湿腐蚀指金属在有水存在情况下的腐蚀;干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中进行的腐蚀。由于大气中普遍含有水,因此湿腐蚀较干腐蚀是最常见的,但在高温操作时干腐蚀所造成的危害也是不能忽视的,要加以考虑与注意。

①湿腐蚀。湿腐蚀是一种电化学反应。在水溶液中,金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池,金属在溶液中失去电子后带正电,这是一个氧化过程,即阳极过程。与此同时在接触水溶液的金属表面,溶液中的某种物质中和大量电子,中和电子的过程是还原过程,即阴极过程。大多数情况下,阴极或阳极过程会随着腐蚀的不断进行而受到阻滞,进而变慢,这个现象称为极化,金属的腐蚀会随极化现象而减缓。②干腐蚀。干腐蚀一般指在高温气体中发生的腐蚀,最常见的是高温氧化现象。在高温气体中,金属表面会产生一层氧化膜,金属的耐腐蚀性受膜的性质和生长规律影响。膜的生长规律可分为直线、抛物线和对数规律。直线规律下,金属失重随时间以恒速上升,所以直线规律的氧化最危险。而抛物线和对数的规律是氧化速度随膜厚增长而下降,比较安全。

2腐蚀的形态

腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。均匀腐蚀发生在金属表面的全部或绝大部,也叫全面腐蚀。大多数情况下,金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜,使腐蚀变慢。但有些金属在腐蚀液中不产生膜就迅速溶解,如钢铁在盐酸中就是这种情况。局部腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多,而且可能是突发性和灾难性的 , 会引起爆炸、火灾等危险事故。

3腐蚀的过程

对集成电路芯片的腐蚀,需要进行两次比较彻底的腐蚀,具体介绍如下。

①第一次腐蚀。将芯片表面的封装材料腐蚀掉,鉴于封装的材料即通常是环氧树脂,务必使用发烟硝酸,并用电热炉对其加热,以促使其加速腐蚀,待硝酸沸腾后,停止加热,使其逐渐冷却,待其完全腐蚀掉,可以看到以下几个现象:在杯底会出现一块很小的芯片;原本用于封装的材料全被腐蚀掉;器件的拐角也已消失。

在取出芯片的过程中,务必要特别小心,注意安全。具体操作方法如下:首先打开水龙头,水流不要太急,以免在和硝酸混合时溅出,伤到自己;在水下流的过程中,同时把杯中的酸液缓缓倒入污水池,待水流半分钟后,感觉杯中的酸的浓度很小时,用去离子水进行清洗;待酸完全去掉后,用镊子找到腐蚀后剩余的芯片,用去离子水进行清洗,待完全洗干净后,再进行烘干等一系列操作。

②第二次腐蚀。在对芯片第一次照相后,还要进行第二次腐蚀,具体目的是腐蚀掉芯片表面的一层金属铝,从而在下次照相时能更仔细的看清芯片的内部结构,以利于芯片分析。这次腐蚀和第一次腐蚀有些区别,首先,这次使用盐酸和氢氟酸为1:1的混合液。其次,由于酸的强弱,时间也不尽相同,但观察到最重要一个现象是,芯片周围不再冒气泡,此时说明腐蚀已很彻底,当芯片不再冒气泡时,取出后在去离子水中进行清洗。

为了更清楚的看到每层的颜色,必要时我们还可以进行染色,所用试剂为无水硫酸铜,该试剂腐蚀性大,注意安全。由于芯片的大小,只需要滴一滴将其覆盖即可,待染色五秒钟后对芯片进行清洗,去除残留的试剂,然后对芯片进行烘干,接下来就要重复第一次照相的过程,照完后利用业余时间将这些图拼接到一块,即可得到芯片的内部结构,也就是一副完整的版图。

4结 语

文章分别从芯片腐蚀的定义、分类、形态和具体操作过程等方面对芯片的腐蚀做了具体的介绍,更重要的是说明了一些腐蚀芯片的注意事项。鉴于目前国内集成电路产业的现状,在未来一段时间内,相信逆向设计仍是我国集成电路设计的主流,而芯片的腐蚀又是逆向设计的关键,所以做好芯片的腐蚀很有必要。

参考文献:

[1] (美)坎贝尔著.曾莹,严利人,王纪民译.微电子制造科学原

理与工程技术[M].北京:电子工业出版社,2003.