Bildungsprogramm in der Chemie: Säureumkehrung von Mikroschaltkreisen (wie ein Kristall eines Mikroschaltkreises für die anschließende Photographie freigelegt werden kann)

Einleitung


Wenn Sie bereits mit dem Ätzen und Fotografieren von Mikroschaltkreisen beschäftigt sind, können Sie aus diesem Artikel nur wenig lernen. Wenn Sie jedoch ein Foto des Chips machen möchten, aber nicht wissen, wo Sie anfangen sollen, ist dieser Artikel definitiv für Sie. Denken Sie auch daran, dass Sie die ersten Schritte zur Bewältigung dieses faszinierenden Verfahrens wahrscheinlich ein wenig verletzen werden.


Bitte seien Sie äußerst vorsichtig, dann wird es Ihnen zwar weh tun, aber nicht viel. Wenn Sie zumindest eine geringe Neigung zum gesunden Menschenverstand haben, führen Sie dieses Verfahren in einem speziell ausgestatteten chemischen Labor unter Aufsicht erfahrener Spezialisten durch. und werden Sie nicht zum Opfer Ihrer Arroganz, da Sie denken, dass Sie nach dem Lesen dieses Ausbildungsprogramms dieses Verfahren sofort selbst durchführen können. Wenn Sie sich nicht an Google wenden und nicht wissen, was Sie einfüllen sollen (Säure in Wasser oder Säure), und nicht wissen, was diese Ignoranz für Sie bedeutet, hören Sie bitte auf, dieses Schulungsprogramm zu lesen, und melden Sie sich zuerst für Kurse an Jemand eine örtliche technische Schule, wo es ein gutes chemisches Labor gibt.


Säure zu Wasser oder Wasser zu Säure?


Kapuze


Chemische Ausrüstung


Wenn wir vom absolut notwendigen Minimum ausgehen, brauchen Sie hochkonzentrierte Salpetersäure (HNO3) und Schwefelsäure (H2SO4). Die Rechtmäßigkeit ihres Erwerbs ist von Land zu Land unterschiedlich. Wenn Sie in einem Land leben, in dem die Regierung besonders auf die Umwelt achtet, benötigen Sie wahrscheinlich eine andere Methode (ich habe gehört, dass die Deutschen mit Kolophonium gute Ergebnisse erzielen). Neben diesen beiden Säuren benötigen Sie auch Isopropylalkohol und Aceton als Lösungsmittel zum Abstreifen. Neben Chemikalien benötigen Sie auch Glaswaren. Glücklicherweise ist das Verfahren ziemlich einfach, so dass Sie nur ein paar Reagenzgläser, ein paar Gläser und einen Ringständer mit einer Bürettenklemme benötigen.


Ringständer


  • Beachten Sie beim Kauf von Clips, die bereits verwendet wurden, dass das Metall nicht mit den Glaswänden der Reagenzgläser in Berührung kommt. An den bereits verwendeten Klemmen darf sich keine Dichtung (Gummi oder Stoff) befinden, die vor Kratzern schützt.
  • Säuren, mit denen gearbeitet werden muss, können in das Metall beißen, also mit säurefesten Pinzetten bestücken. Wie die Praxis zeigt, neigen Pinzetten dazu, sich zu verlaufen oder zu verbiegen. Kaufen Sie also ein Dutzend auf einmal, um dieses Problem ein für alle Mal zu lösen.
  • Da saure Dämpfe, insbesondere Salpetersäuredämpfe, sehr schädlich sind, benötigen Sie eine Dunstabzugshaube, um das saure Gas, das zu Beginn der Erwärmung aus dem Rohr auskocht, richtig einzudämmen.
  • Als praktischer Indikator für den Anstieg der Säurepaare können Sie Thermopapier von Flug- und Bahnfahrkarten verwenden. Thermopapier wird bei Kontakt mit sauren Dämpfen schwarz oder rot. Das über dem Reagenzglas aufgehängte Ticket gibt Ihnen ein visuelles Signal, wenn Säuredämpfe übermäßig stark ausbrechen.
  • Um die Oberfläche des Chips mit einem Lösungsmittel zu reinigen, können Sie prinzipiell eine Zahnbürste verwenden, es ist jedoch vorzuziehen und sicherer, Ultraschallbäder zu verwenden. Günstige Ultraschallbäder sind bei Juwelieren zu finden - sie funktionieren ziemlich gut. Achten Sie jedoch darauf, dass Ihre Reinigungsmittel die Kunststoffteile dieser Ultraschallbäder nicht auflösen.

Ultraschallbad


  • Schließlich benötigen Sie eine regulierte Wärmequelle. Sie haben sich wahrscheinlich schon freudig die Hand über den Bunsen-Gasbrenner gestreckt ... Aber für unseren Eingriff ist er absolut nicht geeignet. Stattdessen ist es besser, eine kostengünstige Thermoair-Lötstation zu verwenden, die für die Verwendung mit SMD entwickelt wurde: Oberflächenmontierte Leiterplatten. Zum Beispiel Aoyue 850A. Durch Drehen des Luftmengenreglers der Heißluftpistole in die Nähe des Maximums und langsames Anheben der Temperatur können Sie den Schlauch auf die gewünschte Temperatur erwärmen und dann aufrechterhalten.

Aoyue 850A


Chemisches Verfahren


Der Formfaktor Ihres Sample-Chips sollte von allen im Handel erhältlichen minimal sein. Zum Beispiel bietet Texas Instruments MSP430F2012 zwei Formfaktoren: PDIP (Plastic Dual Inline Package; Kunststoffgehäuse mit zweireihigem Pin-Layout) und QFN (Quad Flat No-Leads; Quadratgehäuse, ohne Beine). Obwohl das beschriebene Verfahren auf alle Formfaktoren anwendbar ist, ist QFN vorzuziehen. Weil es viel kleiner ist und weniger Kunststoff darauf ist, der auf jeden Fall geätzt werden muss; Dies bedeutet, dass weniger Salpetersäure zum Ätzen der QFN-Probe benötigt wird.


PDIP und QFN


  • Verbinden Sie zunächst die Bürettenklemme mit dem Ringständer. Richten Sie die Düse auf die Lötstation, direkt unter dem Rohrboden. Schalten Sie die Hitze noch nicht ein.
  • Legen Sie den Mikrokreislauf in ein Röhrchen mit ausreichend Salpetersäure, um sich vollständig unter der Säure zu verstecken. Zum Abschmecken können Sie einen Tropfen Schwefelsäure hinzufügen (aber übertreiben Sie es nicht, sonst frisst es nicht nur Plastik, sondern auch Drahtverbindungen). Aus Gründen der Selbsterhaltung werden Sie ziemlich schnell lernen, wie dieser Vorgang in dieser kurzen Zeit durchgeführt wird, während das Glas noch kalt ist. Genauso wie Sie sehr schnell und schmerzhaft herausfinden, dass kaltes Glas seltsamerweise genauso heiß aussieht.
  • Setzen Sie das Röhrchen in die Bürettenklemme ein. Die Durchstechflasche sollte leicht geneigt sein. Die untere Seite ist näher zu Ihnen, die obere weiter von Ihnen entfernt, so dass explosive Ausbrüche von siedender Säure, die manchmal auftreten, an Ihrer Seite vorbeifliegen.
  • Sie haben also einen mit Säure beschichteten Chip. Richten Sie nun die Lötstation auf einen hohen Luftdurchsatz der Heißluftpistole und auf geringe Hitze ein. Erhöhen Sie langsam die Temperatur und beobachten Sie eine gut beleuchtete Säule mit sauren Dämpfen. Die Idee ist, eine Temperatur zu finden, bei der die Säure sehr intensiv siedet, gleichzeitig aber die Säuredampfsäule darüber unter den Rändern des Rohrs bleibt und nicht herausfliegt.
  • Ein Laserpointerstrahl, der in ein Reagenzglas gerichtet wird, zeigt die genaue Höhe dieser Säule, da Säuredämpfe anders als reine Luft durch einen Laserstrahl hervorgehoben werden.
  • Bei Überhitzung der Röhrchen fliegen die Säuredämpfe aus und füllen entweder einen Abzug oder ein Labor. Im letzteren Fall beginnt das gesamte Eisen im Raum zu rosten, Ihre Lungen werden verbrennen und unter anderem funktionieren Feueralarme. Mach das nicht
  • Wenn der Mikrokreislauf in Salpetersäure siedet, zerbröckelt sein Körper. Dieses Absplittern ist notwendig, um fortzufahren, bis die Säure beginnt, den Kristallchip selbst zu korrodieren, oder bis die Säure ihre Korrosionsfähigkeit verliert.
  • Möglicherweise stellen Sie fest, dass sich die Farbe der Säurelösung ändert. HNO3 wird nach dem Lösen von Kupfer grün oder blau, was darauf hindeutet, dass seine Fähigkeit, Kunststoff zu korrodieren, erheblich abgenommen hat. Nachdem die Säure aufgebraucht ist, lassen Sie die Tube abkühlen und gießen Sie den Inhalt in ein leeres Glas.
  • Im Moment ist die Säure nicht stark genug, um den Körper des Chips zu korrodieren - aber immer noch stark genug, um Ihre Haut zu fressen. HNO3-Verbrennungen schmerzen zunächst nicht und sind auch hell. Daher können Sie sie auch nicht sofort bemerken, mit Ausnahme von vergilbter Haut, die sich während der Woche allmählich abblättern wird (oder so). Manchmal kann man es eher als Juckreiz als als Brand empfinden. Wenn also ein Fleck auf Ihrer Hand anfing zu jucken, dann laufen Sie wie eine Verbrühung zur Spüle. H2SO4 brennt stärker. Wenn es auf die Haut trifft, kommt es zu einem starken brennenden Schmerz und die Haut wird mit einem roten Hautausschlag bedeckt.

Wie sehen saure Verbrennungen aus?


  • Nun, da Ihr Wissen ein wenig weiter geht, als die Tatsache zu verstehen, dass Sie Ihre Finger nicht mit Säure in Reagenzgläser stecken sollten, verwenden Sie eine Pinzette, um den Kristallchip vorsichtig von der Säure zu entfernen, und legen Sie ihn in ein anderes Glas - mit Aceton. Dieses Glas (Glas Aceton) wird dann für einige Minuten in ein Ultraschallbad geschickt.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist der Kristall in der Regel fast völlig nackt. Es werden nur geringfügige Verschmutzungen beobachtet. Wenn jedoch der Chipkörper groß ist, reicht möglicherweise eine einzelne Portion Salpetersäure nicht aus (nach dem ersten Mal ist der Kristall noch bedeckt). Um das beste Ergebnis zu erzielen, sollte der Vorgang mit HNO3 wiederholt werden, bis auf dem Chip sehr wenig Schmutz vorhanden ist. Vor der Fotositzung sollte der Kristall in H2SO4 gebadet werden, wo die restlichen Krümel von Schmutz befreit werden.
  • Diese beiden Säuren unterscheiden sich sehr in ihrem Verhalten. Wenn Sie mit H2SO4 baden, verhält sich Ihr Mikrochip völlig anders als in einem Bad mit HNO3. H2SO4 hat einen viel höheren Siedepunkt als HNO3, frisst aber gleichzeitig den Körper des Chips gut ab, selbst unter seinem Siedepunkt. Sie werden auch feststellen, dass in H2SO4 der Fall des Mikrokreislaufs weder lackiert noch gelöst ist und die Säure eine tintenschwarze Farbe annimmt. Dadurch ist es nicht mehr möglich, den Kristall des Mikrokreislaufs zu erkennen, um zu verstehen, ob es Zeit ist, ihn herauszuziehen oder nicht.
  • Halten Sie den Kristall nach dem Schwimmen in H2SO4 einige Minuten lang im Ultraschallbad. Alles, jetzt ist er bereit für eine Fotosession.

Fotoausrüstung


Nun, da Sie einen blanken Kristall haben, können Sie ein Bild davon machen. Dies erfordert ein metallographisches Mikroskop - d.h. derjenige, der das Bild mit einem reflektierenden Licht hervorhebt und nicht durchläuft.


  • Um den Kristallchip zu fotografieren, können Sie entweder eine spezielle Kamera für das Mikroskop kaufen oder eine digitale SLR-Kamera verwenden. Beide Optionen haben ihre Vorteile, aber es ist erwähnenswert, dass „Spezialkameras für das Mikroskop“ sich häufig als die primitivsten Budgetoptionen für Webcams herausstellen, wobei unkomfortable Software nur unter Windows funktioniert. Daher ist es besser, eine digitale Spiegelreflexkamera zu verwenden.
    Fotoverfahren. Unabhängig davon, welche Kamera Sie verwenden, können Sie nicht den gesamten Chip mit einer Aufnahme aufnehmen. Um ein Bild des gesamten Mikrokreislaufs zu erhalten, müssen Sie ein Bild davon in Teilen machen und diese Teile dann zu einem Bild zusammenfügen. Dies kann mit der für das Arbeiten mit Panoramabildern entwickelten Software durchgeführt werden.
  • Um das beste Ergebnis zu erzielen, sollte sich jedes Bildfragment um etwa ein Drittel mit den Bildern vor und nach dem Bild sowie mit benachbarten Zeilen überlappen.
  • Nachdem Sie den gesamten Mikrocircuit erfasst haben, laden Sie die resultierenden Bilder auf einem Computer mit ausreichend Arbeitsspeicher zu Hugin hoch. Hugin ist ein Hilfsprogramm zum Zusammenfügen von Panoramabildern. Sie ist unter anderem gut darin, die Fehler beim Fotografieren zu korrigieren, wenn nicht zu viele davon vorhanden sind. Hugin wird alles tun, um alle Fragmente Ihres Bildes auszurichten. Am Ausgang erzeugt es entweder ein fast perfektes Muster oder eine hässliche Verwirrung. Wenn diese Verwirrung aufgrund eines geringfügigen Fehlers auftritt, können Sie die erforderlichen Anpassungen über Hugin vornehmen. Bei schwerwiegenden Fehlern wie unzureichender Überlappung oder unzureichender Fokussierung ist jedoch eine wiederholte Fotositzung für den Chip auf dem Chip erforderlich. Die folgende Abbildung zeigt eine vollständige Fotografie des Kristalls (in reduzierter Auflösung) des Clipper-Chips.

Kristallfotografie


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