البرنامج التعليمي في الكيمياء: الانعكاس الحمضي للدوائر الدقيقة (كيفية فضح بلورة الدائرة الدقيقة لتصويرها اللاحق)

مقدمة

إذا كنت منخرطًا بالفعل في النقش وتصوير الرقائق الدقيقة ، فيمكنك تعلم القليل من هذه المقالة. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب في تصوير الشريحة ، ولكن لا تعرف من أين تبدأ ، فإن هذه المقالة بالتأكيد لك. بالإضافة إلى ذلك ، ضع في اعتبارك أنه في الخطوات الأولى لإتقان هذا الإجراء الرائع ، من المرجح أن تتأذى قليلاً.

يرجى توخي الحذر الشديد ، فسوف يؤذيك ، على الرغم من أنه سيكون كذلك ، ولكن ليس كثيرًا. أيضًا ، إذا كان لديك ميل طفيف على الأقل إلى الحس السليم ، - قم بتنفيذ هذا الإجراء في مختبر كيميائي مجهز تجهيزًا خاصًا ، تحت إشراف متخصصين ذوي خبرة ؛ ولا تصبح ضحية غطرستك ، معتقدة أنه بعد قراءة هذا البرنامج التعليمي ، يمكنك تنفيذ هذا الإجراء بنفسك على الفور. علاوة على ذلك ، إذا كنت لا تعرف ما يجب سكبه (الحمض في الماء أو الحمض) دون الاتصال بـ Google ولا تعرف ما هو هذا الجهل المليء بك - يرجى التوقف عن قراءة هذا البرنامج التعليمي والاشتراك أولاً في الدورات التي -لا تذهب إلى كلية محلية مع مختبر كيميائي جيد.

المعدات الكيميائية

بناءً على الحد الأدنى الضروري للغاية ، ستحتاج إلى حمض النيتريك عالي التركيز (HNO3) وحمض الكبريتيك (H2SO4). تختلف شرعية اكتسابهم من بلد إلى آخر. إذا كنت تعيش في بلد تهتم فيه الحكومة بشكل خاص بالبيئة ، فربما تحتاج إلى طريقة مختلفة (سمعت أن الألمان يحققون نتائج جيدة باستخدام الصنوبري). بالإضافة إلى هذين الحمضين ، ستحتاج أيضًا إلى كحول الأيزوبروبيل والأسيتون ، كمذيبات للتجريد. بالإضافة إلى المواد الكيميائية ، ستحتاج أيضًا إلى بعض الأواني الزجاجية. لحسن الحظ ، فإن الإجراء بسيط للغاية ، لذلك كل ما تحتاجه هو عدد قليل من أنابيب الاختبار وبعض النظارات وحامل ثلاثي القوائم مع مشبك للفتحة.

• عند شراء المشابك التي كانت قيد الاستخدام بالفعل ، ضع في اعتبارك أن المعدن لا يجب أن يتلامس مع الجدران الزجاجية للأنابيب ؛ قد لا تحتوي المقاطع التي كانت قيد الاستخدام بالفعل على حشية (مطاط أو قماش) تحمي من الخدوش.
• الأحماض التي يجب أن تعمل عليها يمكن أن تلدغ في المعدن ، لذا قم بتخزين الملقاط المقاوم للأحماض. كما تظهر الممارسة ، تميل الملقط إلى الضياع أو الانحناء ، لذا قم بشراء اثني عشر مرة واحدة لحل هذه المشكلة مرة واحدة وإلى الأبد.
• نظرًا لأن أبخرة الحمض ، وخاصة أبخرة حمض النتريك ، ضارة جدًا ، ستحتاج إلى غطاء دخان لكبح الغاز الحمضي بشكل صحيح ، والذي سيغلي من الأنبوب عند بدء تسخينه.
• كمؤشر مناسب على المستوى الذي ارتفعت فيه أبخرة الحمض ، يمكنك استخدام الورق الحراري من تذاكر الطيران والقطارات. عند تلامس الأدخنة الحمضية ، يتحول الورق الحراري إلى اللون الأسود أو الأحمر. ستمنحك التذكرة المعلقة فوق أنبوب الاختبار إشارة مرئية عندما تنفجر أبخرة الحمض بشكل مفرط.
• لتنظيف سطح الدائرة المصغرة بمذيب ، يمكنك ، من حيث المبدأ ، الاستغناء عن فرشاة الأسنان ، ولكن يفضل استخدام الحمامات فوق الصوتية. يمكن العثور على حمامات بالموجات فوق الصوتية غير مكلفة في المجوهرات - فهي تعمل بشكل جيد. ولكن كن حذرًا من أن مذيبات التنظيف الخاصة بك لا تذوب الأجزاء البلاستيكية من هذه الحمامات بالموجات فوق الصوتية.

• أخيرًا ، ستحتاج إلى مصدر حرارة محكومة. ربما تكون قد وصلت بالفعل بفرحة إلى موقد الغاز بنزن ... لكنه غير مناسب تمامًا لإجراءاتنا. بدلاً من ذلك ، من الأفضل استخدام محطة لحام رخيصة الثمن بالهواء الساخن مصممة للعمل مع SMD: لوحات الدوائر المطبوعة المثبتة على السطح. على سبيل المثال Aoyue 850A. تدوير منظم تدفق الهواء لبندقية الهواء الساخن بالقرب من الحد الأقصى ورفع درجة حرارته ببطء ، يمكنك تسخين الأنبوب إلى درجة الحرارة المطلوبة ، ثم الحفاظ عليه.

إجراء كيميائي

يجب أن يكون عامل الشكل للدائرة المصغرة لعينتك هو الحد الأدنى لجميع تلك المتاحة في السوق. على سبيل المثال ، تأتي شركة Texas Instruments MSP430F2012 بعاملين: PDIP (حزمة بلاستيكية مزدوجة مضمنة ؛ علبة بلاستيكية ذات ترتيب مزدوج للصفوف) و QFN (رباعية مسطحة بدون وصلات ؛ حالة مربعة ، بدون أقدام). على الرغم من أن الإجراء الموصوف قابل للتطبيق على أي عوامل شكل ، يفضل QFN. لأنه أصغر بكثير وأقل من البلاستيك عليه ، وعلى أي حال يجب أن يكون محفوراً ؛ مما يعني أن حمض النيتريك سيتطلب أقل بكثير لحفر عينة QFN.

• ابدأ بتثبيت مشبك السحاحة بالحامل الدائري. وتوجيه فوهة محطة اللحام ، أسفل الجزء السفلي من الأنبوب. لكن لا تشعل الحرارة بعد.
• ضع الشريحة في أنبوب اختبار مع ما يكفي من حمض النيتريك للاختباء بالكامل تحت الحمض. حسب الذوق ، يمكنك إضافة قطرة من حمض الكبريتيك (ولكن لا تبالغ في تناوله ، وإلا فإنه لن يأكل البلاستيك فحسب ، بل أيضًا التوصيلات السلكية). لأسباب تتعلق بالحفاظ على النفس ، ستتعلم بسرعة كيفية القيام بهذا الإجراء في تلك الفترة القصيرة من الوقت بينما لا يزال الزجاج باردًا ؛ مثلك بسرعة كبيرة ، وتعلم بشكل مؤلم أنه من الغريب أن الزجاج البارد يبدو تمامًا مثل الزجاج الساخن.
• ضع الأنبوب في مشبك السحاحة. يجب أن يكون الأنبوب مائلاً قليلاً. الجانب السفلي أقرب إليك ، والجانب العلوي بعيدًا عنك ، بحيث تنفجر الثورات المتفجرة لحمض الغليان ، التي تحدث في بعض الأحيان ، من جانبك.
• لذا ، لديك دائرة دقيقة مغلفة بالحمض. الآن قم بتعيين محطة اللحام على تيار هواء عالي السرعة لبندقية الهواء الساخن والتسخين الضعيف. ارفع درجة الحرارة ببطء ، مع مراعاة العمود المضاء جيدًا للبخار الحمضي. تكمن الفكرة في إيجاد درجة حرارة يغلي فيها الحمض بكثافة شديدة ، ولكن في نفس الوقت يظل عمود الأبخرة الحمضية فوقه فوقه تحت حواف الأنبوب ولا يطير.
• سيظهر شعاع مؤشر الليزر الموجه إلى أنبوب الاختبار الارتفاع الدقيق لهذا العمود ، حيث أن الأبخرة الحمضية ، على عكس الهواء النظيف ، ستضيء بواسطة شعاع الليزر.
• يؤدي ارتفاع درجة حرارة أنبوب الاختبار إلى خروج أبخرة حمضية ، مما يملأ غطاء الدخان أو المختبر. في الحالة الأخيرة ، سيبدأ الصدأ في كل الحديد الموجود في الغرفة ، وستحترق رئتيك ، وسيعمل جهاز إنذار الحريق من بين أشياء أخرى. لا تفعل ذلك.
• مع غليان الدوائر المصغرة في حمض النتريك ، سوف ينهار جسمها إلى قطع. يجب أن يستمر هذا التشويش حتى يبدأ الحمض نفسه في تآكل شريحة الدائرة الدقيقة نفسها ، أو حتى يفقد الحمض قدرته على التآكل.
• قد تلاحظ تغير لون المحلول الحمضي. يتحول HNO3 بعد إذابة النحاس إلى اللون الأخضر أو ​​الأزرق ، وهذا يشير إلى أن قدرته على تآكل البلاستيك قد انخفضت بشكل ملحوظ. بعد استهلاك الحمض ، اترك الأنبوب ليبرد ، ثم صب محتوياته في كوب فارغ.
• في الوقت الحالي ، الحمض ليس قويًا بما يكفي لتآكل جسم الرقاقة - ولكنه لا يزال قويًا بما يكفي لتآكل جلدك. الحروق من HNO3 في البداية لا تؤذي كثيرًا ، وهي خفيفة أيضًا. لذلك ، قد لا تلاحظها على الفور ، باستثناء الجلد المصفر الذي يتقشر تدريجيًا خلال أسبوع (أو نحو ذلك). في بعض الأحيان يمكنك الشعور بها كحكة بدلاً من الحرق. لذلك ، إذا بدأت بقعة في ذراعك بالحكة ، فركض كالحرق إلى الحوض. يحرق H2SO4 بشكل أكثر كثافة. عند دخول الجلد ، يشعر بألم حارق حاد ، ويصبح الجلد مغطى بطفح جلدي أحمر.

• لذا ، الآن بعد أن امتدت معرفتك بالفعل إلى أبعد قليلاً من فهم حقيقة أنه لا يجب عليك وضع أصابعك في الأنابيب الحمضية ، استخدم الملقط لإزالة الشريحة من الحمض بعناية وإسقاطها في كوب آخر - مع الأسيتون. ثم يتم إرسال هذا الزجاج (كأس الأسيتون) إلى الحمام بالموجات فوق الصوتية لعدة دقائق.
• في هذه المرحلة ، تكون البلورة ، كقاعدة عامة ، شبه عارية تمامًا. لوحظت قطع صغيرة من الأوساخ. ومع ذلك ، إذا كانت حالة الدائرة المصغرة كبيرة ، فقد لا يكون جزء واحد من حمض النتريك كافيًا (بعد المرة الأولى ، لا تزال البلورة مغطاة). لتحقيق أفضل نتيجة ، يجب تكرار الإجراء مع HNO3 حتى تبقى القليل من الأوساخ على رقاقة الشريحة. ثم ، قبل جلسة التصوير ، يجب أن تستحم البلورة في H2SO4 ، حيث سيتم تنظيف فتات الأوساخ المتبقية منها.
• هذان الأحماض يختلفان تمامًا عن بعضهما البعض في سلوكهما. ستجد أنه عند الاستحمام باستخدام H2SO4 ، فإن دائرتك الدقيقة تتصرف بطريقة مختلفة تمامًا عن الحمامات مع HNO3. تحتوي H2SO4 على نقطة غليان أعلى بكثير من HNO3 ، ولكنها تأكل الدائرة الدقيقة جيدًا حتى أقل من نقطة الغليان. ستجد أيضًا أنه في H2SO4 ، لا تلون حالة الدائرة المصغرة ولكنها تذوب ، بينما يكتسب الحمض لون أسود حبر ، وبسبب ذلك ، لم يعد من الممكن عمل بلورة الدائرة المصغرة لفهم ما إذا كان الوقت قد حان لإزالتها بالفعل أم لا.
• بعد الاستحمام في H2SO4 ، امسك البلورة في حمام بالموجات فوق الصوتية لعدة دقائق. كل شيء ، هو الآن جاهز لجلسة تصوير.

معدات التصوير

الآن بعد أن أصبح لديك بلورة عارية ، يمكنك التقاط صورة لها. سيتطلب هذا مجهرًا للمعادن ، أي تلك التي تبرز الصورة بالضوء العاكس ، وليس الضوء المار.

• لتصوير رقاقة الدوائر المصغرة ، يمكنك إما شراء كاميرا خاصة للمجهر ، أو استخدام كاميرا SLR رقمية. يتمتع كلا الخيارين بمميزاتهما ، ولكن تجدر الإشارة إلى أن "الكاميرات الخاصة للميكروسكوب" غالبًا ما تتحول إلى أكثر خيارات الميزانية البدائية لكاميرات الويب ، مع برامج غير مريحة تعمل فقط مع Windows. لذلك ، من الأفضل استخدام كاميرا SLR رقمية.
  إجراء التصوير. مهما كانت الكاميرا التي تستخدمها ، فلن تتمكن من تصوير الشريحة بأكملها في لقطة واحدة. للحصول على صورة للدائرة الصغيرة بالكامل ، عليك تصويرها في أجزاء ، ثم خياطة هذه الأجزاء في صورة واحدة. يمكن القيام بذلك باستخدام برنامج مصمم للعمل مع الصور البانورامية.
• لضمان أفضل نتيجة ، يجب أن تتداخل كل جزء من الصورة مع حوالي الثلث ، مع الصور قبلها وبعدها ، وكذلك مع الخطوط المجاورة.
• بعد تصوير الشريحة بالكامل ، قم بتحميل الصور إلى Hugin على جهاز كمبيوتر مزود بذاكرة وصول عشوائي كافية. Hugin هو أداة مفيدة لخياطة الصور البانورامية. إنها ، من بين أمور أخرى ، جيدة في أنها تستطيع تصحيح الأخطاء التي ارتكبت عند التصوير ، إذا لم يكن هناك الكثير منها. سيفعل Hugin كل ما هو ممكن لمحاذاة جميع أجزاء صورتك. عند الإخراج ، ينتج إما نمطًا مثاليًا تقريبًا أو ارتباكًا قبيحًا. إذا كان هذا الارتباك ناتجًا عن خطأ بسيط ، فيمكنك إجراء التعديلات اللازمة من خلال Hugin. ومع ذلك ، في حالة حدوث أخطاء خطيرة ، مثل التداخل غير الكافي أو ضعف التركيز ، سيكون من الضروري إجراء جلسة تصوير متكررة لشريحة الشريحة. يوضح الشكل التالي صورة كاملة للبلورة (بدقة منخفضة) لرقاقة المقص. تم بناء الصورة باستخدام أداة Hugin.