Bildungsprogramm in Chemie: Säurewechselung von Mikroschaltungen (wie man einen Kristall einer Mikroschaltung für die anschließende Fotografie freilegt)

Einführung

Wenn Sie bereits mit dem Ätzen und Fotografieren von Mikrochips beschäftigt sind, können Sie aus diesem Artikel wenig lernen. Wenn Sie den Chip jedoch fotografieren möchten, aber nicht wissen, wo Sie anfangen sollen, ist dieser Artikel definitiv für Sie. Denken Sie außerdem daran, dass Sie in den ersten Schritten der Beherrschung dieses faszinierenden Verfahrens höchstwahrscheinlich ein wenig verletzt sein werden.

Bitte seien Sie äußerst vorsichtig, dann wird es Ihnen weh tun, obwohl es sein wird, aber nicht viel. Wenn Sie zumindest eine leichte Tendenz zum gesunden Menschenverstand haben, - führen Sie dieses Verfahren in einem speziell ausgestatteten chemischen Labor unter Aufsicht erfahrener Spezialisten durch. und werden Sie nicht Opfer Ihrer Arroganz, wenn Sie denken, dass Sie dieses Verfahren nach dem Lesen dieses Bildungsprogramms sofort selbst durchführen können. Wenn Sie nicht wissen, was Sie einfüllen sollen (Säure in Wasser oder Säure), ohne Google zu kontaktieren, und nicht wissen, was diese Unwissenheit für Sie bedeutet, hören Sie bitte auf, dieses Bildungsprogramm zu lesen, und melden Sie sich zuerst für Kurse an, in denen - Gehen Sie niemals zu einem örtlichen College mit einem guten chemischen Labor.

Chemische Ausrüstung

Basierend auf dem absolut notwendigen Minimum benötigen Sie hochkonzentrierte Salpetersäure (HNO3) und Schwefelsäure (H2SO4). Die Legitimität ihres Erwerbs ist von Land zu Land unterschiedlich. Wenn Sie in einem Land leben, in dem die Regierung besonders auf die Umwelt achtet, brauchen Sie wahrscheinlich eine andere Methode (ich habe gehört, dass die Deutschen mit Kolophonium gute Ergebnisse erzielen). Zusätzlich zu diesen beiden Säuren benötigen Sie Isopropylalkohol und Aceton als Lösungsmittel zum Strippen. Neben Chemikalien benötigen Sie auch Glaswaren. Glücklicherweise ist das Verfahren recht einfach. Sie benötigen lediglich ein paar Reagenzgläser, ein paar Gläser und ein ringförmiges Stativ mit einem Clip für eine Bürette.

• Beachten Sie beim Kauf bereits verwendeter Klemmen, dass das Metall nicht mit den Glaswänden der Rohre in Kontakt kommen darf. Clips, die bereits verwendet wurden, haben möglicherweise keine Dichtung (Gummi oder Stoff), die vor Kratzern schützt.
• Säuren, mit denen Sie arbeiten müssen, können in Metall beißen. Besorgen Sie sich daher eine säurebeständige Pinzette. Wie die Praxis zeigt, neigen Pinzetten dazu, verloren zu gehen oder sich zu verbiegen. Kaufen Sie also sofort ein Dutzend, um dieses Problem ein für alle Mal zu lösen.
• Da saure Dämpfe, insbesondere Salpetersäuredämpfe, sehr schädlich sind, benötigen Sie einen Abzug, um das saure Gas, das beim Erhitzen aus dem Rohr kocht, richtig einzudämmen.
• Als praktischer Indikator für den Anstieg der Säuredämpfe können Sie Thermopapier aus Luft- und Bahntickets verwenden. Bei Kontakt mit sauren Dämpfen wird Thermopapier schwarz oder rot. Ein Ticket, das über einem Reagenzglas hängt, gibt Ihnen ein visuelles Signal, wenn Säuredämpfe übermäßig ausbrechen.
• Um die Oberfläche der Mikroschaltung mit einem Lösungsmittel zu reinigen, können Sie grundsätzlich auf eine Zahnbürste verzichten. Es ist jedoch vorzuziehen und sicherer, Ultraschallbäder zu verwenden. Preiswerte Ultraschallbäder gibt es bei Juwelieren - sie funktionieren ziemlich gut. Achten Sie jedoch darauf, dass Ihre Reinigungsmittel die Kunststoffteile dieser Ultraschallbäder nicht auflösen.

• Schließlich benötigen Sie eine kontrollierte Wärmequelle. Sie haben wahrscheinlich schon freudig nach dem Bunsen-Gasbrenner gegriffen ... Aber er ist für unser Verfahren völlig ungeeignet. Stattdessen ist es besser, eine kostengünstige Heißluftlötstation zu verwenden, die für die Arbeit mit SMD ausgelegt ist: oberflächenmontierte Leiterplatten. Zum Beispiel Aoyue 850A. Wenn Sie den Luftstromregler der Heißluftpistole nahe dem Maximum drehen und die Temperatur langsam erhöhen, können Sie das Rohr auf die gewünschte Temperatur erwärmen und dann warten.

Chemisches Verfahren

Der Formfaktor Ihrer Muster-Mikroschaltung sollte das Minimum aller auf dem Markt verfügbaren sein. Zum Beispiel gibt es bei Texas Instruments MSP430F2012 zwei Formfaktoren: PDIP (Plastic Dual Inline Package; Kunststoffgehäuse mit zweireihiger Stiftanordnung) und QFN (Quad Flat No-Leads; Square Case, No Feet). Obwohl das beschriebene Verfahren auf alle Formfaktoren anwendbar ist, ist QFN vorzuziehen. Weil es viel kleiner und weniger plastisch ist, was auf jeden Fall geätzt werden muss; Dies bedeutet, dass Salpetersäure viel weniger benötigt, um eine QFN-Probe zu ätzen.

• Befestigen Sie zunächst die Bürettenklemme am Ringstativ. Richten Sie die Düse der Lötstation direkt unter den Boden des Rohrs. Schalten Sie die Heizung aber noch nicht ein.
• Legen Sie den Chip in ein Reagenzglas mit genügend 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 lernen Sie schnell, wie Sie dieses Verfahren in dieser kurzen Zeit durchführen, während das Glas noch kalt ist. Genau wie Sie sehr schnell und ziemlich schmerzhaft lernen, dass kaltes Glas seltsamerweise genauso aussieht wie heiß.
• Setzen Sie das Rohr in die Bürettenklemme ein. Das Rohr sollte leicht geneigt sein. Die untere Seite ist näher bei Ihnen, die obere ist weiter von Ihnen entfernt, so dass explosive Ausbrüche von kochender Säure, die manchmal auftreten, seitwärts von Ihrem Gesicht fliegen.
• Sie haben also einen säurebeschichteten Mikrokreislauf. Stellen Sie nun die Lötstation auf einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom für die Heißluftpistole und die schwache Erwärmung ein. Erhöhen Sie die Temperatur langsam und beobachten Sie die gut beleuchtete Säule aus saurem Dampf. Die Idee ist, eine Temperatur zu finden, bei der die Säure sehr intensiv kocht, aber die Säule aus Säuredampf darüber bleibt unter den Rändern des Rohrs und fliegt nicht heraus.
• Ein in ein Reagenzglas gerichteter Laserpointerstrahl zeigt die genaue Höhe dieser Säule an, da saure Dämpfe im Gegensatz zu sauberer Luft von einem Laserstrahl beleuchtet werden.
• Überhitzung des Reagenzglases führt dazu, dass Säuredämpfe austreten und entweder einen Abzug oder ein Labor füllen. Im letzteren Fall beginnt das gesamte Eisen im Raum zu rosten, Ihre Lungen brennen und unter anderem funktioniert ein Feueralarm. Tu das nicht.
• Wenn der Mikrokreislauf in Salpetersäure kocht, zerfällt sein Körper in Stücke. Dieses Abplatzen muss fortgesetzt werden, bis die Säure selbst beginnt, den Chip des Mikrokreises 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 Auflösen von Kupfer grün oder blau, was darauf hinweist, dass seine Fähigkeit, den Kunststoff zu korrodieren, signifikant abgenommen hat. Lassen Sie das Röhrchen nach dem Verzehr der Säure 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 korrodieren. Die Verbrennungen durch HNO3 tun zunächst nicht viel weh und sind auch leicht. Daher werden Sie sie möglicherweise nicht sofort bemerken, mit Ausnahme der vergilbten Haut, die sich über eine Woche (oder so) allmählich ablöst. Manchmal spürt man sie eher als Juckreiz als als Verbrennung. Wenn daher eine Stelle an Ihrem Arm zu jucken beginnt, rennen Sie wie eine Verbrühung zum Waschbecken. H2SO4 brennt intensiver. Wenn es auf die Haut gelangt, ist ein scharfer brennender Schmerz zu spüren und die Haut wird mit einem roten Ausschlag bedeckt.

• Nun, da Ihr Wissen bereits ein wenig weiter reicht als das Verstehen der Tatsache, dass Sie Ihre Finger nicht in Säureröhrchen stecken sollten, entfernen Sie den Chip vorsichtig mit einer Pinzette aus der Säure und lassen Sie ihn in ein anderes Glas fallen - mit Aceton. Dieses Glas (Glas Aceton) wird dann einige Minuten lang in das Ultraschallbad geschickt.
• Zu diesem Zeitpunkt ist der Kristall in der Regel fast vollständig nackt. Es werden nur leichte Schmutzpartikel beobachtet. Wenn der Fall der Mikroschaltung jedoch groß ist, reicht möglicherweise eine Portion Salpetersäure nicht aus (nach dem ersten Mal bleibt der Kristall immer noch bedeckt). Um das beste Ergebnis zu erzielen, sollte der Vorgang mit HNO3 wiederholt werden, bis nur noch sehr wenig Schmutz auf dem Chipchip verbleibt. Dann sollte der Kristall vor der Fotosession ein Bad in H2SO4 nehmen, wo die verbleibenden Schmutzkrümel davon entfernt werden.
• Diese beiden Säuren unterscheiden sich stark in ihrem Verhalten. Sie werden feststellen, dass sich Ihre Mikroschaltung beim Baden mit H2SO4 ganz anders verhält als in Bädern mit HNO3. H2SO4 hat einen viel höheren Siedepunkt als HNO3, frisst den Mikrokreislauf jedoch auch unterhalb seines Siedepunkts deutlich auf. Sie werden auch feststellen, dass in H2SO4 der Fall der Mikroschaltung nicht färbt, sondern sich auflöst, während die Säure eine tintenschwarze Farbe annimmt. Aus diesem Grund ist es nicht mehr möglich, den Kristall der Mikroschaltung zu erkennen, um zu verstehen, ob es Zeit ist, ihn bereits zu entfernen oder nicht.
• Halten Sie den Kristall nach dem Baden in H2SO4 einige Minuten in einem Ultraschallbad. Alles, jetzt ist er bereit für eine Fotosession.

Fotoausrüstung

Jetzt, wo Sie einen nackten Kristall haben, können Sie ein Foto davon machen. Dies erfordert ein metallographisches Mikroskop, d.h. eine, die das Bild mit reflektierendem Licht hervorhebt, ohne Licht durchzulassen.

• Um die Chip-Mikroschaltung zu fotografieren, können Sie entweder eine spezielle Kamera für das Mikroskop kaufen oder eine digitale Spiegelreflexkamera verwenden. Beide Optionen haben ihre Vorteile, aber es ist erwähnenswert, dass sich „Spezialkameras für das Mikroskop“ häufig als die primitivsten Budgetoptionen für Webkameras herausstellen, mit unangenehmer Software, die nur unter Windows funktioniert. Daher ist es besser, eine digitale Spiegelreflexkamera zu verwenden.
  Fotografierverfahren. Unabhängig davon, welche Kamera Sie verwenden, können Sie nicht den gesamten Chip auf einmal fotografieren. Um ein Bild der gesamten Mikroschaltung zu erhalten, müssen Sie es in Teilen fotografieren und diese Teile dann zu einem einzigen Bild zusammenfügen. Dies kann mit einer Software erfolgen, die für die Arbeit mit Panoramabildern entwickelt wurde.
• Um das beste Ergebnis zu erzielen, sollte sich jedes Bildfragment mit Bildern davor und danach sowie mit benachbarten Linien um etwa ein Drittel überlappen.
• Laden Sie die Bilder nach dem Aufnehmen des gesamten Chips auf einem Computer mit ausreichend RAM auf Hugin hoch. Hugin ist ein Dienstprogramm zum Zusammenfügen von Panoramabildern. Sie ist unter anderem gut darin, Fehler beim Fotografieren zu korrigieren, wenn es nicht zu viele davon gibt. Hugin wird alles tun, um alle Fragmente Ihres Bildes auszurichten. Am Ausgang erzeugt es entweder ein nahezu perfektes Muster oder eine hässliche Verwirrung. Wenn diese Verwirrung auf einen geringfügigen Fehler zurückzuführen ist, können Sie die erforderlichen Anpassungen über Hugin vornehmen. Bei schwerwiegenden Fehlern wie unzureichender Überlappung oder schlechter Fokussierung muss jedoch eine wiederholte Fotositzung für den Chipchip durchgeführt werden. Die folgende Abbildung zeigt eine vollständige Fotografie des Kristalls (in reduzierter Auflösung) des Clipper-Chips. Das Foto wurde mit dem Hugin-Dienstprogramm erstellt.