Lição de química: como expor o cristal de um microchip para fotografia

1. Introdução

Se você já se interessou em fotografar microchips antes, então este artigo provavelmente não oferecerá muito para você. Mas se você quiser entrar, mas não sabe por onde começar, é exatamente para você.

Antes de começarmos, um aviso justo: embora o procedimento seja bastante divertido, a princípio provavelmente será fisicamente doloroso. Os produtos químicos utilizados durante o processo são tóxicos; portanto, manuseie-os com cuidado - dessa maneira ainda doerá, mas menos. Além disso, se você tiver um pouco de bom senso, conduza o procedimento em um laboratório químico totalmente equipado sob a supervisão de profissionais treinados: tivemos que lidar com pessoas que tentaram fazer isso em casa imediatamente após ler o guia. E finalmente: se você não sabe se precisa derramar ácido na água ou água no ácido sem uma pesquisa no Google e não percebe o que essa falta de conhecimento implicará - pare de ler isso imediatamente e vá para um curso de química em uma faculdade local ou algo assim.

Equipamento

No mínimo absoluto, você precisará de ácido nítrico altamente concentrado (HNO3) e ácido sulfúrico (H2SO4). A legalidade da compra varia de país para país. Se você mora em um país onde o governo presta atenção especial à proteção do meio ambiente, precisará de componentes diferentes (eu ouço os alemães usarem resina para obter bons resultados). Além desses dois ácidos essenciais, você precisará de álcool isopropílico e acetona como solventes. Você também precisará de algo para armazenar os produtos químicos. Como o procedimento é bastante simples, você precisará de apenas alguns tubos de ensaio, óculos e um tripé com um anel para segurar o tubo.

• Ao comprar um tripé usado, lembre-se de que o anel de metal não deve tocar no vidro do tubo; alguns equipamentos usados ​​podem não ter a camada de borracha (ou tecido) que protege o tubo contra arranhões
• Os ácidos com os quais você vai trabalhar podem entrar em reações destrutivas com o metal, então pegue uma pinça resistente a ácidos. De acordo com nossa experiência, as pinças tendem a se perder ou se dobrar; portanto, compre uma dúzia delas para resolver esse problema para sempre.
• Como o gás ácido - especialmente o ácido nítrico - é extremamente tóxico, você precisará de um exaustor que puxe o gás que emana do tubo à medida que o aquece para fora da instalação.
• Como um indicador conveniente de quão alta foi a concentração do gás ácido, use papel térmico do qual geralmente são feitas passagens de avião ou trem. Quando em contato com gás ácido, o papel térmico fica preto ou vermelho. Um bilhete de avião pendurado um pouco acima do tubo permitirá que você saiba se o gás ácido é produzido um pouco rápido demais.
• Para limpar a superfície do microchip com um solvente, você poderia apenas realisticamente usar uma escova de dentes, mas eu recomendo recipientes de ultrassom. Você poderia comprá-los de um joalheiro local de maneira barata. Mas certifique-se de que seu solvente também não dissolva as partes plásticas desses recipientes.

• E, finalmente, você precisará de uma fonte de calor ajustável. Você provavelmente já tem um gravador de Bunsen pronto, mas é completamente inadequado para o que estamos prestes a fazer. Em vez disso, use uma estação de solda barata feita para funcionar com SMDs: placas de circuito montadas na superfície. Um Aoyue 850A é um bom exemplo. Ajustando o regulador de fluxo de ar da pistola de calor próximo ao máximo e aumentando lentamente sua temperatura, você pode aquecer o tubo até a temperatura necessária e mantê-lo lá.

Procedimento químico

Seu microchip deve ser o menor do que está disponível no mercado. Por exemplo, o Texas Instruments MSP430F2012 vem em dois fatores de forma: PDIP (pacote duplo em linha de plástico, invólucro de plástico com duas fileiras de pinos) e QFN (sem chumbo quádruplo plano, uma caixa quadrada sem pinos). Embora o procedimento que estamos descrevendo se aplique a ambos os fatores de forma, o QFN é preferível, pois é muito menor e há menos plástico (que precisaria ser dissolvido de qualquer maneira), o que significa que precisaremos de menos ácido nítrico para obter o cristal.

• Comece conectando o anel que segura o tubo de teste ao tripé e aponte a pistola de calor ligeiramente abaixo da parte inferior do tubo - mas ainda não a dispare.
• Coloque o chip em um tubo com ácido nítrico suficiente para submergir completamente o chip. Você também pode adicionar um pouco de ácido sulfúrico, se quiser (mas não muito, ou dissolverá não apenas o plástico, mas também os circuitos reais). Você aprenderá rapidamente a fazer isso em um curto período de tempo enquanto o vidro ainda estiver frio (para fins de autopreservação, pois descobrirá com muita rapidez e dificuldade que o vidro frio se parece exatamente com o vidro quente).
• Coloque o tubo no tripé. O tubo deve estar levemente inclinado, com a parte inferior voltada para você - para que erupções ocasionais de ácido fervente disparem para longe do seu rosto.
• Então, agora você tem um chip coberto de ácido. Agora configure a estação de solda para que o fluxo de ar que sai da pistola de calor seja rápido, mas não aquecido. Aumente lentamente a temperatura, observando o gás ácido saindo do tubo. A idéia é encontrar a temperatura em que o ácido está fervendo intensamente, mas os gases não saem do tubo,
• Um ponteiro laser apontado para o tubo mostrará a altura exata do fluxo de gás, pois, diferentemente do ar limpo, os gases ácidos serão iluminados por um raio laser.
• Se você superaquecer o tubo, os gases ácidos sairão do lado de fora, enchendo o exaustor ou o laboratório. Neste último caso, todos os metais dentro do laboratório começarão a apodrecer, seus pulmões começarão a queimar e os alarmes de incêndio dispararão. Não faça isso.
• À medida que o chip está fervendo dentro do ácido nítrico, seu estojo muda gradualmente de cor. Ele deve continuar até que o ácido comece a dissolver o próprio cristal ou que suas habilidades de dissolução acabem.
• Você pode notar que o próprio ácido também mudará de cor. O HNO3 fica verde ou azul após a dissolução do chumbo - e sinaliza que sua capacidade de dissolver o plástico enfraqueceu. Após o ácido "fracassar", deixe o tubo esfriar e despeje seu conteúdo em uma jarra vazia.
• Nesse ponto, o ácido não é forte o suficiente para dissolver o estojo do chip - mas ainda é forte o suficiente para dissolver a pele. As queimaduras de HNO3 inicialmente não machucam tanto, então você pode nem perceber, a menos que note uma mancha amarela na pele, que se dissolverá em cerca de uma semana. Às vezes, você pode sentir mais uma coceira e não uma queimadura, mas ainda assim: se um ponto em sua mão começar a coçar, corra para a torneira da água imediatamente. Enquanto isso, o H2SO4 é muito mais agressivo. Quando entra em contato com a pele, começa a doer agudamente e fica coberto de erupção cutânea vermelha.

• Então, agora que você sabe que não deve colocar os dedos em um tubo cheio de ácido, use as pinças para remover o cristal do chip do tubo e jogá-lo em outro frasco - com acetona. Em seguida, coloque este frasco em um recipiente de ultrassom por alguns minutos.
• Neste ponto, o cristal está quase completamente exposto, além de alguma sujeira. Mas se o chip em que você está trabalhando for grande, uma sessão de ácido nítrico pode não ser suficiente e o cristal permanecerá coberto. Se for esse o caso, repita o procedimento até restar apenas sujeira no cristal. Então, antes de tirar a foto, o cristal deve tomar um banho de H2SO4 que limpará os últimos pedaços restantes de sujeira.
• Esses dois ácidos variam significativamente em seu comportamento. Você pode notar que o chip se comporta de maneira muito diferente enquanto submerso em H2SO4 do que em HNO3. O H2SO4 tem uma temperatura de ebulição mais alta que o HNO3, mas dissolveu o plástico bastante bem mesmo abaixo do seu ponto de ebulição. Você também pode notar que o H2SO4 não pinta a caixa, mas a dissolve e fica preta ao mesmo tempo, o que dificulta a visualização do cristal e, assim, percebe se você deve removê-lo ou não.
• Após um banho de H2SO4, deixe o cristal no recipiente de ultrassom por mais alguns minutos. Agora está pronto para uma sessão de fotos.

Equipamento fotográfico

Agora que você tem um cristal exposto, é hora de tirar uma foto. Para isso, você precisaria de um microscópio metalográfico - aquele que emana luz refletida e não é transmitida.

• Para tirar uma foto de um cristal de microchip, compre uma câmera especial para microscópio ou use uma câmera profissional digital. Ambas as opções têm suas vantagens, mas as “câmeras de microscópio” costumam ser as mais baratas das webcams baratas com software de buggy que só funciona no Windows, por isso vou recomendar o uso de uma câmera digital normal.
• Qualquer que seja a câmera que você escolher, você não conseguirá capturar o chip inteiro em uma imagem. Você precisaria tirar várias fotos e costurá-las. A maneira mais fácil de fazer isso é usar o software para criar fotos panorâmicas.
• Para o melhor resultado, fragmentos da imagem devem se sobrepor em cerca de um terço com as fotos vizinhas.
• Depois de fotografar o chip inteiro, transfira as imagens para um computador com RAM suficiente e faça o upload das imagens para o Hugin - um utilitário para criar imagens panorâmicas. Entre outros recursos úteis, ele também corrige alguns erros, assumindo que não há muitos erros. Hugin faz todo o possível para produzir uma foto suave. No final, ele produz uma foto perfeita ou uma bagunça confusa. Se a bagunça acontecer devido a um pequeno erro, você poderá corrigi-la no aplicativo. Mas se os erros forem grandes o suficiente, como sobreposição insuficiente ou foco ruim - você precisará realizar outra sessão de fotos. A imagem a seguir representa a foto completa do cristal do chip Clipper, criado usando Hugin.