任 建 劉 斌 付 英

摘要:集成電路的逆向設(shè)計(jì)主要是對(duì)集成電路芯片的版圖解剖,它不僅決定著集成電路的功能是否正確,而且對(duì)集成電路的性能、成本與功耗也會(huì)有很大程度的影響。對(duì)集成電路版圖進(jìn)行的解剖是能否最終實(shí)現(xiàn)電路的性能和最低功耗的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞:集成電路;逆向設(shè)計(jì);版圖解剖

中圖分類號(hào):TN405文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)18-0127-01

芯片的解剖實(shí)際上就是對(duì)集成電路芯片進(jìn)行腐蝕。腐蝕從狹義上講指的是金屬與環(huán)境間物理、化學(xué)的相互作用,使金屬性能發(fā)生改變,從而導(dǎo)致金屬、環(huán)境及其構(gòu)成的系統(tǒng)功能等受到損傷的現(xiàn)象。

1芯片腐蝕的分類

芯片腐蝕的類型可分為濕腐蝕和干腐蝕。濕腐蝕指金屬在有水存在情況下的腐蝕;干腐蝕則指在無(wú)液態(tài)水存在下的干氣體中進(jìn)行的腐蝕。由于大氣中普遍含有水,因此濕腐蝕較干腐蝕是最常見(jiàn)的,但在高溫操作時(shí)干腐蝕所造成的危害也是不能忽視的,要加以考慮與注意。

①濕腐蝕。濕腐蝕是一種電化學(xué)反應(yīng)。在水溶液中,金屬表面形成一個(gè)陽(yáng)極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池,金屬在溶液中失去電子后帶正電,這是一個(gè)氧化過(guò)程,即陽(yáng)極過(guò)程。與此同時(shí)在接觸水溶液的金屬表面,溶液中的某種物質(zhì)中和大量電子,中和電子的過(guò)程是還原過(guò)程,即陰極過(guò)程。大多數(shù)情況下,陰極或陽(yáng)極過(guò)程會(huì)隨著腐蝕的不斷進(jìn)行而受到阻滯,進(jìn)而變慢,這個(gè)現(xiàn)象稱為極化,金屬的腐蝕會(huì)隨極化現(xiàn)象而減緩。②干腐蝕。干腐蝕一般指在高溫氣體中發(fā)生的腐蝕,最常見(jiàn)的是高溫氧化現(xiàn)象。在高溫氣體中,金屬表面會(huì)產(chǎn)生一層氧化膜,金屬的耐腐蝕性受膜的性質(zhì)和生長(zhǎng)規(guī)律影響。膜的生長(zhǎng)規(guī)律可分為直線、拋物線和對(duì)數(shù)規(guī)律。直線規(guī)律下,金屬失重隨時(shí)間以恒速上升,所以直線規(guī)律的氧化最危險(xiǎn)。而拋物線和對(duì)數(shù)的規(guī)律是氧化速度隨膜厚增長(zhǎng)而下降,比較安全。

2腐蝕的形態(tài)

腐蝕的形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種。均勻腐蝕發(fā)生在金屬表面的全部或絕大部,也叫全面腐蝕。大多數(shù)情況下,金屬表面會(huì)生成保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜,使腐蝕變慢。但有些金屬在腐蝕液中不產(chǎn)生膜就迅速溶解,如鋼鐵在鹽酸中就是這種情況。局部腐蝕只發(fā)生在金屬表面的局部。其危害性比均勻腐蝕嚴(yán)重得多,而且可能是突發(fā)性和災(zāi)難性的 , 會(huì)引起爆炸、火災(zāi)等危險(xiǎn)事故。

3腐蝕的過(guò)程

對(duì)集成電路芯片的腐蝕,需要進(jìn)行兩次比較徹底的腐蝕,具體介紹如下。

①第一次腐蝕。將芯片表面的封裝材料腐蝕掉,鑒于封裝的材料即通常是環(huán)氧樹(shù)脂,務(wù)必使用發(fā)煙硝酸,并用電熱爐對(duì)其加熱,以促使其加速腐蝕,待硝酸沸騰后,停止加熱,使其逐漸冷卻,待其完全腐蝕掉,可以看到以下幾個(gè)現(xiàn)象:在杯底會(huì)出現(xiàn)一塊很小的芯片;原本用于封裝的材料全被腐蝕掉;器件的拐角也已消失。

在取出芯片的過(guò)程中,務(wù)必要特別小心,注意安全。具體操作方法如下:首先打開(kāi)水龍頭,水流不要太急,以免在和硝酸混合時(shí)濺出,傷到自己;在水下流的過(guò)程中,同時(shí)把杯中的酸液緩緩倒入污水池,待水流半分鐘后,感覺(jué)杯中的酸的濃度很小時(shí),用去離子水進(jìn)行清洗;待酸完全去掉后,用鑷子找到腐蝕后剩余的芯片,用去離子水進(jìn)行清洗,待完全洗干凈后,再進(jìn)行烘干等一系列操作。

②第二次腐蝕。在對(duì)芯片第一次照相后,還要進(jìn)行第二次腐蝕,具體目的是腐蝕掉芯片表面的一層金屬鋁,從而在下次照相時(shí)能更仔細(xì)的看清芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以利于芯片分析。這次腐蝕和第一次腐蝕有些區(qū)別,首先,這次使用鹽酸和氫氟酸為1:1的混合液。其次,由于酸的強(qiáng)弱,時(shí)間也不盡相同,但觀察到最重要一個(gè)現(xiàn)象是,芯片周圍不再冒氣泡,此時(shí)說(shuō)明腐蝕已很徹底,當(dāng)芯片不再冒氣泡時(shí),取出后在去離子水中進(jìn)行清洗。

為了更清楚的看到每層的顏色,必要時(shí)我們還可以進(jìn)行染色,所用試劑為無(wú)水硫酸銅,該試劑腐蝕性大,注意安全。由于芯片的大小,只需要滴一滴將其覆蓋即可,待染色五秒鐘后對(duì)芯片進(jìn)行清洗,去除殘留的試劑,然后對(duì)芯片進(jìn)行烘干,接下來(lái)就要重復(fù)第一次照相的過(guò)程,照完后利用業(yè)余時(shí)間將這些圖拼接到一塊,即可得到芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),也就是一副完整的版圖。

4結(jié) 語(yǔ)

文章分別從芯片腐蝕的定義、分類、形態(tài)和具體操作過(guò)程等方面對(duì)芯片的腐蝕做了具體的介紹,更重要的是說(shuō)明了一些腐蝕芯片的注意事項(xiàng)。鑒于目前國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀,在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),相信逆向設(shè)計(jì)仍是我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)的主流,而芯片的腐蝕又是逆向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,所以做好芯片的腐蝕很有必要。

參考文獻(xiàn):

[1] (美)坎貝爾著.曾瑩,嚴(yán)利人,王紀(jì)民譯.微電子制造科學(xué)原

理與工程技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.