 芯片开封是集成电路失效分析（FA）和反向工程中至关重要的一步，其目的是在不损坏内部芯片结构的前提下，完整地移除包裹芯片的环氧树脂塑料（或其他材料）封装体，暴露出内部的晶粒（Die）、邦定线（Bond Wires）和焊盘（Pads），以便进行后续的显微镜检查、电性测试或探针探测。根据封装材料和开封原理，主要分为两大类： 1. 机械开封 (Mechanical Decapsulation)：适用于陶瓷、金属封装。 2. 化学开封 (Chemical Decapsulation)：适用于绝大多数塑料封装（环氧树脂），这是最主流的方法。 本文将重点介绍最常用的化学开封法。 化学开封的核心是使用发烟硝酸（Fuming Nitric Acid, HNO₃）或发烟硫酸（Fuming Sulfuric Acid, H₂SO₄）等强酸，通过加热或化学反应，选择性地溶解塑料封装料，而不会腐蚀内部的硅晶粒、金属线和焊盘。 前期准备 (Preparation)1. 安全第一 (Safety First)：2. 个人防护装备 (PPE)：必须在通风橱（Fume Hood）内进行操作。操作人员必须佩戴防酸面罩、防酸手套、防酸围裙和护目镜。 图1 通风厨  应急设备：附近应备有紧急洗眼器和冲淋装置。准备好酸液泄漏应急处理包（如中和剂）。 样品信息确认： 确认芯片的型号、封装类型（如QFP, BGA, SOP, DIP等）。 通过X-Ray透视检查芯片内部结构，初步判断晶粒位置、邦定线布局、是否存在空腔等，以确定最佳开封位置和方案。 样品预处理 (Sample Preparation)： 去除引脚/焊球：对于BGA封装，可能需要先用热风枪或回流焊炉去除焊球。 表面清洁：使用异丙醇（IPA）等溶剂清洁芯片表面，去除污染物。 夹持固定：将芯片牢固地固定在特制的夹具（如陶瓷或Teflon夹具）上，确保只有需要开封的顶部暴露出来，侧面和底部被保护，防止酸液侵蚀引脚。 开封执行 (Decapsulation Process)方法A：滴酸法 (Acid Dropping Method) - 最常用设备与试剂： 专用开封机（Decapsulation Machine）：通常包含一个加热台、一个精密滴酸泵、一个抽风系统和显微镜。 试剂：发烟硝酸（>90%浓度）或发烟硫酸。硝酸最常用，对环氧树脂溶解效率高；硫酸适用于一些特殊的耐硝酸封装料。 图2 化学开封机  步骤： · 定位 (Positioning)：将固定好的芯片放在加热台上。在显微镜下精确调整芯片位置，使滴酸针头对准需要开封的区域（通常是晶粒正上方的中心位置）。 · 加热 (Heating)：开启加热台，通常设置温度在 60°C ~ 80°C 之间。加热可以显著加速酸与塑料的化学反应速度。 · 滴酸 (Acid Dropping)： o 启动滴酸泵，将酸液以一滴一滴的方式滴加到芯片表面。 o 酸液会立即与塑料发生反应，产生气泡（反应副产物），并逐渐蚀刻出一个小坑。 · 观察与监控 (Monitoring)：这是最关键的一步。通过显微镜实时观察腐蚀进程。 o 一旦看到金色的邦定线或银色的晶粒表面露出，必须立即停止滴酸。 o 如果酸滴在一个位置腐蚀太快，可以轻微移动芯片或针头，让酸液腐蚀其他还未暴露的区域，确保整个晶粒区域被均匀暴露。 · 终止反应 (Reaction Termination)： o 停止滴酸后，立即用大量的去离子水（DI Water） 冲洗芯片表面，彻底中和并清除残留的酸液。 o 为防止残余酸液继续缓慢反应，通常会将芯片放入盛有酒精或丙酮的烧杯中，置于超声波清洗机中清洗几分钟，确保彻底清洁。 方法B：喷射法 (Jet-Etching Method) 使用更精密的设备，将酸液以高速、微小的喷射流形式冲击到芯片表面特定点。这种方法定位更精确，腐蚀速度更快，适合更小尺寸、更高精密的封装（如UCSP, WLCSP）。流程与滴酸法类似，但自动化程度更高。 后期处理与检查 (Post-processing & Inspection)1. 清洗与干燥 (Cleaning & Drying)：o 经过超声波清洗后，用氮气枪（N₂ Gun）轻轻吹干芯片表面，避免水渍残留。 2 显微镜检查 (Microscopy Inspection)： o 在光学显微镜或电子显微镜（SEM） 下仔细观察暴露出的晶粒和邦定线。 o 检查内容：邦定线是否完整、有无塌陷、断裂、熔融；晶粒表面有无划伤、坑洞、变色、烧毁点；焊盘是否腐蚀；有无外来污染物等。 3 存档 (Documentation)： o 对开封后的芯片进行高分辨率拍照存档，记录所有观察到的现象，为后续分析提供依据。 图3 芯片开封  关键注意事项：终点判断 (Endpoint Detection)：过度腐蚀会彻底损坏邦定线和晶粒上的铝层，导致分析失败。经验至关重要。 酸液选择：对于带有“软胶”（硅胶）保护层的芯片，需要先用硫酸腐蚀掉软胶，再用硝酸腐蚀硬胶，这是一个两步过程。 · 环境控制：整个过程必须在通风良好的通风橱内进行，防止酸雾危害健康和设备。 · 废物处理：使用过的酸液和清洗废液必须作为危险化学废液收集，并交由有资质的机构处理，不得直接倒入下水道。 机械开封：对于陶瓷或金属封装，无法用化学方法打开，通常采用：划片开槽：用精密的金刚石划片机或铣床在封装盖上切割出一个凹槽。 揭盖：然后用刀片或楔子小心地将切下的部分撬开。 总结：芯片开封是一项结合了化学、机械和光学技术的精密操作，需要专业的设备、丰富的经验和极度的谨慎。其核心流程可以概括为：安全准备 → 样品固定 → 加热与精准滴酸 → 实时显微镜监控 → 迅速终止反应与清洗 → 最终检查分析。成功的开封是后续一系列高级失效分析和反向工程工作的基础。 |
