Richi´s Lab

 

Decapping - Das Freilegen von integrierten Schaltkreisen

 

Decapping Metallgehäuse

Decapping Metallgehäuse

Metallgehäuse lassen sich relativ gut mit dünnen Trennscheiben öffnen. Man muss dabei nur beachten, dass man nicht zu tief schneidet und den Deckel dann vorsichtig abhebt.

 

 

Decapping TO3-Gehäuse

Bei TO3-Gehäusen kann man alternativ den Metalldeckel in einem Schraubstock einspannen und so lange über den Umfang ein Stück weit verformen, bis die Verbindung zur Basisplatte bricht.
Befindet sich allerdings ein großer Heatspreader im Gehäuse, so kann dieser und in Folge das Die dabei Schaden nehmen

 

 

Decapping Keramikgehäuse

Decapping Keramikgehäuse

Keramische Gehäuse lassen sich ebenfalls relativ einfach öffnen. Sie besitzen oftmals Blechdeckel, die auf die Keramik aufgelötet sind. Mit einem normalen Elektronik-Lötkolben kann man die Verbindung dennoch nicht lösen, da es sich üblicherweise um Hartlot handelt. Der Deckel lässt sich am einfachsten entfernen, indem man die Schnittstelle mit einem spitzen Schlitzschraubenzieher und einem Hammer bearbeitet.

Allgemein sollte man beim Bearbeiten von Keramikbauteilen beachten, dass diese auch aus Berylliumoxid gefertigt wurden und in speziellen Fällen auch weiterhin noch eingesetzt werden. Der Grund ist vor allem die hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials. In der Keramik gebunden ist Berylliumoxid vergleichsweise unproblematisch. Stäube, die beim Bearbeiten entstehen können, sind allerdings hochgiftig. Entsprechend vorsichtig sollte man mit dem unscheinbaren Gehäusematerial umgehen.

 

Decapping Keramikgehäuse

Leichte Schläge reichen meist nicht aus, um den Deckel sofort zu lösen, sie schwächen aber die Verbindung. Das reduziert letztlich die Gefahr, dass das Keramikgehäuse bricht und der Halbleiter beschädigt wird.

 

Decapping Keramikgehäuse

Decapping Keramikgehäuse

Besitzt ein Keramikgehäuse keinen Blechdeckel, so muss der Schlitzschraubenzieher an der Klebefläche angesetzt werden. Die Erfolgschancen sind aber auch bei diesem Vorgehen sehr gut.

 

Decapping Epoxidgehäuse

Schwieriger ist das Freilegen eines Dies, das sich in einem der üblicheren Epoxidharz-Packages befindet. Epoxidharz für sich ist sehr zäh und stabil gegenüber den meisten Chemikalien. Die in Chip-Packages enthaltenen Füllstoffe machen das Material noch robuster.
Im Gegensatz zu Keramikgehäusen ist ein Aufspalten des Package auch nicht ausreichend, da sich das Die nicht in einem Hohlraum befindet, sondern im Epoxidharz eingebettet ist.

Grundsätzlich ist es möglich Epoxidharz mit speziellen Lösungsmitteln aufzulösen oder zumindest aufzuweichen. Bei dieser Methode hat man aber nur die Wahl zwischen sehr giftigen Lösungsmitteln oder einer meist ungenügenden, nur leichten Schwächung des Packages.
Bessere Ergebnisse liefern starke Säuren, die dafür aber hochkonzentriert und heiß sein müssen. Während dieses Vorgangs muss das Package ab und an mit Aceton gereinigt werden. Professionelles Equipment appliziert ohne größeres Zutun des Anwenders die Chemikalien und regelt auch die Temperatur während des Prozesses. Besitzt man nicht die notwendige Erfahrung und ein kleines Chemielabor, so ist der Vorgang äußerst gefährlich. Man sollte auch den zeitlichen Aufwand nicht unterschätzen. Bei korrekter Durchführung sind die Ergebnisse allerdings sehr gut und reproduzierbar. Es ist sogar möglich die Anschlusspins und Bonddrähte zu erhalten, so dass der freigelegte Chip immernoch betrieben werden kann.
Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung starker Laser, die das Epoxid-Material quasi verdampfen, den Chip aber nicht angreifen. Ein derart starker Laser ist natürlich nur minimal ungefährlicher als hochkonzentrierte Säuren.

 

Decapping Epoxidgehäuse Gasbrenner

Eine bedeutend einfachere Möglichkeit das Die eines Epoxid-Packages freizulegen ist das thermische Umsetzen des Epoxidharzes.
Um die notwendigen Temperaturen einigermaßen schnell erreichen zu können, bietet sich ein Gasbrenner an. Eine dicke Fließe eignet sich gut als feuerfeste Unterlage.

 

Decapping Epoxidgehäuse Feuer

Das Epoxidharz muss möglichst vollständig verbrannt werden. Um das einigermaßen schnell zu erreichen stellt man den Gasbrenner auf eine heiße, blaue Flamme ein. Trotz der hohen Temperaturen benötigt der Vorgang etwas Zeit. Die Flamme sollte dabei auf jede Stelle des Package einwirken, auch auf die Unterseite.
Das Packagematerial verlöscht ohne Hitzezufuhr relativ schnell. Entfernt man den Gasbrenner und das Material zeigt eigenständig gelbe Flammen, so ist auf jeden Fall noch Epoxidharz vorhanden. Je nach Zusammensetzung brennen manche Packages aber auch gar nicht eigenständig.

Die entstehenden Verbrennungsgase sind selbstverständlich zum Großteil gesundheitsschädlich. Das bayerische Landesamt für Umwelt gibt für die Verbrennung von Epoxid neben den bekannten Rauchgasen die Chemikalien Phenol, Formaldehyd, Ameisensäure, Aceton, Kohlenwasserstoffe und bei stickstoffhaltigen Epoxidharzen Cyanwasserstof, Ammoniak, Amine und Isocyanate an. Die thermische Umsetzung sollte daher auf jeden Fall im Freien und bei guter Luftumwälzung erfolgen. Noch besser ist natürlich ein geeigneter Abzug.
Das bayerische Landesamt für Umwelt gibt außerdem die Zersetzungstemperatur von Epoxid mit 250°C bis 450°C an. Dankbarerweise zerstören diese Temperaturen noch nicht die Strukturen des Dies. Die elektrischen Eigenschaften degenerieren zwar höchstwahrscheinlich unter der Hitzeeinwirkung, optisch macht sich das aber meist kaum bemerkbar.

 

Decapping Epoxidgehäuse Feuer

Die notwendige Zeit, die ein Package in der Flamme benötigt, hängt unter anderem von seinem Volumen ab. Es scheint aber auch eine starke Materialabhängigkeit zu geben. Manche Packages sind nach wenigen Sekunden bereits ausreichend zersetzt, andere Packages, auch mit kleinen Volumina, benötigen fast eine halbe Minute. Sehr massive Packages müssen manchmal in Etappen über einige Minuten erhitzt werden.

Das Ziel ist immer das Epoxidharz so weit zu zersetzen, dass es möglichst durch und durch spröde wird.

 

Decapping Epoxidgehäuse Feuer

Zwei Zerlegungsmethoden haben sich als recht effektiv erwiesen.
Ist das Material sehr gut zersetzt, so bietet es sich an mit einem Teppichmesser dort anzusetzen, wo die Pins in das Package übergehen und zu versuchen das Package in der Mitte zu teilen. Die Klinge sollte dabei möglichst am Rand angesetzt werden, so dass sie das Die nicht zerkratzt.
Handelt es sich um ein sehr zähes Material, so führt oftmals eine rabiatere Methode zum Ziel. Man kann das Package mit einer Zange von außen nach innen Stück für Stück zerteilen. Selbstverständlich sollte man dabei nicht das Die selbst zerbrechen. Der Vorgang ist aber ein Stück weit selbstführend, da das Package meist vor oder an der Kante des Dies bricht. Die Metallplatte, auf der das Die befestigt ist, trägt zu einer weiteren Stabilisierung des relevanten Bereichs bei.

Um das Die endgültig aus dem Package heraus zu arbeiten, ist es sinnvoll so weit wie möglich auf Werkzeug zu verzichten und die Hände zu verwenden. Meist löst sich der letzte Rest des Packagematerials von selbst vom Die. Wird es notwendig Reste abzukratzen, so sollte man das mit einem Fingernagel tun. Härtere Werkzeuge verkratzen schnell die Oberfläche des Halbleiters. Man muss aber auf jeden Fall vorsichtig vorgehen, da auch das Füllmaterial im Epoxid zu Kratzern führen kann.

Eine Säuberung des Dies mit Isopropanol ist immer zu empfehlen. Die Verbrennung hinterlässt oft einen leichten Schleier auf dem Die, der sich aber gut abwischen lässt.
Ganz selten müssen Bonddrähte entfernt oder zur Seite gebogen werden. Meist bleiben diese aber gleich im Epoxid zurück.
Etwas saubere Druckluft kann dabei helfen letzte Staubreste oder Fasern, die die Reinigung mit Isopropanol zurückgelassen hat, zu entfernen.

Die meisten Dies lassen sich sehr gut aus ihrem Package herausarbeiten. Bei diesen Chips liegt die Erfolgsrate mit etwas Übung und Geduld im Bereich von 80-90%. Es existieren aber auch einzelne Typen, die sich kaum oder garnicht vom Epoxid lösen lassen.

 

Decapping Die Größe

Handelt es sich um sehr kleine Dies, so ist es durchaus eine Herausforderung das Stück Silizium im Auge zu behalten und es von den Resten des Packages zu befreien.

 

Decapping Die Epoxidreste

Decapping Die Aluminium Schäden

An manchen Dies bleiben Epoxidreste relativ stark haften. Lassen sie sich nicht mit dem Fingernagel entfernen, so kann man das Die noch einmal direkt mit dem Gasbrenner erhitzen. Die Epoxidreste verbrennen dabei meist, die extrem hohen Temperaturen direkt am Die führen aber auch schnell zu einem Degenerationseffekt in der Metalllage. Die Strukturen scheinen dabei regelrecht aufzuschmelzen.

 

Decapping Die Beschichtung

Manche Halbleiter besitzen auf der Oberfläche eine zusätzliche Beschichtung, die entweder durch die Hitze abdunkelt oder von sich aus dunkel ist und so die Analyse des Chips erschwert. Höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um Polyimid. Diese Beschichtung lässt sich mit ausreichend Hitze veraschen, teilweise degeneriert dabei aber auch die Metalllage.

 

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