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集成電路誕生于20世紀(jì)50年代，德州儀器(TI)制作了世界上第一塊IC。21世紀(jì)，集成電路變得常見(jiàn)，以集成度高、可靠、廉價(jià)，被廣泛應(yīng)用。小小的硅晶片，發(fā)展了接近半個(gè)世紀(jì)，逐漸走向成熟。單片集成度從最初的幾個(gè)晶體管到3500萬(wàn)個(gè)晶體管，制程從最初的1um到現(xiàn)在的6nm，從最初的造價(jià)昂貴當(dāng)現(xiàn)在的造價(jià)一般昂貴(迄今，設(shè)計(jì)和制造集成電路仍然是高投入和耗時(shí)的工作(3周到幾個(gè)月))。
世界上第一塊集成電路(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
作為一名工程師，需要對(duì)集成電路有基本的認(rèn)識(shí)。通常，數(shù)據(jù)手冊(cè)可以提供芯片的很多信息。若想要設(shè)計(jì)可靠、低功耗、高性能的產(chǎn)品，就不能停留在數(shù)據(jù)手冊(cè)上，需要深入研究集成電路內(nèi)部的工作原理，其制造工藝與其性能的關(guān)系，并且具有一定的分析集成電路的能力。
硅晶片究竟有哪些奧秘？本文不嘗試回答此問(wèn)題，本文將介紹一種簡(jiǎn)單的、溫和的打開(kāi)IC封裝的方法。
典型的74系列邏輯門的封裝(雙列直插封裝)
英特爾南北橋的硅晶片(超大規(guī)模集成電路,覆晶封裝)
芯片的封裝
硅晶片非常小，基本上都比你的指甲蓋要小的多。硅晶片非常脆弱，容易受到灰塵、液滴以及機(jī)械沖擊的影響?，F(xiàn)代的CPU以及GPU的硅晶片大多是裸露的，方便散熱。為它們涂抹硅脂時(shí)需要十分小心。我曾經(jīng)在換硅脂時(shí)不小心碰到了一個(gè)硅晶片的邊緣，這個(gè)晶片就報(bào)廢了。要保護(hù)這樣小的芯片，就需要給它們封裝。
硅晶片到底有多?。糠庋b與硅晶片尺寸對(duì)比
IC封裝有很多的種類，本文對(duì)常見(jiàn)的四側(cè)引腳扁平封裝(QFP)、雙列直插封裝(DIP)、球柵陣列封裝(BGA)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
四側(cè)引腳扁平封裝(QFP)，體積中等，形狀如下。
QFP四側(cè)引腳扁平封裝圖,HD3_封裝的種類與材料00847
雙列直插封裝(DIP)，一種常見(jiàn)的封裝，體積最大，其形狀像一條蜈蚣。
使用雙列直插封裝的運(yùn)算放大器
DIP雙列直插封裝圖,HD3_封裝的種類與材料00847
球柵陣列封裝(BGA)，一種在手機(jī)、電腦等高集成度設(shè)備中的芯片常用的封裝，體積最小，形狀如下。這種封裝的芯片使用本文介紹的方法不能很好的開(kāi)蓋，它的內(nèi)部可能是覆晶封裝。
使用球柵陣列封裝的手機(jī)IC
BGA封裝圖,HD3_封裝的種類與材料0084
其他一些封裝，包括PGA、PLCC/CLCC、QFN、SOIC和SOJ。
使用PGA封裝的CPU
PGA針格陣列封裝圖,HD3_針格陣列00849
PLCC/CLCC封裝圖,HD3_四方封裝0084
使用QFN封裝的射頻IC
QFN封裝圖,HD3_四方封裝00849
SOIC封裝圖,HD3_兩排直立封裝00849
SOJ封裝圖,HD3_兩排直立封裝00849
芯片絲印的命名規(guī)則
以STC51單片機(jī)絲印為例。
說(shuō)到STC我就想吐槽他的DATASHEET...
STC：芯片設(shè)計(jì)公司。
8：8051內(nèi)核。
9：含有Flash E^2PROM存儲(chǔ)器。
C：CMOS工藝，工作電壓5.5V--3.3V。
52：8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間。
RC：512字節(jié)RAM存儲(chǔ)空間。
40：芯片外部晶振最高可接入40MHz。
I：工業(yè)級(jí)，溫度范圍-40℃----85℃
PDIP40：雙列直插封裝，40個(gè)引腳。
后面一串：與制造工藝和制造日期有關(guān)，具體不詳。
STC單片機(jī)絲印
芯片封裝的材料
一個(gè)芯片通常由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成：
1.導(dǎo)線架。由金屬制成，用于連接硅晶片與電路板。所知的材料：鐵。
2.塑膠或陶瓷外殼。由塑料或陶瓷制成，通常是黑色或白色，用于保護(hù)硅晶片。
3.晶片與導(dǎo)線架之間的連接線。由金線或鋁線構(gòu)成，用于連接硅晶片與導(dǎo)線架。
4.硅晶片。由高純硅、摻雜物和金屬構(gòu)成，是集成電路的核心組件。
5.散熱底座。由金屬制成，硅晶片通過(guò)膠水粘在散熱底座上。
硅晶片在散熱底座上示意
硅晶片與散熱底座(正面，可以看見(jiàn)散熱底座與硅晶片通過(guò)膠水粘在一起)
硅晶片與散熱底座(反面)
這些材料的移除方法
1.導(dǎo)線架。稀鹽酸、稀硫酸等可以與金屬反應(yīng)的酸。
2.塑料外殼。塑料在高溫下變軟，通常加熱就可以移除塑料，但是可能無(wú)法完全移除。
3.連接線。金線需要王水移除，王水很危險(xiǎn)也很難獲取。鋁線使用稀酸移除。
4.散熱底座。使用稀酸移除。
工具
1.火爐
2.兩個(gè)鑷子
3.光學(xué)顯微鏡(有直射光源)或電子顯微鏡(不太現(xiàn)實(shí))
4.待開(kāi)蓋的芯片
方法舉例
0.查閱該芯片的資料，為顯微鏡下觀察做準(zhǔn)備。本次是RK2705，參數(shù)如下：RK2705是一種具有雙核體系結(jié)構(gòu)的集成系統(tǒng)，主要用于多媒體產(chǎn)品應(yīng)用，如mp3、mp4、pmp等。雙核體系結(jié)構(gòu)集成了arm7eca。rk2705可在低功耗平臺(tái)上獲得高性能的nDSP微處理器，并與這兩個(gè)cpu協(xié)同工作。內(nèi)存儲(chǔ)器空間-DSP IMEM 32Kwords-DSP DMEM 32 Kword-ARM7EJC嵌入式同步SRAM 4K字節(jié)-ARM7EJC嵌入式引導(dǎo)ROM8K字節(jié)。
于是，我們知道這個(gè)芯片有兩個(gè)CPU核心和片上存儲(chǔ)器。
待開(kāi)蓋的芯片(正面)
(反面)
1.一只手用鑷子夾住芯片，放在火上烤。塑料快開(kāi)始燃燒時(shí)，停止加熱。使用另一個(gè)鑷子掰受熱的部分，可以看見(jiàn)塑料一掰就斷了。重復(fù)上述步驟直到可以看見(jiàn)散熱底座。
給芯片加熱
加熱后使用鑷子掰受熱的部分，可以輕松地掰斷塑料
重復(fù)上述步驟，直到看見(jiàn)散熱底座
2.繼續(xù)加熱，按照步驟1的方法移除散熱底座。一般來(lái)說(shuō)，散熱底座一移除，硅晶片就會(huì)掉出來(lái)。如果沒(méi)有，繼續(xù)加熱，將硅晶片四周的塑料移除，此時(shí)硅晶片應(yīng)該就會(huì)掉出來(lái)。
分離了散熱底座與硅晶片
將硅晶片四周的塑料移除
3.如果通過(guò)步驟2硅晶片未掉出來(lái)(上圖)，你可以選擇兩種方法：一、使用砂紙或小刀打磨，直到硅晶片暴露。二、使用強(qiáng)酸腐蝕塑料(濃硫酸加熱)。
使用小刀小心地打磨黑色的塑料直到可以看見(jiàn)硅晶片,繼續(xù)操作直到所有塑料被移除
4.打開(kāi)光源，將硅晶片放在顯微鏡下觀察。
建議
1.建議初學(xué)者先開(kāi)蓋中小規(guī)模集成電路，如555定時(shí)器、DS1302時(shí)鐘芯片、74系列邏輯門、ASM1117穩(wěn)壓芯片之類的。因?yàn)椋行∫?guī)模的集成電路晶體管較少、金屬導(dǎo)線層很少，可以在低倍顯微鏡下看見(jiàn)半導(dǎo)體(CMOS)和金屬導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)。
555定時(shí)器中的一種結(jié)構(gòu),放大300x
集成電路的金屬導(dǎo)線層示意圖,A3-20多層導(dǎo)線技術(shù)M2U00106
2.使用小刀打磨塑料前可以先滴一點(diǎn)水在硅晶片上面。
3.通常，你可以在硅晶片的邊緣四周找到代號(hào)和廠商LOGO，這可以讓你分辨芯片的真?zhèn)巍?/p>
芯片代號(hào)與廠商LOGO,放大300x(士蘭半導(dǎo)體,SC3010)
4.如果光源過(guò)于強(qiáng)烈、看不清芯片結(jié)構(gòu)，使用濾光片。
濾光片
透過(guò)濾光片,放大300x(可知打線封裝)
5.如果不做化學(xué)處理，通過(guò)顯微鏡看到的圖像是包含了金屬導(dǎo)線層的，如果想要看到CMOS的結(jié)構(gòu)，需要移除金屬導(dǎo)線層。?金屬導(dǎo)線層通常由銅構(gòu)成，需要濃硫酸、濃鹽酸、稀硝酸或濃硝酸處理。
未移除金屬導(dǎo)線層(74HC182N,https://zeptobars.com/,license:?CC BY 3.0,未修改)
移除了金屬導(dǎo)線層(74HC182N,https://zeptobars.com/,license:?CC BY 3.0,未修改)
6.光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm。通常，一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)秀的光學(xué)顯微鏡配和一個(gè)強(qiáng)大的光源就可以滿足一般需求。
編輯：hfy
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論