integrierte Schaltkreise

[UPSi]

Moin in die Runde!

Diesmal zeige ich Bilder von Mikrochips.

Zur Präparation:
Die Mikrochips sind gut verschlossen, um die empfindlichen Strukturen vor nachteiliger Beeinflussung durch die Umgebung zu schützen. Hier ist insbesondere Staub zu nennen. Mit einem Blech verschlossene Microchips lassen sich am besten mit einem starken Lötkolben öffnen. Verklebte Mikrochips lassen sich nach Einspannen in einem Schraubstock mit einem Schraubenzieher öffnen. Dabei spaltet man die beiden verklebten Gehäusehälften einfach auf. Aber Vorsicht man kann sich selber leicht verletzen oder den Mikrochip grob verschrammen!
Die letzte Methode birgt noch eine andere Gefahr. Beim Aufspalten gelangen leicht Staubteilchen und andere Absplitterungen auf die Chipoberfläche. Vom Auftrennen der Mikrochips mit einer kleinen Trennscheibe ist abzuraten. Als Ergebnis erhält man meist eine mit dem Sägestaub völlig verschmutzte Chipoberfläche. Staubteilchen lassen sich aber meist nicht vermeiden. In Bild 3 sind einige deutlich zu erkennen.
Eigentlich kann der geöffnete Chip direkt im Auflicht mikroskopiert werden. Hierzu sind bei hohen Vergrößerungen (20x und mehr) auf jeden Fall Auflichtobjektive angebracht. Normale Durchlichtobjektive sind bei diesen Vergrößerungen aufgrund der Deckglaskorrektur ungeeignet.
Zum dauerhaften Schutz der geöffneten Mikrochips vor Staub ist zunächst die Entfernung der kleinen Anschlüsse (Gold-Draht!!!) und anschließend die Einbettung in Acrylharz mit Deckglas empfehlenswert. Bei dieser Vorgehensweise für Dauerpräparate können meist auch wieder die Durchlichtobjektive für höhere Vergrößerungen verwendet werden. Voraussetzung hierfür ist aber, dass die Schichtdicke des Acrylharzes unter dem Deckglas nicht zu groß ist. Lässt man die Verdrahtung des Mikrochips bestehen, so ist die Schicht aus Acrylharz und Deckglas meist zu dick, um ein höher vergrößerndes Objektiv als 10x verwenden zu können. Dafür empfehlen sich Long-Distance-Objektive mit variabler Deckglaskorrektur.

Hat man keinen Auflichtiluminator für Auflicht-Hellfeld-Beobachtungen, so kann ein Auflicht-Dunkelfeld improvisiert werden. Man nutzt am besten mehrere Schwanenhalslichtleiter und plaziert diese in unmittelbarer Nähe zum Objektiv. Der Mikrochip wird so schräg von oben angeleuchtet.  Nutzt man nur einen Schwanenhalslichtleiter so erhält man eine azimutale Beleuchtung (Beleuchtung von einer Seite). Dies erzeugt interessante Effekte, die durch die reliefartigen Strukturen der Chipoberfläche zu stande kommen. Schön sieht man diese Art Reliefkontrast, wenn man den Chip auf einem drehbarem Tisch hat. Alternativ kann aber auch der Schwanenhalslichtleiter in eine andere Position neben dem Objektiv gebracht werden.
 


Unbekannter Chip (Nativpräparat)/ Hellfeld-Auflicht


Motorola MC 68030 in Acrylharz/ Hellfeld-Auflicht

        
Motorola MC 68030 in Acylharz/ Hellfeld-Auflicht pol Objektiv Apochromat 12,5x/0,35


EPROM im improvisiertem Dunkelfeld-Auflicht


EPROM im improvisiertem Dunkelfeld-Auflicht

Zur Technik:
Stativ: Jenaval/Jenavert
Objektiv: Planachromat LDN 20/0,45 mit variabler Deckglaskorrektur 0-2 (Ausnahme Bild 3)
Kamera: Canon EOS 350D ohne Projektiv und Kameraoptik (Zwischenbild aufgenommen)Av-Modus/ISO 200/Spiegelvorauslösung
Bildverarbeitung: Alle Bilder sind mit Photoshop elements 6.0 verkleinert worden.
Ansonsten keine Bildverarbeitung oder Photoshop elements 6.0 intelligente Autokorrektur.


Zum Üben gibt es EPROMs. Die haben ein kleines Glasfenter. Man kann schön mit der Stereolupe "reinschauen".

Gruß
U. S.

[gast]

Hallo

der Erste, "unbekannte" Chip zeigt einen Teil eines Eproms der Firma National Semiconductor

für die Größe und damit den Typ zu bestimmen würde man das komplette Teil sehen müssen.

mfg
Bernd

[Alfons Renz]

Hallo U.S. und andere Experten für Microchips,

Was passiert, wenn man die Halbleiter offen lässt und nicht, wie Sie es empfehlen, in Acrylharz einbettet? Mit welchen Oxidations/Verwitterungsformen ist da zu rechnen und wie kann man diese Veränderungen verhindern, oder, wenn sie schon eingetreten sind, noch korrigieren?

Meine Frage hat folgenden Hintergrund: Ich besitze eine ganze Sammlung mittlerweile geradezu historischer Entwicklungstypen aus der Chip-Industrie. Wie kann ich diese dauerhaft so konservieren, dass sie als Sammlungs- und Demonstrationsobjekte erhalten bleiben?

Für Ihren Rat wäre ich sehr dankbar,

Mit freundlichen Mikro-Grüßen,

Alfons Renz

[UPSi]

Hallo zusammen!

Ich bedanke mich bei Bernd für den Hinweis. Ich kann es leider nicht nachprüfen, da dieser Chip schon seit längerere Zeit auf dem Müll ist. Er wurde damals präpariert, um dann einmal mikroskopiert zu werden. Ich habe mir damals auch mit speziellen Auflichtobjektiven die Chipoberfläche angeschaut, unter anderem mit Ölimmersion. Danach war der Chip hinüber. Das eingiessen in Acrylharz hatte sich damit erübrigt.

@ Alfons Renz

Was passiert, wenn man die Halbleiter offen lässt und nicht, wie Sie es empfehlen, in Acrylharz einbettet?

Lässt man eine Chipoberfläche offen liegen, sammeln sich dort Staubpartikel an. Im 3. Bild von oben sind einige dieser Staubpartkel zu sehen. Diese Staubpartikel sind sehr schlecht bis gar nicht mehr von der Oberfläche wegzubekommen. Da hilft kein Schütteln, Blasen oder gar Spülen. Die Partikel haften sehr gut. Bereits beim Öffnen des Chips besteht diese Gefahr der Staubkontamination, sowohl durch Partikel aus der Umgebung als auch durch Staubpartikel, die beim Öffnen entstehen. Bereits ein Staubpartikel kann einen Chip aus elektronscher Sicht unbrauchbar machen. Er kann schnell einen Kurzschluß zwischen auslösen. Daher werden die Waver und Chips in speziellen Reinräumen gefertigt. In der Mikroskopie stören diese Partikel dann lediglich das Bild.
Noch ein paar Worte zur Präparation:

1. Auswahl des Acrylharzes
Ich hatte mir mal ein absolut untaugliches Acrylharz besorgt. Das Acrylharz hatte kleine stäbchenförmige Einschlüsse, die nur im Polarisationskontrast zu sehen waren. Also hier heißt es erstmal testen. Ich bin zur Zeit im Weihnachtsurlaub und habe daher keinen Zugriff auf meine Bilder oder gar Chemikalien. Ich kann erst nächstes Jahr dazu was zeigen bzw. schreiben.
 
2. Öffnen der Chips
Insbesondere beim Öffnen besteht die Gefahr, dass Staubpartikel auf die Chipoberfläche gelangen. Dies entwertet die Präparate.  Wenn Sie vorhaben, wertvolle, historische Chips zu öffnen, empfehle ich Ihnen das Öffnen an baugleichen aber eher wertlosen Chips zu üben. Auch eine staubarme Umgebung ist ratsam. Es gibt Laminar-Air-Flow-Kästen, die mit HEPA-Filtern ausgestattet, ein nahezu staubfreies Arbeiten erlauben.
Solche LAF-Einheiten sind in vielen Universitätsinstituten vorhanden. Meist werden diese Einheiten jedoch für aseptisches Arbeiten verwendet. Diese LAF-Einhaiten scheiden wohl aus. Aber viele LAF-Einheiten in physikalischen Instituten für ähnliche Aufgaben in der Forschung sollten zur Verfügung stehen.

 

Mit welchen Oxidations/Verwitterungsformen ist da zu rechnen und wie kann man diese Veränderungen verhindern, oder, wenn sie schon eingetreten sind, noch korrigieren?

Mir sind bei Raumtemperatur keine relevanten Oxidations- oder Verwitterungsreaktionen bekannt.

Gruß
U. S.


 

[wilfried48]

Hallo Herr Renz,

Halbleiterchips werden deshalb gekapselt um sie zum einen vor unachtsamer Berührung (z.B. Verbiegen und Kurzschliessen der feinen Bonddrähte) und zum anderen vor Umwelteinflüssen zu schützen (z.B.Diffusion von Na Ionen oder Wasserdampf in den Chip). Das letztere führt zu elektronischen Veränderungen und daher zu Funktionsstörungen und wäre selbst mikroskopisch nicht zu sehen, wenn man mal von Korrosionserscheinungen an den äußeren Aluminium Pads, die aber nur bei extrem feuchter oder salzhaltiger Umgebung merklich sichtbar würden, absieht.
Wenn sie ihre geöffneten Chips also trocken und einigermassen staubdicht aufbewahren kann nichts mikroskopisch sichtbares passieren. Ich habe z.B. einen geöffneten alten 8080 Mikroprozessor aus dem Halbleiterpraktikum in Tübingen seit mittlerweile ca. 30 Jahren in einer Petrischale in der Schublade aufbewahrt und sehe keine  Veränderungen wenn man mal von dem einen oder anderen Staubkorn absieht, das meist während des Mikroskopierens auf den offenen Chip fällt. Mit trockenem Stickstoff lassen die sich aber meistens wieder abblasen.

Viele Grüsse

Wilfried Nisch