Chip-Entkapselung - Depolymerisation von Epoxidharz

[Quiche-Lorraine]

Liebe Chemiker

Ich suche eine Möglichkeit Chips (ICs, integrierte Schaltkreise, also in Epoxidhartz eingebettete Scheibchen aus Silizium) mit harmloseren Chemikalien zu entkapseln. Das Gehäuse besteht i.d.R. aus Epoxidharz, das aus mechanischen Gründen sehr dicht mit Quarzstaub gefüllt ist. Normal wird das durch Erhitzen in rauchender Salpetersäure oder 95%-iger Schwefelsäure entfernt. In der Industrie wird bevorzugt rauchende Salpetersäure verwendet, weil damit die elektrischen Kontakte funktionsfähig bleiben. Als Jugendlicher hatte ich das mit Schwefelsäure gemacht - das funktioniert zuverlässig, ist aber wirklich nicht ganz ohne. Die schwarze Brühe schäumt, entwickelt Dämpfe, ist sehr heiss und aggressiv. Mir ist das heute eigentlich zu gefährlich. Hier zwei Fotos von früher: https://postimg.cc/XX5Hpk5T
Rein thermische oder mechanische Vorgehensweisen sind ungeeignet. Es gibt aber durchaus Alternativen, z.B. funktioniert auch Erhitzen in geschmolzenem Kolophonium, ist aber auch nicht harmlos und stinkt extrem. Wenn es mit Kolophonium geht, muss es doch auch andere harmlosere Alternativen geben!

Mit einem IR-Laser (z.B. Laserpecker, <2W genügen) lässt sich das Gehäuse sehr effizient und einigermassen sicher abtragen, allerdings beschädigt dieser Laser den Chip. Ich habe da schon einige Versuche gemacht, trocken, in IPA, in oxidierenden Lösungen (z.B. Eau de Javel), mit unterschiedlichsten Leistungen und Geschwindigkeiten. 450nm Diodenlaser sind z.B. nicht geeignet, weil die Füllstoffe schmelzen bevor das Epoxidharz geschädigt wird. Der Chip wurde vom Laser immer zerstört. Es läuft deshalb darauf hinaus den Laser nur für den Grobabtrag zu nutzen, die letzten 0.2-0.5mm müssen chemisch abgetragen werden.

In der Literatur findet man Ansätze zur Depolymerisierung von Epoxidharz (zum Recycling, Rückgewinnung von Kohlefaser) mit heisser KMnO4-Lösung oder mit Hypochlorit. Bei Raumtemperatur über mehrere Tage habe ich beides stichprobenhaft getestet, das Epoxidharz wurde nicht genug abgetragen. Warme KMnO4-Lsg. im Rückflusskühler könnte noch vielversprechend sein, momentan bin ich dafür aber nicht eingerichtet.

Meine Frage an die Chemiker: Gibt es andere Ideen wir man das Epoxidharz chemisch entfernen könnte?
Über Vorschläge und Ideen würde ich mich sehr freuen!

Viele Grüsse
Max

[Nobby]

Vermutlich gehen da nur oxidative Verfahren.
Anquellen mit Dimethylformamid und Butyldiglycol, gefolgt durch alkalische Permanganat Lösung.
Oder Fentonreagenz. Eisen-Ii-sulfat und Konz. Wasserstoffperoxid.

Aber wozu der Aufwand, was will man dem enthausten Chip.

[Quiche]

Guten Morgen,

danke für die Rückmeldung!
Ich werde zuerst die Permanganatlösung probieren (Material weitgehend vorhanden + höheres Oxidationspotenzial).
Zwei Verständnislücken habe ich noch:
- Warum diese Lösungsmittel? Ich hatte mir bereits DMSO besorgt, um das Epoxidharz zu quellen, die beiden Lömis müsste ich noch kaufen und ich kann nicht einschätzen wie gross die Unterschiede sind. In diesem Paper wird das Epoxidhartz vorher in Eisessig gekocht, wahrscheinlich mit der gleichen Motivation? https://www.sciencedirect.com/science/a ... 6X21000794
- Warum der alkalische pH-Wert der Permanganatlösung? Ich dachte das Redoxpotenzial sinkt mit dem pH. Versuche mit Lasern in KMnO4-Lsg hatte ich aufgrund des Papers schon gemacht, wegen der genannten Logik allerdings in leicht saurer Lösung. Das war aber nicht erfolgreich, bei Raumtemperatur passiert da nicht viel. Ich werde noch einfachen Rückflusskühler besorgen, vielleicht genügt ein längeres Glasrohr.

Wozu das ganze? Damit kann man die Funktionsweise der Chips nachvollziehen. Man denke hier nicht an moderne Prozessoren sondern anwendungsspezifische kleinere Chips mit grösseren Strukturbreiten. Hier zum Beispiel ein NAND-Gatter aus einem Sensorchip Dieser ist mit Schwefelsäure entkapselt. Die oberste Metallschicht ist in den Aufnhamen entfernt. So kann man die einzelnen Logikbausteine und damit die Funktionsweise nachvollziehen. Das ist mein etwas verrücktes Hobby...

Viele Grüsse
Max

[chemiewolf]

DMSO sollte es als Lösungsmittel auch tun.

[Nobby]

Im alkalischen bildet sich ein Gleichgewicht zwischen Mn-VII und Mn-VI. Im sauren ist zwar das Redoxpotentual größer aber Permanganat wird zu Mn-IV sprich Braunstein umgesetzt., was viel Schlamm erzeugt.
Die von mir beschriebenen Lösungsmittel werden in der PCB Industrie eingesetzt. DMSO wegen des niederen Dampfdrucks und Brennbarkeit eher nicht.
Ich versehe auch was ein NAND ( Nicht Und) Gatter ist, aber wie man die Funktion an dem Siliciumblock erkennen kann erschließt mich nicht. Man hat 2 oder mehr Eingänge und einen Ausgang, wenn nun jetzt alle Eingänge auf 1 gesetzt sind ist der Augang 0.wenn nur ein Eingang auf 0 gesetzt wird ist der Ausgang 1. Das habe ich aber auch wenn ich die Potentiale an die entsprechenden Pins des verkapselten ICs anlege.

[chemiewolf]

DMSO wegen des niederen Dampfdrucks und Brennbarkeit eher nicht

das spielt bei einer Anwendung im Labormaßstab keine Rolle.

[Nobby]

Ich bezog mich auf die Industrieanwendung. Im Labor kann man fast alles machen.

[Quiche]

Hallo zusammen,

danke für die Rückmeldungen!
Ich werde zuerst DMSO bei Raumtemperatur und herkömmlichen Haushaltsessig mit Rückflusskühler probieren (da vorhanden). Mit anschliessendem Kochen in KMnO4 mit Rückflusskühler. Für den Rückflusskühler muss ich noch eine Lösung improvisieren.
Über die Eingänge des Chips zu gehen funktioniert nicht, weil sich sehr viele dieser Standardlogikblöcke auf einem Chip befinden. Von aussen zugänglich sind nur einzelne Pins, ein winziger Bruchteil der vorhandenen Transistoren. Die Fotos zeigen nur einen ganz kleinen Ausschnitt.

Viele Grüsse
Max

[Nobby]

Also man sollte schon Temperatur dazu tun. Raumtemperatur ist zu wenig. Jedoch Rückflusskochen ist etwas zu viel des Guten.
Das Permanganat ca. 50 g/l mit 10 g/l NaOH bei 85°C.
Was für Chips sind das denn, ein normales SN 7400 oder HC 4000 hat da nicht viel.

[chemiewolf]

Im Labor kann man fast alles machen.

und da ist der TES gerade unterwegs....

[Nobby]

Ich glaub der ist eher zu Hause.