Компания
34,85
рейтинг
8 ноября 2012 в 19:59

Разное → Как «открыть» микросхему и что у неё внутри?

Микросхемы — наиболее приближены к тому, чтобы называться «черным ящиком» — они и вправду черные, и внутренности их — для многих остаются загадкой.

Эту завесу тайны мы сегодня и приподнимем, и поможет нам в этом — серная и азотная кислота.

Внимание! Любые операции с концентрированными (а тем более кипящими) кислотами крайне опасны, и работать с ними можно только используя соответствующие средства защиты (перчатки, очки, фартук, вытяжка). Помните, у нас всего 2 глаза, и каждому хватит одной капли: потому все что тут написано — повторять не стоит.

Открываем

Берем интересующие нас микросхемы, добавляем концентрированной серной кислоты. Довести до кипения (~300 градусов), не помешивать :-) На дне насыпана сода — чтобы нейтрализовать пролитую кислоту и её пары.


Через 30-40 минут от пластика остается углерод:


Достаем и выбираем, что пойдет еще на одну живительную кислотную ванну, а что уже готово:


Если куски углерода намертво прилипли к кристаллу, их можно удалить кипящей концентрированной азотной кислотой ( но температура тут уже намного ниже, ~110-120C). Разбавленная кислота съест металлизацию, потому нужна именно концентрированная:


Смотрим

Картинки кликабельны (5-25Мб JPEG-и). Некоторые фотографии кто-то из вас мог уже видеть у меня.
Цвета традиционно «усилены» до максимума — в реальности буйство красок намного меньше.

PL2303HX — конвертор USB<>RS232, такие используются во всяких Arduino и иже с ними:


LM1117 — линейный регулятор питания:


74HC595 — 8-и битный сдвиговой регистр:


NXP 74AHC00
74AHC00 — 4 NAND (2И-НЕ) элемента. Глядя на гигантский размер кристалла (944x854 µm) — становится очевидно что и «старые» микронные технологии до сих пор используются. Интересно обилие «резервных» via для увеличения выхода годных.


Micron MT4C1024 — микросхема динамической памяти, 1 Мебибит (220 бит). Использовалась во времена 286 и 386. Размер кристалла — 8662x3969µm.


AMD Palce16V8h
Микросхемы GAL(Generic array logic) — предшественники FPGA и CPLD.
AMD Palce16V8h это 32x64 массив элементов AND.
Размер кристалла — 2434x2079µm, технология 1µm.


ATtiny13A — один из самых мелких микроконтроллеров Atmel: 1кб флеш-памяти и 32 байта SRAM. Размер кристалла — 1620x1640 µm. Технологические нормы — 500nm.


ATmega8 — один из наиболее популярных 8-и битных микроконтроллеров.
Размер кристалла — 2855x2795µm, технологические нормы 500nm.


КР580ИК80А (позже переименованный в КР580ВМ80А) — один из наиболее массовых советских процессоров.

Оказалось, что вопреки распространенному убеждению, он не является послойной копией Intel 8080/8080A (некоторые блоки похожи, но разводка и расположение контактных площадок существенно отличается).

Самые тонкие линии — 6µm.


STM32F100C4T6B — самый маленький микроконтроллер на ядре ARM Cortex-M3 производства STMicroelectronics. Размер кристалла — 2854x3123µm.

Altera EPM7032 — CPLD повидавшая многое, и одна из немногих работавших на 5В питании. Размер кристалла — 3446x2252µm, технологические нормы 1µm.

Черный ящик теперь открыт :-)
PS. Если у вас есть микросхемы имеющие историческое значение (например Т34ВМ1, советский 286, зарубежные старые и уникальные для своего времени чипы), присылайте — посмотрим что у них внутри.

Фотографии распространяются под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported.
Автор: @BarsMonster
Zeptobars
рейтинг 34,85
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Комментарии (98)

  • +10
    Замечательные обои.
    А какой кислотой выборочно растворяют корпус микросхемы, не нарушая соединения?
    • +1
      Кипящей серной. Пробовал кучу других вариантов (смеси с азотной, соляной но нагрев не выше 80С) — оооочень медленно, но возможно.
      • 0
        Друг говорит, что он подобное делал концентрированной уксусной.
  • +62
    Как всегда — великолепное гиковское порно! Спасибо)
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +6
      • +1
        Кстати, на картинке нарисован вполне работающий радиоприёмник)
        • +3
          Не приемник, а передатчик. И если не считать ошибок на схеме (заземленная антенна, не туда подключен варикап, часть соединений вообще никуда не ведут), то да, работающий :)
          • +4
            «Не выиграл, а проиграл, не в лотерею, а в карты, и не машину, а сто рублей»
          • +3
            Это плохая девочка, с заземленной антенной и извращенными соединениями.
            • +3
              Она не дает передает.
              • 0
                Все фотомодели они такие.
  • +1
    Здорово! А чем фотки делались?
    • +3
      В топике про фотки рабочих мест есть ответ
      • +1
        А вот наименование производителя и модель микроскопа я так и не нашел. Облазил весь сайт автора. Не подскажете, уважаемый автор? :)
        • +2
          У китайцев он назывался BM-158J

          У нас тоже можно их найти в продаже, под отечественными названиями (но именно этой модели не нашел).
          • 0
            Спасибо! На алиэкспресс такие по цене около 300 баксов.
            • 0
              Ссылку в студию, возьму парочку про запас ;-)
              • +1
                Вот один. Вот другой. Есть экземпляры и подороже — здесь и здесь. Вот список, который выдается при поиске ключевого слова, уже отфильтрованный.
                • 0
                  Фух, я уж было испугался )
                  Да, в первых двух микроскопах нет некоторых дорогих, но не очень нужных фич (темное поле, окуляры на 23мм) — так что брать можно. Ну и нужно не забыть сразу камеру прикупить.

                  Честно говоря, делали бы уже микроскопы только с камерой, без окуляров… И дешевле и работать все равно удобнее глядя на монитор.

                  А так да, я брал почти там же — тогда на aliexpress ничего этого небыло, договаривался с продавцами на alibaba.

                  • 0
                    А брали-то за сколько? И как давно?
                    • 0
                      Базовая модель 1600, месяца 3 назад
                      • 0
                        Ого!

                        P.S. Оригинальный коммент все равно упал мне на почту :)
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    А от чего такие цветастые линии например у ATmega8 или STM32F100C4T6B (как будто ржавчина) или PL2303HX (зеленая поросль)?
    • 0
      По идее это тот же алюминий межсоединений, это области где автоматическая разводка работала.
      Но вот почему он такого цвета получается — для меня загадка (вернее такого оттенка цвета — цвета-то усилены).
      • +2
        есть подозрение что это зависит:
        1. от толщины самой пленки алюминия (разная в зависимости от технологии)
        2. от толщины покрывающей его пленки оксида кремния
  • +1
    Блин, микросхемы — как целые города!
    • +2
      Как же хочется стать микроскопическим (временно, Исполнитель Желаний, временно!) и полазить там вдоволь.
      • +3
        Я бы лучше в старых советских теликах полазил. Там та еще инфраструктура. :)
        • +1
          :)
          На эту тему есть отличная детская книга «Гарантийные человечки» Успенского (не мультфильм)
          • +2
            Ага, замечательная книга. А не эти странные американские шпионы фиксики. Даже имя нерусское.
          • 0
            Помню-помню. В детстве зачитывался. :)
        • +1
          Есть фильм такой старенький, мюзикл — "Мария, Мирабела в Транзистории". Как раз на тему путешествия внутри телевизора :)
      • 0
        Minecraft? ;)
      • 0
        Вот они последствия регулярного чтения фантастики — первая мысль была не «это невозможно» а «осторожно, там же все в кислоте...» а вторая не «вот идиот, это в любом случае невозможно и просто фигура речи такая» а «а нет, по идее что не смыли должно быстро выветриться, но для паранойи лучше дать ей немного полежать» ))
  • +1
    Простите может не по теме, но на какую специальность нужно учиться, чтоб создавать нечто подобное?
    • +2
      Что-то отсюда, как мне кажется: www.miet.ru/structure/s/214
    • 0
      Обычно достаточно получить диплом программиста или радиоэлектронщика, но, при этом, необходимо хорошо разбираться в дискретной математике, архитектуре ЭВМ, цифровой логике и т.д.
    • 0
      ИУ-4 в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
      Один из курсовых проектов на старших курсах — это как раз проектирование топологии микросхемы.
    • 0
      МИФИ, 12 кафедра. 3 курс — проектирование микропроцессора.
      • 0
        Да, было такое. Но микросхемы в кислоте не варили :)
      • 0
        ТУСУР радио конструкторский факультет, тоже курсе на 3-4 был предмет, и схемки разводили на курсовой )
    • 0
      вообще есть три основных вида деятельности при создании микросхем:

      1. проектирование схемотехники (на уровне от логических блоков до отдельных транзисторов)
      2. проектирование топологии (собственно положить схемотехнику на кристалл в виде вот таких узоров)
      3. физика и технология — операции с кристаллом для получения кристалла с топологией — фотолитография, травление, окисление, легирование, разгонка в печке и всё такое.

      соответственно это довольно разные специальности, разные базовые знания и всё такое.
    • 0
      Вот здесь точно будешь проектировкой заниматься (станешь инженером-схемотехником)
      www.miet.ru/structure/s/246
      • 0
        :)) оказывается и на хабре миэтовцы есть…

        «нет повести печальнее на свете, чем повесть об учащемся в МИЭТе» :)

        МПиТК, ВТ, 2009
    • 0
      У нас специальность называлась в переводе «Микроэлектроника и полупроводниковые приборы». На втором курсе по 2 месяца проектировали по кусочку СБИСа. Пол группы перевелось после этого, чтоб их не отчислили за несданный курсовой проект.
      Лабораторные были интереснее — мы сами наносили фоторезист, сушили, травили, легировали, наносили металлизацию. Разрешающая способность фоторезистов и шаблонов была никудышной, но делать это было очень интересно.
      Кстати, даже такая простая вещь, как изготовление кусочка солнечной батареи уже покрывала все трудности, которые нам приносили убийственные конспекты.
    • 0
      МАИ кафедра 304, какие то знания в этой области тоже можно получить
  • +4
    Как же непривычно видеть «1 Мебибит», может пока 1 MiB или 1 МиБ? Не так в глаза бросается;)
    • +11
      Нет уж, привыкайте
  • +8
    Крутизна! И сразу приходит на ум куча вопросов.
    Это мы видим один слой микросхемы или все слои наложенные друг на друга?
    А можно ли таким способом «отревёрсинжинерить», чип и сделать свой такой же? Например если чип однослойный?
    А если чип многослойный?

    Да и вообще очень интересно было бы почитать про процесс копирования чипов, ведь копировали же!
    Вроде там даже какие-то защиты сейчас делают? Может быть напишите про это отдельный постик? ;-)
    • +5
      Это все слои, вид сверху :)
      ПОдобным образом и реверсили во времена союза.
      Китайцы вроде как и сейчас так реверсят чужие разработки, но из-за тонкого техпроцесса и сложностей в аккуратном снятии слоев получает «китайскую» глючную электронику (потеряные и дорисованные мостики и дорожки, неправильно распознанные элементы и тд).

      Из защиты могу с ходу назвать изобилие паразитных дорожек (дают артифакты при попытке снять слои) и использование ячеек памяти ПЗУ в критичных местах. Содрать ячейки можно, подобрать правильное значение… заколупаешся :)
    • +2
      Видим мы сразу все — слои разделены слоем прозрачного стекла.
      Все слои можно травить по одному, и добраться до самого низа.

      Насчет статьи — посмотрим, если найду хороший пример, который легко разобрать, то возможно и смогу написать статью.
      .
  • +1
    Красота!

    И сразу 2 вопроса,
    Странные фигурные полосы, это артифакты обработки или специальная маска от любопытных?

    Все, кроме одной микросхемы имеют какой то «буфер» возле контактных площадок. Просмотрел одну внимательно… ощущение, как будто все контакты через такой «буфер» подтянуты к нулю — общей дорожке по периметру, а одна не подтянута, потому что питание + :) Я прав?
    • +2
      Если нога — выход — то там 2 «мощных» транзистора, один к питанию, другой к земле.
      Если вход — то 2 диода защиты от статического электричества.

      Но вообще тут вариантов много.
      • 0
        Там жеж целые «гармошки». Скоре поверю, что защита от статики :)
        • +2
          Эта гармошка — как раз и может быть транзистором на большой ток — где фактически много-много транзисторов включено параллельно.
  • +1
    интересно, а есть софт типа OCR для микросхем?
    • +3
      У chipworks есть свой софт для этого. Ну и есть LVS — layout vs schematic — софт для валидации схемы и топологии.
    • +3
  • +1
    Безгранично был бы рад комментариям к этим снимкам, где что.
    Вот например на верхней зелёный рыхловатый «лес» в центре — это что? ПЗУ? А правее него — что за структуры такие вложенно-прямоугольные?
    • +5
      К сожаление, чтобы уверенно говорить что есть что — нужно изучать каждую микросхему подробнее, травить до нижнего слоя чтобы было видно что там.

      «Рыхлый лес» — это обычно основной цифровой фарш — ядро процессора и другая нерегулярная цифровая логика.

  • 0
    А можно ли прочитать содержимое flash-памяти с помощью такого способа?
    • +1
      Содержимое флеш-памяти в микроскоп не видно, т.к. это просто захваченный в диэлектрике заряд. Максимум что можно (в теории) — иголками подключаться к нужным местам схемы и давать команды на чтение нужных данных.

      Но это адский труд.
      • +1
        Спасибо за ответ.
        Просто разбираюсь как хранить ключ для шифрования в микроконтроллере.
        Например, производители платежных терминалов POS устраивают микровзрыв, когда кто-то пытается вскрыть корпус микросхемы, чтобы достать ключ.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    >Micron MT4C1024 — микросхема динамической памяти, 1 Мебибит
    мегабит*
    • +3
      А, да. Последние веяния, извините, пропустил.
      • +1
        этим веяниям уже 13 лет, вчера как раз статья была.
        • +1
          Там где добрая половина комментов про бибиканье? Не взлетит.
  • +4
    Я аж вздрогнул, когда увидел топологию мегабитной памяти, да еще с названием Micron — именно с ее топологией я возился, когда работал на зеленоградском Микроне. Правда, это не та микросхема, но топология прям один в один с такой высоты. Вот, кстати, скришнот с куском топологии, кажется, он занимается выборкой ячейки (на снимке микросхемы это узкий поясок посередине). А каждый квадратик на фотке — 32768 ячеек, каждая, кажется из 4 транзисторов.
    • +1
      Ммм, требуем грязных подробностей — когда это было и чем закончилось? Динамической памяти вроде как местной не видно… Чем еще там занимались?
      • +3
        Если честно, не знаю, какая судьба у этой микросхемы, но вроде как она была для тестовая, для линии 0.18 (сама она, кажется, по 0.24 делалась). По-крайней мере, топология у нас была готова полностью, вплоть до выходных буферов и контактных площадок. Саму мегабиту делал мой научный руководитель, я занимался нудной и грязной работой — верификацией — проверка на соответствие нормам, извлечение из топологии принципиальной схемы, сравнение её с той, что должна быть, поиск и исправление ошибок.

        Впрочем, основной моей задачей была всякая автоматизации разработки топологии на нижнем уровне — изготовление параметрических ячеек (2NAND, 3NAND и так далее) и всё такое.
  • 0
    Почти PCAD, но в реальном времени и на физическом железе :-)
  • 0
    Я чуток позанудствую

    Было бы очень интересно поглядеть краткий анализ схемотехники онных микросхем. Что, почему зачем. Даже уж самой примитивной. И полезно и вкусно :)
  • 0
    Есть советские военные микросборки неидентифицированные, есть только предположения, касаемо применения. Есть процессоры, в частности — Pentium MMX и есть почти дохлый Sintez и что там внутри него (забыл серии)
  • +1
    Я в детстве добирался до кристалла сжигая корпус микросхемы или контроллера на газовой плите :)
  • +1
    Очень хочется увидеть Z80 :)
  • +1
    Реквестирую Z80, поискать можно где-то в районе zx-pk.ru/market/viewforum.php?f=4
    В соседних разделах пробегали поиски оригиналов.
    • +1
      z80 у меня есть, у одной штуки вчера кристалл сломал, еще 3 осталось :-)
      Так что будет )
  • 0
    Великолепно. На каком-то сайте читал про удаление кампаунда и кто-то там ударился в воспоминания, про то, как делали аналоги зарубежных микросхем имея в наличии всего три образца. Именно там впервые услышал про кипячение серной кислоты.
  • +1
    А почему кислоты кристалл не съедают?
    • +4
      Потому что серная кислота ни с кремнием, ни с алюминием ни с оксидом кремния не реагирует.
      Есть кислоты, которые все это могут съесть (смесь азотной и плавиковой) — но их и не используют :-)
  • 0
    Когда-то были микросхемы серии К155 с индексом «М» (КМ155), у которых корпус, при нажатии плоскогубцами по бокам, очень «удачно» расслаивался: верхняя крышка отделялась, обнажая кристал. В детстве я любил рассматривать проводники на кристалах под х10 линзой. Но потом у меня появилась веб камера A4tech со стеклянной оптикой. У этой камеры была одна интересная особенность — если выкрутить линзу на максимум — то камера работала на увеличение. Естественно, первым делом я «сфотографировал» свои старые «трофеные» кристалы:
    Вот например К155ЛН2
    image

    Или вот К155ЛН3
    image

    Это К155ЛН4
    image

    А вот по сложнее КМ155ИЕ2
    image

    Прошу прощение за качество.
    • +4
      Не работают картинки.
    • 0
      Ой, ошибся с подписями: первая фотография К155ЛА2, вторая К155ЛА1, треться К155ЛА3, последня яправильно
  • 0
    агхрррр — хост глючит, сейчас перезалью в другое место
  • 0
    А, у меня же тоже пара фотографий есть, не таких клевых правда.


  • +2
    Вот, перезалил на другой сервис и добавил ТМ2
    К155ЛА2
    image
    К155ЛА1
    image
    К155ЛА3
    image
    КМ155ИЕ2
    image
    К155ТМ2
    image
  • +3
    Тут задвали вопрос про расположение элементов, вот — нашел еще некоторые свои старые записи и набросал соответствие схемы для К155ЛА3
    image
    • +2
      Нужно отметить, что соответствие отдаленно-схематическое, транзисторы там биполярные, а не полевые — схема намного сложнее получается.
      • +3
        Скорее всего, схема будет максимально близка к такой:


        Обратите внимание на «жирные» выходные транзисторы. Вероятно, каждый из них состоит из пары транзисторов, включенных параллельно.
        • 0
          Да, Вы правы, приведенная мною выше схема на КМОП не подходит под этот кристал, здесь TTL. Ваша схема сюда подходит больше. Вот, отметил на схеме дид, и, я так понял, по центру — это обкладки конденсатора?
          image
          • 0
            Да, диод именно здесь, лучше всего видно на элементе (A4,B4,Q4). По центру, скорее всего, не конденсатор (толку от такого маленького?), а просто разводка шин питания. На каждый элемент нужно протащить и (+), и (-). Минус разведен верхним слоем, а плюс — где-то снизу.
            Может быть, посередине защитный диод (от переполюсовки), но что-то я не помню в 155 серии таких свойств: эти микросхемы весело горели, если перепутать полярность питания.
            • 0
              100% конденсаторов нет. В ТТЛ логике их в принципе не бывает, да и не помогли бы эти жалкие фемтофарады с их токами потребления…
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    Огромное тебе, автор, спасибище!
    Решаю проблему защиты, кода в альтерах, а тут хотя и поверхностный взгляд на кристалл, но на некоторые мои вопросы отвечает.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное