芯片里面长啥样？扫描电子显微镜放大10000倍告诉你！

Avenger

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说来惭愧，张大妈应该算是一个消费指导网站。但是笔者这篇文章基本并没有涉及消费，而更像是一篇科普文章。所以还请感兴趣的童鞋们继续围观，对芯片内部结构不感兴趣的童鞋们请返回。

最近521的第一届值友节上，看到张大妈的CEO放PPT，提到了SMZDM有全世界最高品质的用户：值友，这个群体分布在全世界189个国家，其中83%以上的用户拥有本科以上学历，年均消费超过10000元。高于行业平均线3倍。

一直以来感觉在张大妈发表文章，是一种不错的体验。毕竟受众的面很广，流量也非常大。每每文章发布，都能很快获得大量用户的评论，寻找到大量同好。这也是我发原创的最重要动力来源。

好了，言归正传吧。这次文章的主题是芯片内部的结构。所谓芯片，其实就是集成电路（IC，全称Integrated Circuit），其实就是通过光蚀刻等方法，将传统的电路集成到一片硅片上。

目前最新IC工艺早已进入纳米级（10的-9次方），也就是0.000000001米。例如英特尔的最新的工艺已经进入14nm，正逐步向10nm推进，而台积电和三星也早已开始了7nm工艺的预研。要想用显微镜看清这些产品的线路，那对显微镜的放大倍数有着极高的要求。没有几十万倍的放大倍率是做不到的，普通企业的实验室根本不可能做到。

因而本文所展示的这个78L05还距离纳米级别有一段距离。78L05是模拟功率器件，内部结构相对比较简单，线宽也比较大，应该说是属于微米级别的。因而用10000倍的扫描电子显微镜（SEM）就可以看得相当清楚了。只是想抛砖引玉，说明一下原理，毕竟半导体的原理基本都是相通的。

这篇文章其实也是源于笔者所在的公司最近做的一个故障分析项目（Failure Analysis），毕竟普通家庭不可能配备电子显微镜这种设备。笔者公司的实验室其实也只有一台5000倍的SEM。后面10000倍的那个扫描隧道显微镜的图片还是去其他单位的实验室照的。

好了，说了那么多，究竟是哪块芯片呢？其实就是一片SOP封装的78L05，8个pin。是主板上很常见的芯片，是一颗12V转5V的稳压块芯片。很多厂家都有做，比如ST（意法半导体）等等。至于这次分析的这片是哪个厂商的，因为涉及到品控，所以具体的不方便透露。78L05在电脑的主板上很常见，就是图中红框里的这片，只有小手指甲的一半大小：

非常常见的元件，某宝上也很容易买到：

某宝上的价格其实是零售价了，一般拿的量比较大的话，单颗的采购价大约是2美分左右，折合人民币0.13元。

网上随便找了张DATASHEET，这是PIN脚定义。比较简单，DC12V入5V出，然后供给下一步继续降压或者直接供电压输入是5V的芯片。

先放在高倍光学显微镜下观察，放大倍率60倍：
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背面：

使用强酸溶液将树脂外壳溶解，即Decap操作，当中的硅片露出来了。注意，硅片只占整个78L05中间很小的一部分：
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高倍光学显微镜下，进一步放大观察Die（裸片）。PIN脚的定义很容易理解了：一个输入，一个输出，4个是接地，还有2个NC：
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用X光检查是否有断线或折断：

光学显微镜下，继续放大，可见3根铜线连接（bond）在裸片（die）上：

3 v3 k) O' q4 h+ N* |; j9 J3个BOND点的局部放大图，都正常：
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! S* A8 K) q# D6 E! B0 N3 a好了，光学显微镜的部分到此结束。接下来，进行SAT验证，产品正常，没有Delamination（分层），粉红色是产品过IR后因不同材料不同膨胀系数的自然现象，正常。

接着，进行EMMI(Emission Micro Scope)比对（关于显微镜成像分析，具体可参考维基百科。经过微光显微镜验证，发现良品与不良品的现象相同，因而判断这片不良品的Chip并没有Crack的现象。

于是，接下来轮到电子显微镜上场，来帮助厘清问题了。
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晶片（Die）的侧面：

/ M4 Q) ]5 D5 f5 U1 Q晶片（Die）与底座接合处：

硅片的正面（500倍）：
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鸟瞰图（500倍） ：

  W: Q. u3 ^' S+ q将铜线的连接处，局部放大到5000倍，发现问题了：

再放大到10000倍，看得更清楚了，发现了Crack（破裂）：

那么，良品应该是怎样的呢？如下图（5000倍）：

再放大到10000倍，良品是没有破裂的：

至此，问题基本厘清了。接下来，就是依照产品的批号等信息，回溯到工厂产线上负责接线的设备和人员上了，距离root cause也就不远了。有值友可能会好奇，一个78L05，值得花费这么大的力气吗？其实，由于涉及到的量比较大，所以肯定是值得去分析的。

其实7805的单颗成本很低，但就是因为小零件出问题，导致整个系统就出大问题。故障分析的目的就是找出根本原因(root cause)，杜绝问题再次出现。希望这篇文章，能够帮到大家了解到更微观的IC内部的世界！

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fanichicl

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