Hoogwaardige chip-delayering met groene (515 nm) femtoseconde lasers

Een kijkje in de chips die onze wereld aandrijven

Het moderne leven draait om kleine halfgeleiderchips die stilletjes vliegtuigen, medische apparatuur, fabrieken en alledaagse elektronica van stroom voorzien. Wanneer deze chips uitvallen, of wanneer oude ontwerpen gekopieerd en geverifieerd moeten worden, moeten ingenieurs hun verborgen bedrading blootleggen en in kaart brengen zonder deze te vernietigen. Deze studie laat zien hoe een extreem snelle "groene" laser de lagen van een chip voorzichtig kan verwijderen met veel grotere reinheid en controle dan oudere methoden, waardoor betrouwbaarheid bij reparaties, veiligheidscontroles en forensisch onderzoek van cruciale hardware toeneemt.

Waarom het openen van oude chips belangrijk is

Veel langlevende systemen—van straalmotoren tot ziekenhuisapparatuur—zijn nog steeds afhankelijk van geïntegreerde schakelingen waarvan de oorspronkelijke blauwdrukken verloren zijn en waarvan reserveonderdelen niet meer worden gemaakt. Om deze systemen draaiende te houden moeten specialisten de chips reverse-engineeren en hun begraven metalen bedrading reconstrueren, zodat ze het ontwerp kunnen reproduceren of evalueren. Dezelfde behoefte speelt in geavanceerde productieprocessen, waar kleine foutjes of zelfs verborgen manipulatie tijdens productie kunnen doorsluipen en later storingen of veiligheidsrisico’s veroorzaken. Al deze taken draaien om één lastig probleem: elke interne metallagen schoon en over grote oppervlakken blootleggen, zonder de structuren die je wilt onderzoeken te vervagen of te wissen.

Beperkingen van traditionele chipverwijdering

Oudere methoden om lagen te verwijderen—zoals mechanisch polijsten, chemisch etsen en gefocusde ionenbundels—zijn of te grof, te traag of te duur om routinematig op hele chips te gebruiken. Mechanische en chemische technieken kunnen gemakkelijk inkepingen veroorzaken of materiaal ongelijkmatig wegnemen, terwijl gefocusde ionenbundels hoge precisie bieden maar slechts over kleine gebieden en zeer langzaam. Zelfs niet-destructieve röntgenbeeldvorming ontbreekt vaak aan de scherpte die nodig is om microscopische metaalbanen te traceren. Eerder werk met ultrakorte infrarode lasers wees op een beter pad: extreem korte lichtpulsen gebruiken om materiaal te verdampen met minder warmteverspreiding. Omdat verschillende chipmaterialen echter infraroodlicht heel verschillend absorberen, leidde die aanpak vaak tot onregelmatige verwijdering, achterblijvend puin en deels beschadigde bedrading, wat de details die ingenieurs wilden zien vervaagde.

Een scherpere groene laserscalpel

De auteurs pakten deze uitdaging aan door over te stappen op een groene laser met pulsen van slechts femtoseconden—miljoensten van een miljardste van een seconde. Bij deze kortere golflengte wordt de laserenergie gelijkmatiger in zowel metalen als isolerende materialen opgenomen, wat leidt tot soepelere verwijdering en fijnere dieptecontrole. Ze werkten op een echte microprocessor met drie gestapelde metallagen en stemden zorgvuldig cruciale instellingen af zoals pulsenergie, herhalingsfrequentie, scansnelheid en pulsduur. Ze realiseerden zich ook dat niet alle delen van een chip hetzelfde zijn: sommige gebieden bevatten brede voedingssporen, andere dichte rasters van kleine verbindingen en weer andere grote contactpads. Door de chip in vier typische regiotype te categoriseren konden ze hun recepten aanpassen zodat elk gebied werd gereinigd zonder overmatig wegsnijden.

Twee manieren om het groene licht te gebruiken

Het team onderzocht twee hoofdworkflows. In de eerste verwijderde een krachtiger infraroodstraal snel bulkmateriaal, waarna de groene laser de blootgelegde oppervlakken polijstte. Deze combinatie verbeterde de reinheid in vergelijking met alleen infrarood, maar de herhaalde infraroodpasses hadden de neiging in de metallijnen te bijten en ze subtiel te eroderen. In de tweede workflow verzorgde de groene laser zowel het verwijderen als het polijsten van begin tot eind. Hoewel dit zorgvuldiger afstemming vereiste, leverde het opmerkelijk vlakke, laag-puinige oppervlakken en scherpe metalen kenmerken op over grote gebieden, vooral voor de bovenste bedradinglaag en veel van de tweede laag op ongeveer één micrometer diepte. Hoge-resolutie confocale microscopen, elektronenmicroscopen en elementmapping-instrumenten bevestigden allemaal dat de alleen-groene aanpak de werkelijke geometrie en samenstelling van de bedrading met minimaal schade blootlegde.

Wat dit betekent voor chips in de praktijk

De studie concludeert dat groene femtoseconde lasers een krachtige en praktische manier bieden om chips laag voor laag met hoge getrouwheid te "ontstapelen". In vergelijking met alleen infraroodlicht levert de groene aanpak schonere, uniformere blootlegging van metallagen en behoudt ze beter hun vorm—precies wat nodig is voor betrouwbare reverse engineering, foutanalyse en beveiligingsaudits. Sommige bijzonder ingewikkelde regio’s blijven uitdagingen vormen, maar de auteurs stellen dat slimmer parameterafstemming, geautomatiseerde besturing of het combineren van de laser met ultra-fijne afwerktuigen de prestaties nog verder kan verbeteren. Voor ingenieurs en beveiligingsexperts belooft deze technologie een snellere, betrouwbaardere kijk op de verborgen bedrading van zowel verouderde legacy-componenten als de meest geavanceerde micro-elektronica van morgen.

Bronvermelding: Anaei, M.T.M., Maniscalco, M., Choi, H. et al. High-fidelity chip delayering using green (515 nm) femtosecond lasers. Sci Rep 16, 5495 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35091-7

Trefwoorden: omgekeerde engineering van halfgeleiders, laser chip-delayering, groene femtoseconde laser, foutanalyse van microchips, beeldvorming van geïntegreerde schakelingen