Högupplöst chip‑delayering med gröna (515 nm) femtosekundslaser

En titt inuti de chip som styr vår värld

Det moderna livet bygger på små halvledarchip som diskret driver flygplan, medicinteknik, fabriker och vardagselektronik. När dessa chip fallerar, eller när äldre konstruktioner måste kopieras och verifieras, behöver ingenjörer avslöja och kartlägga deras dolda ledningsbanor utan att förstöra dem. Denna studie visar hur en extremt snabb "grön" laser kan varsamt skala bort ett chips lager med mycket bättre renhet och kontroll än äldre metoder, vilket öppnar dörren för mer pålitliga reparationer, säkerhetskontroller och rättsmedicinska undersökningar av kritisk hårdvara.

Varför det är viktigt att öppna gamla chip

Många långlivade system – från jetmotorer till sjukhusutrustning – är fortfarande beroende av integrerade kretsar vars ursprungliga ritningar gått förlorade och vars reservdelar inte längre tillverkas. För att hålla dessa system i drift måste specialister reverse engineera chipen, rekonstruera deras begravda metallkopplingar så att de kan reproducera eller utvärdera konstruktionen. Samma behov uppstår i toppmodern produktion, där små misstag eller till och med dold manipulering under tillverkningen kan slippa igenom och senare orsaka fel eller säkerhetsrisker. Alla dessa uppgifter hänger på ett svårt problem: att exponera varje internt metallager rent, över stora ytor, utan att sudda ut eller radera de detaljer man försöker studera.

Begränsningar hos traditionell chip‑avskalning

Äldre metoder för att avlägsna lager – såsom mekanisk polering, kemisk etsning och fokuserade jonstrålar – är antingen för grova, för långsamma eller för kostsamma för rutinmässig användning på hela chip. Mekaniska och kemiska metoder kan lätt skada eller ojämnt ta bort material, medan fokuserade jonstrålar erbjuder utsökt precision endast över mycket små områden och i långsam takt. Även icke‑destruktiv röntgenavbildning saknar ofta den skärpa som krävs för att följa mikroskopiska metallinjer. Tidigare arbete med ultrakorta infraröda lasrar antydde en bättre väg: att med extremt korta ljuspulser förånga material med mindre värmespridning. Men eftersom olika chipmaterial absorberar infrarött ljus mycket olika, gav den metoden ofta fläckvis borttagning, kvarvarande skräp och delvis skadade ledningar, vilket suddade ut de detaljer ingenjörer ville se.

En skarpare grön laserskalpell

Författarna tog sig an denna utmaning genom att byta till en grön laser med pulser som varar i endast femtosekunder – en miljondel av en miljarddels sekund. Vid denna kortare våglängd kopplas laserenergins inverkan jämnare in i både metalliska och isolerande material, vilket leder till smidigare avverkning och finare kontroll över djupet. Med ett verkligt mikroprocessorprov med tre staplade metallager finjusterade de noggrant viktiga inställningar som pulsenergi, upprepningsfrekvens, skanningshastighet och pulslängd. De insåg också att inte alla delar av ett chip ser likadana ut: vissa områden rymmer breda strömledare, andra täta nätverk av små förbindelser och åter andra stora kontaktplattor. Genom att kategorisera chipet i fyra typiska regioner kunde de anpassa sina recept så att varje område rengjordes utan att överskäras.

Två sätt att använda det gröna ljuset

Teamet undersökte två huvudsakliga arbetsflöden. I det första avlägsnade en kraftigare infraröd stråle snabbt bulkmaterial, och den gröna lasern polerade sedan de exponerade ytorna. Denna kombination förbättrade renheten jämfört med enbart infrarött, men de upprepade infraröda passagerna tenderade att angripa metallinjerna och nötte på dem. I det andra arbetsflödet hanterade den gröna lasern både avverkning och polering från början till slut. Även om detta krävde mer noggrann inställning gav det anmärkningsvärt plana, lågspridiga ytor och skarpa metallstrukturer över stora områden, särskilt för det övre ledarlagret och stora delar av det andra lagret som ligger bara en mikrometer under. Högupplösta konfokalmikroskop, elektronmikroskop och verktyg för elementkartläggning bekräftade alla att den rena gröna metoden exponerade den verkliga geometrin och sammansättningen av ledningarna med minimal skada.

Vad detta betyder för verkliga chip

Studien slutar i att gröna femtosekundslasrar erbjuder ett kraftfullt och praktiskt sätt att "packa upp" chip lager för lager med hög trohet. Jämfört med att förlita sig enbart på infrarött ljus ger den gröna metoden renare, mer enhetlig exponering av metallagren samtidigt som deras form bevaras bättre – precis vad som krävs för pålitlig omvänd ingenjörskonst, felanalys och säkerhetsgranskningar. Vissa särskilt intrikata regioner utgör fortfarande utmaningar, men författarna menar att smartare parameterjusteringar, automatiserad styrning eller att kombinera lasern med ultrafina efterbearbetningsverktyg kan förbättra prestandan ytterligare. För ingenjörer och säkerhetsexperter lovar denna teknik ett snabbare och mer pålitligt fönster in i den dolda ledningsstrukturen hos både åldrande äldre komponenter och morgondagens mest avancerade mikroelektronik.

Citering: 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

Nyckelord: omvänd ingenjörskonst för halvledare, laserbaserad chip‑delayering, grön femtosekundslaser, felsökningsanalys av mikrochip, avbildning av integrerade kretsar