Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 6 minutes
Nog maar twee jaar bestaat de Delftse start-up Jiaco Instruments, maar nu al bestellen prominente halfgeleiderbedrijven er machines om chips schadevrij open te peuteren.
In de cleanroom van het Delftse Else Kooi Lab laat Jiaqi Tang zien hoe hij een chip kan ontdoen van zijn omhulling. Als hij het chipje, amper groter dan een speldenknop, voorzichtig heeft vastgeklemd, klikt hij de samplehouder in de manshoge machine die zijn bedrijf Jiaco Instruments de afgelopen twee jaar heeft ontwikkeld. De samplehouder beweegt naar de uitgangspositie, waar een camera inzoomt op het ic. Het oppervlak is al voorbehandeld, wijst Tang: met laserablatie is een deel van de kenmerkende zwarte omhulling verwijderd. Nu is de truc om ook de rest weg te halen, zonder de geïntegreerde elektronica eronder te beschadigen.
Tang heeft daartoe een speciaal proces uitgedokterd. Met een plasma ‘brandt’ hij eerst het epoxypolymeer weg waaruit de omhulling voor circa tien procent bestaat. Daarna trilt hij de overgebleven silica filler eraf in een ultrasoonbad. De machine voert de twee stappen automatisch achter elkaar uit: eerst glijdt onttrokken aan het zicht een ‘steekvlam’ van plasma over de chip, daarna draait de samplehouder honderdtachtig graden om zijn as en wordt de chip ondergedompeld in het ultrasoonbad. Als de chip is drooggeblazen met perslucht, keert de samplehouder terug naar de uitgangspositie.
Daar toont het camerabeeld de voortgang. Op het zwarte oppervlak zijn nu de contouren van de interne draadjes – de zogeheten wire bonds – zichtbaar die het hart van de chip verbinden met de buitenwereld. ‘Na nog vier of vijf van deze behandelingen liggen alle draadjes en het ic-oppervlak helemaal bloot, volkomen onbeschadigd’, vertelt Tang trots.
Verschillende halfgeleiderbedrijven zijn al overtuigd. Voor hun afdelingen failure analysis & quality control hebben een groot Amerikaans chipinpak- en -testbedrijf, een Chinese telecomgigant én een Duitse maker van automotive-ic’s al een machine besteld bij de Delftse start-up. Ook Maser Engineering uit Enschede heeft onlangs een machine in gebruik genomen voor commerciële dienstverlening. Het onafhankelijke testbedrijf had daarvoor al een prototype staan, waarmee het Jiaco heeft geholpen om zijn decapsulatiemachine te perfectioneren.
Netwerk
Aan de basis van Jiaco Instruments staat een uitvinding die de Delftse oud-hoogleraar Kees Beenakker midden jaren zeventig deed bij het Philips Natuurkundig Laboratorium. In de naar hem vernoemde Beenakker-cavity worden microgolven aangewend om een zuurstofplasma bij atmosferische druk te genereren – het plasma dat Jiaco nu gebruikt voor decapsulatie. ‘Ik heb het ontwikkeld als detectiesysteem voor gaschromatografen, waarmee bijvoorbeeld zware metalen in grond- en watermonsters kunnen worden aangetoond’, legt Beenakker uit.
Maar Philips zag commercieel niet veel in de milieutechnologie en Beenakker moest zijn cavity laten rusten. ‘Ik vond dat erg onbevredigend en ik ben dat altijd blijven vinden, maar achteraf is het een geluk bij een ongeluk. Destijds maakten plasma’s hun intrede in de chipfabricage, dus het was logisch dat ik met dat onderwerp verderging. En omdat ik toen de richting van de micro-elektronica ben ingeslagen, kwam ik jaren later een nieuwe toepassing voor mijn cavity op het spoor. De cirkel is rond’, stelt Beenakker tevreden vast.
De ondernemende oud-hoogleraar en voormalig wetenschappelijk directeur van Dimes kreeg zijn idee toen een kennis hem jaren geleden vertelde over een nieuwe trend om koperen in plaats van gouden wire bonds te gebruiken. Dit vanwege de explosief stijgende goudprijs, terwijl die van koper redelijk stabiel is gebleven.
Koperen draadjes maken het werk van testengineers echter een stuk moeilijker. Goud is chemisch vrij inert, zodat agressieve behandelingen kunnen worden gebruikt om de chip open te maken. De standaardmethodes zijn ofwel een plasma in vacuüm ofwel een behandeling met een sterk zuur. In geval van koper is met deze behandelingen de kans op beschadigingen veel groter. En zie dan nog maar eens echte productiefouten te onderscheiden van beschadigingen tijdens het decapsulatieproces.
Beenakker zag onmiddellijk kansen voor zijn veel mildere cavityplasma, dat bovendien niet in een vacuüm hoeft te worden opgewekt – en vacuüms compliceren de boel altijd. Eerst liet hij in Delft een masterstudent verkennende proeven doen en toen die voldoende veelbelovende resultaten opleverden, ging hij op zoek naar een promovendus.
Dat werd Jiaqi Tang, die na zijn masterstudie in de Verenigde Staten een promotieplaats zocht. Beenakkers belangrijkste vraag tijdens het sollicitatiegesprek via Skype: of hij als alles goed zou gaan een bedrijf wilde beginnen. Tang hoefde geen seconde na te denken en antwoordde direct met een volmondig ja. Als materiaalkundige had hij Dimes pas net leren kennen, maar het elektronica-instituut bleek warme banden met zijn alma mater Fudan University te onderhouden. De drijvende kracht daarachter, zo ontdekte Tang later, was Kees Beenakker.
Na Tangs promotie gingen de gloednieuwe doctor en zijn promotor tevergeefs op zoek naar externe financiers. Uit het omvangrijke netwerk van Beenakker – oud-voorzitter van de voormalige hightechvereniging Point-One – kwamen echter wel enthousiaste reacties. Met eigen geld startten Beenakker, Tang, oud-Novellus-cto Wilbert van der Hoek en de ervaren businessman René van Eijkelenburg daarop Jiaco Instruments. Dat was in 2014. Tang heeft de dagelijkse leiding in handen, ondersteund door een sales- en marketingmanager en een service-engineer.
Stigma
De weg naar een goed functionerende machine bleek bezaaid met valkuilen. Voor conventionele plasmadecapsulatie wordt doorgaans tetrafluormethaan gebruikt, wat een agressief fluorplasma oplevert dat zowel anorganische verbindingen (silica) als organische verbindingen (epoxypolymeren) aanvreet. Jiaco wilde dat aanvankelijk deels vervangen door een veel milder zuurstofplasma, met daardoorheen een beetje tetrafluormethaan gemengd om het decapsulatieproces te versnellen. Ook in de testwereld wordt snelheid zeer gewaardeerd, en zuurstof alleen is te traag.
‘Twee jaar hebben we eraan gewerkt voordat we ons realiseerden dat het nooit zou gaan werken. Toen zijn we overgestapt op ons huidige tweestapsproces, waarbij eerst het polymeer met het zuurstofplasma wordt verwijderd en vervolgens het silica ultrasoon wordt losgetrild. Die tweede stap is overigens helemaal nieuw in de decapsulatiewereld en ook daar kwam veel ontwikkeling bij kijken’, legt Tang uit.
Inmiddels heeft Tang, geholpen door een studente, standaardrecepten voor allerlei soorten chips uitgedokterd, ook voor geavanceerde concepten als multilaagchips, systems-in-package en voor chips met zilveren wire bonds. Gebruikers van de machine kunnen de parameters van de Jiaco-machine eventueel zelf instellen, maar de Chinese ondernemer raadt dat af. ‘De parameters beïnvloeden elkaar sterk. Het juiste proces is een uiterst delicate balans, gericht op optimale selectiviteit. Want in ons plasma zit atomair zuurstof en dat kan wel degelijk metaal oxideren. Alleen met de juiste afstelling kunnen we dat voorkomen, en het kostte veel tijd om die voor verschillende producten te vinden.’
De standaardrecepten zijn nu een sterk sellingpoint van Jiaco: elke testengineer krijgt hetzelfde resultaat omdat de machine altijd hetzelfde proces afwerkt. Bij de huidige decapsulatiemethodes is dat lang niet altijd het geval, omdat de ene engineer het net anders doet dan de andere. ‘Bij consultaties met potentiële klanten kwamen als twee belangrijkste eisen naar voren: automatisering en operator-onafhankelijk resultaat.’
Ook de automatisering – essentieel voor reproduceerbare resultaten – had nog heel wat voeten in de aarde. ‘In de meest eenvoudig ogende dingen, zoals de samplehouder, zit nog heel veel denkwerk. En hoewel voor één chip de plaatsingsnauwkeurigheid niet erg groot hoeft te zijn, is dat bij meerdere wel het geval’, verzucht Tang. Jiaco kwam uiteindelijk uit bij NTS om te machine te engineeren en te produceren.
De laatste uitdaging die Tang en collega’s resteert, is de test- en failure analysis-wereld te overtuigen van de superioriteit van hun machine. Grote hobbel is de slechte reputatie van conventionele lagedrukzuurstofplasma’s. ‘Die hebben het stigma van traagheid’, weet Tang. ‘Maar nu er vier wereldspelers van volkomen verschillende achtergrond bij ons een machine hebben besteld, verwacht ik dat de verkoop van atmosferische-druksystemen snel zal toenemen.’
