Comment choisir un microscope
Observer des circuits intégrés demande une illumination par le dessus, étant donné leur nature opaque.
Pour des observations à faible zoom cela ne pose pas trop de problème, car les objectifs à faible grossissement permettent une distance de travail longue (jusqu’à plusieurs centimètres), ce qui laisse de la place pour un éclairage basique comme une simple lampe torche sur le côté, par exemple.
Pour de faibles grossissements (jusqu’à 40x) on peut aussi utiliser un microscope stéréoscopique, qui ont l’avantage d’intégrer un éclairage par le dessus et sont très confortables. Malheureusement, la plupart des circuits intégrés ont une finesse de gravure qui fait qu’un zoom de cet ordre est bien trop faible pour observer quoi que ce soit.
Par exemple, on commence à distinguer des détails interessants sur un MOS 6502 à partir d’un zoom de 100x ce qui dépasse largement les 40x d’un microscope binoculaire. Dans l’idéal, il faudrait aller dans les 200x ou plus.
Cela nécessite donc un matériel plus adapté.
Fonctionnement d’un microscope
Le principe de fonctionnement d’un microscope est assez simple, et on peut résumer cela à trois éléments principaux:
- un éclairage, généralement sous l’objet a observer qui se doit donc d’être translucide
- un objectif qui détermine la résolution du zoom
- un oculaire qui permet l’observation de l’image qui a été zoomée par l’objectif
Premièrement l’objet observé est éclairé, puis un premier zoom est appliqué par l’objectif. Ce zoom détermine la définition de l’image. Vient ensuite un second zoom appliqué par l’objectif, qui permet alors l’observation.
Un microscope conventionnel possède généralement au moins trois objectifs qui peuvent être amovibles. Le plus souvent les zoom sont 4x, 10x et 40x et l’oculaire 10x.
L’imagine finale sera alors la combinaison de zoom de l’objectif et de l’oculaire sélectionné. Par exemple si on à un objectif 40x et un oculaire 10x, on aura un zoom total de 400x.
Les objectifs montent jusqu’à 100x, et nécessitent souvent l’utilisation d’huile entre l’objectif et l’objet pour limiter la diffraction de la lumière et obtenir une image plus nette. Il est important de rappeller qu’il ne faut pas espérer obtenir un zoom au delà de 1000x avec un microscope optique, cela étant une limite physique (et calculable).
Objectifs
Il y a plusieurs éléments à prendre en compte au niveau des objectifs quand on veut observer des circuits intégrés sur un microscope conventionnel.
Plus le grossissement d’un objectif est fort, plus la distance de travail est faible, et plus il sera difficile d’éclairer l’objet sur le côté.
Un fort grossissement diminue aussi la lumière captée par l’objectif, tout en augmentant l’abération chromatique, ce qui pose vite problème avec des objectifs bas de gamme.
À noter qu’avec un objectif 10x (qui permet donc un zoom 100x avec un oculaire standard) il y a largement assez de place pour un bon éclairage, mais avec un zoom 40x l’objectif est trop proche pour espérer observer quoi que ce soit. Il n’y a juste pas assez de place pour illuminer l’objet par le côté.
Oculaires
Comme indiqué plus haut les oculaires sont généralement en 10x, mais on peut aussi en trouver avec des zoom plus faibles ou plus forts.
Cependant, utiliser un oculaire avec un grossissement supérieur à 10x est une perte de temps car cela n’augmente pas réellement la résolution de l’image, et on obtient donc une image plus sombre et plus floue. Pour obtenir un zoom plus élevé, c’est donc au niveau de l’objectif qu’il faut jouer.
Il est donc totalement envisageable d’observer un circuit intégré avec un microscope standard en utilisant son objectif 10x. Il faut juste ne pas s’attendre à pouvoir observer des détails précis, et faire du reverse engineering.
Microscope métallurgique
La principale limitation pour observer un circuit intégré au microscope est donc l’éclairage. Il existe un type de microscope avec un éclairage vertical provenant du dessus: le microscope métallurgique.
L’idée est assez simple à comprendre. Plutôt qu’éclairer notre objet sur le côté, on va faire passer de la lumière directement par l’objectif pour avoir un éclairage qui vient parfaitement du dessus. Ce type de microscope à donc un élément supplémentaire entre l’objectif et l’oculaire: l’illuminateur vertical.
L’illuminateur vertical utilise un miroir incliné entre l’objectif et l’oculaire, ce qui permet d’envoyer de la lumière vers l’objet à la verticale tout en permettant l’observation.
Malheureusement ce genre de microscope coute bien plus cher qu’un microscope standard, et nécessite généralement des optiques corrigées à l’infinies.