물리학은 거짓말하지 않는다: 라벨을 넘는 위조품 감지

릴 테이프의 라벨이 완벽하다. 폰트는 정확하고, 로고는 선명하며, 날짜 코드는 그럴듯하다. 진공 밀봉이 견고하고, 습도 표시 카드도 신선하다. 육안으로—심지어 일반 아세톤 표면 검사로도—부품은 합법적이다. 그러나 저 검은 에폭시 포장 안에는, 실리콘 다이든 더 싼 클론, 전자폐기물에서 뽑아낸 손상된 부품이거나 아예 없는 것일 수도 있다.

현대 공급망에서의 육안 검사는 안전 연극에 불과하다. 최초 방어선으로서 계속 남아 있지만, 첨단 ‘블랙탑핑’ 기법과 레이저 리마킹은 전통적인 ‘냄새 검사’ 방법을 위험하게 부족하게 만들었다. 선전의 위조업체들은 IDEA-STD-1010 표준이 무엇을 찾는지 정확히 알고 있으며, 그 기준을 통과하기 위해 생산 라인을 최적화해 왔다. 부품의 외관만 의존하여 $20,000의 비용이 드는 생산라인을 보호한다면, 그 확률은 매년 더 나빠지고 있다.

진실을 알 수 있는 유일한 방법은 수백만 달러 규모의 기능 시험 장치를 사용하는 것 없이, 장치 자체의 물리학을 조사하는 것이다. 플라스틱을 보는 것을 멈추고 실리콘을 측정하기 시작해야 한다. 그 도구는 바로 그레이 마켓 감시자의 무기고에 거의 쓰이지 않는 가장 실용적인 도구, V-I 곡선 추적이다. 이것은 시각 검사 표면적과 완전 기능 테스트의 엄청난 비용 사이를 잇는 유일한 확장 가능한 다리이다.

임피던스의 기하학

왜 곡선 추적이 시각이 실패하는 곳에서 효과를 발휘하는지 보기 위해, 부품을 전기적 기본 원리로 분해하라. 마이크로칩의 모든 핀은 내부 회로—보호 다이오드, 트랜지스터 및 기생 커패시턴스—와 연결되어 있으며, 각각 고유한 전기적 특징을 가진다. 핀에 전압을 가하고 흐르는 전류를 측정하면, 단순히 연속성을 확인하는 것이 아니라, 그 특정 경로의 임피던스를 매핑하는 것이다.

이것은 디지털 테스트가 아니다. 칩에 ‘부팅’하거나 코드를 실행하라는 요청이 아니다. 복잡한 집적 회로를 아날로그 부품 네트워크로 취급하는 것이다. 일반 참조(보통 그라운드)에 대해 핀에 사인파(AC 신호)의 전압을 가하면, 전압(X축)과 전류(Y축)의 그래픽 플롯이 생성된다. 이 플롯은 리사주 그래피로, 그 핀에 연결된 실리콘 구조의 시각적 그림이다.

순수 저항기는 직선 대각선으로 나타나며, 그 기울기는 옴의 법칙에 의해 결정된다. 커패시터는 원 또는 타원을 만들어 전압과 전류 사이의 위상 차이를 반영한다. 가장 중요한 구조인 다이오드는 날카로운 ‘무릎’ 형태를 만들어, 정방향 바이어스 전압을 초과한 후에만 전류를 흐르게 한다. 이를 결합하면, 마이크로컨트롤러 또는 FPGA의 복합 내부 구조는 실리콘 다이가 실제로 존재하지 않으면 믿기 매우 어려운 복합 시그니처를 만든다.

경영진은 왜 부품을 꽂기만 하고 제대로 작동하는지 보지 않느냐고 자주 묻는다. 이것이 ‘기능 시험’의 함정이다. 특정 BGA에 전력을 공급하고, 프로그램을 넣어 빠르게 테스트하는 시험 장비를 만드는 데는 몇 주의 비반복 엔지니어링 (NRE) 시간이 필요하다. 매달 50가지 다른 공급 부족을 구매한다면, 50개의 맞춤형 시험 장비를 만들 수 없다. 곡선 추적은 일반적이다. V-I 관계만을 신경 쓰기 때문에, 같은 Huntron Tracker 또는 ABI Sentry로 작동증폭기, 마이크로프로세서, 전력 MOSFET를 같은 시간에 시험할 수 있다.

황금 단위 제약

그러나 성공적인 검증과 위험한 추측을 구분하는 하나의 엄격한 제약이 있다: V-I 곡선을 진공 상태에서 분석할 수 없다. 데이터시트는 논리 수준과 핀 배치를 알려줄 것이지만, 기생 다이오드 곡선이나 Vcc 핀의 특정 커패시턴스는 보여주지 않는다. 이 특성들은 제조 과정의 산물이지, 기능적 규격이 아니다. 곡선이 ‘틀렸다’고 알아내려면, ‘옳다’는 것이 무엇인지 알아야 한다.

골든 유닛이 필요합니다.

이것은 Digikey, Mouser, Arrow와 같은 공인 유통처에서 직접 공급받거나, 수년간 현장에서 가동된 보드에서 추출된 검증된 부품입니다. 비교할 수 있는 실물 골든 유닛이 없으면, 커브 트레이싱은 단선이나 오픈 회로를 찾는 것에 한정됩니다. 미묘한 다이 변경이나 고품질 클론을 참조 표준 없이 감지할 수 없습니다. 검증된 부품 라이브러리 없이 그레이 시장을 탐색한다면, 맹목적으로 비행하는 셈입니다.

이 현실은 '신제품 원본' 부품과 적합성을 인증하는 CoC(적합성 인증서)를 제공하는 브로커의 보증과 종종 충돌합니다. 종이 한 장은 5분 만에 포토샵으로 조작될 수 있으며, 실리콘 다이는 쉽게 위조할 수 없습니다. 브로커가 CoC를 보내면서 골든 유닛과 비교한 추적 보고서를 제공하지 못한다면, 그 종이의 가치는 무의미합니다. 물리적 비교를 유일한 신뢰 원천으로 삼으세요.

스윕 수행 중

커브 트레이싱의 실제 과정은 비교 해부학 연구와 같습니다. 목표는 의심 부품의 모든 핀을 스윕하여 실시간으로 골든 유닛과 비교하는 것입니다. 프로페셔널 셋업에서는 '플라이닝 프로브' 시스템이나 두 개의 ZIF(제로 인서션 포스) 소켓이 있는 맞춤 고정구를 사용하며, 하나는 골든 유닛용, 하나는 의심 부품용입니다.

장비는 AC 전압을 인가하는데, 일반적으로 3V 피크-투-피크와 같이 안전한 수준에서 시작하며, 손상을 방지하기 위해 전류 한도를 설정합니다(보통 10mA 이하). 사인파의 주파수도 중요합니다; 50Hz의 스캔은 2000Hz에서 나오는 커패시티브 변동을 놓칠 수 있습니다. 유능한 엔지니어는 '스윕'을 실행하여 여러 주파수와 전압 범위를 순환하며 내부 접합부를 다르게 스트레스 테스트합니다.

스크린에서 찾는 것은 편차입니다. Huntron Tracker 3000과 같은 현대 시스템은 골든 유닛과 의심 부품의 커브를 빠르게 전환시키며 겹쳐 보여줍니다. 부품이 동일하다면 선은 견고하고 안정적으로 나타납니다. 차이가 있다면 선이 '춤추거나' 분리됩니다. 저항 경사는 약간 더 평평할 수 있으며, 이는 도핑 농도 차이를 나타냅니다. 보호 다이오드의 '무릎'은 실제 부품에서는 0.6V에서, 가짜 부품에서는 0.7V에서 선이 끊어질 수 있습니다. 이러한 미묘한 변화는 결정적인 증거입니다. 이는 패키지 내 다이가 참조와 같은 제조 공장에서 만들어지지 않았음을 알려줍니다.

접지의 중요성입니다. 가장 강력한 방법은 '공통 접지'로, 칩의 접지 핀을 기기의 리턴에 연결하는 것입니다. 그러나 '공통 공통' 모드—즉, 핀 대 핀 테스트와 고정된 접지 참조 없이 시험하는 경우—에는 전원선에 숨어 있는 결함을 찾을 수 있습니다. 이 설정은 수작업이고 반복적이며 저평가되지만, 수집된 부품의 전기적 실체를 볼 수 있는 유일한 방법입니다.

실패의 징후

이 수준의 테스트를 하게 되면 '불량 부품'을 찾는 대신 사기를 분류하게 됩니다. 가장 심각하고 흔한 실패 유형은 모든 핀에서 나타나는 '오픈 회로' 시그니처입니다. 이는 2021년 Xilinx Spartan-6 FPGA의 공급 부족 당시 유명해졌습니다 [[VERIFY]]. 패키지는 완벽했고, 레이저 각인도 완벽했으며, 볼 그리드 어레이도 정상적이었지만, 커브 트레이서 아래에서 모든 I/O 핀은 평평한 수평선을 보여주었으며, 이것이 오픈 회로였습니다. 패키지는 더미 다이 또는 다이가 전혀 없었을 수도 있습니다. 에터놀 흡수로도 잡지 못했겠지만, 물리학적으로 즉시 드러났습니다.

더 교활한 위협은 '잘못된 다이' 또는 '리마크된' 부품입니다. 예를 들어 고급 오디오용 OP-AMP인 OPA627은 각각 20달러입니다. 複製자는 50센트의 TL072를 사서, 핀 배치를 일치시키고, 마크를 지운 후 표면에 'OPA627'라고 레이저 새김할 수 있습니다. 이것을 회로에 꽂으면 작동하지만—소리도 나올 것이다—소리가 끔찍할 것입니다. 커브 트레이스는 즉시 이를 드러냅니다: TL072의 입력 임피던스 시그니처는 OPA627와 뚜렷이 다르며, 커브는 골든 유닛과 일치하지 않습니다. 변동이 사기를 폭로하는 것이지 실패를 의미하지는 않습니다.

이것은 X선 검사에 의존하면 거짓 자신감을 키울 수 있는 위험이 있습니다. X선은 내부에 다이가 있고, 본드 와이어가 연결됐는지 확인할 수 있습니다. '좋아 보인다'고 볼 수 있지만, X선으로는 그 다이가 '산업용 온도'라는 상업용 등급 부품인지 아니면 예전 삶에서 정전기로 손상된 것인지, 내부 부식이 일어난 것인지 알 수 없습니다. 내부가 완벽하다고 보여도, 내부 부식 또는 손상된 저항 곡선을 보여줄 수 있는 부품도 있습니다—이것이 전자 폐기물에서 채취되어 재도금된 부품의 흔적입니다. 구조는 존재하지만, 무결성은 사라졌습니다.

확실성의 경계

커브 트레이싱은 마법이 아닙니다. 칩이 정격 클록 속도로 작동한다는 것 또는 내부 메모리에 오류가 없다는 것을 보장하지 않습니다. 이것은 수동 검사로 기능적 검사가 아닙니다. 그러나 위험 관리 계층 구조에서, 제조 라인에서 사용할 수 있는 가장 높은 가치의 게이트키퍼입니다.

수신 도킹 시 가짜 마이크로컨트롤러 리드를 잡으면 시간과 부품 비용을 잃게 됩니다. 그 부품들이 피킹 앤 플레이스 머신에 들어가 수천 개의 보드에 납땜된다면, 생산 라인을 잃게 됩니다. 고객에게 전달되어 현장에서 실패한다면, 평판을 잃게 됩니다. 커브 트레이서는 $20 가짜 부품이 $20,000 리콜로 터지는 것을 막는 방화벽입니다. 물리학은 거짓말을 하지 않지만, 그들에게 질문하는 것도 필요합니다.