กายภาพไม่โกหก: วิธีตรวจจับของปลอมเกินกว่าการดูป้าย

ป้ายบนม้วนของคือสมบูรณ์แบบ ฟอนต์ถูกต้อง โลโก้คมชัด รหัสวันเป็นไปได้ ซีลสูญญากาศแน่น หน้าต่างความชื้นสดใหม่ ต่อสายตาเปล่า — และแม้แต่การเช็ดด้วยอะซิโตนมาตรฐาน ส่วนประกอบเป็นของแท้ แต่ภายในบรรจุภัณฑ์อีพ็อกซี่สีดำ ครีโอลินซิลิคอนอาจเป็นสำเนาที่ราคาถูกกว่าหรือเสียหายจากการรีไซเคิลอิเล็กทรอนิกส์ หรืออาจไม่มีอยู่เลย

การตรวจสอบเชิงสายตาในห่วงโซ่อุปทานสมัยใหม่เป็นละครเพื่อความปลอดภัย ในขณะที่มันยังคงเป็นแนวป้องกันแรก เทคนิค“blacktopping” ที่ซับซ้อนและการเขียนโลโก้ด้วยเลเซอร์ได้ทำให้ “การทดสอบกลิ่น” แบบดั้งเดิมไม่เพียงพออย่างอันตราย ผู้ละเมิดลิขสิทธิ์ในเทียนจินรู้แน่ชัดว่าสมาคม IDEA-STD-1010 มองหาอะไร และพวกเขาได้ปรับปรุงสายการผลิตของพวกเขาให้ผ่านการตรวจสอบเหล่านั้นแล้ว หากคุณพึ่งพาแค่รูปลักษณ์ของชิ้นส่วนเพื่อปกป้องสายการผลิตที่ใช้จ่าย $20,000 ต่อชั่วโมงในการดำเนินการ คุณกำลังเสี่ยงกับอัตราต่อรองที่แย่ลงในแต่ละปี

วิธีเดียวที่จะรู้ความจริงโดยไม่ต้องใช้เครื่องทดสอบมูลค่าหลายล้านเหรียญคือ การสอบถามฟิสิกส์ของอุปกรณ์เอง คุณต้องหยุดดูที่พลาสติกและเริ่มวัดซิลิคอน ใช้เครื่องมือที่เป็นปัญหา แต่ไม่ได้ใช้บ่อยในตลาดสีเทา นั่นคือการวาดโค้ง V-I ซึ่งเป็นสะพานที่สามารถขยายได้ระหว่างความลึกของการตรวจสอบเชิงสายตาและค่าใช้จ่ายที่มากเกินของการทดสอบการทำงานเต็มรูปแบบ

เรขาคณิตของความต้านทานไฟฟ้า

เพื่อดูว่าทำไมการวาดโค้งจึงได้ผลในกรณีที่วิสัยทัศน์ล้มเหลว ให้แยกชิ้นส่วนออกเป็นหลักการไฟฟ้าเบื้องต้น ของทุกพินบนไมโครชิปเชื่อมต่อกับวงจรภายใน—ไดโอดป้องกัน ทรานซิสเตอร์ และความจุไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ—ที่มีกำลังไฟฟ้าเฉพาะตัว เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับพินและวัดกระแสที่ไหลเข้าไป คุณไม่ได้แค่ตรวจสอบความต่อเนื่อง แต่คุณกำลังสร้างแผนที่ความต้านทานของเส้นทางเฉพาะนั้น

นี่ไม่ใช่การทดสอบดิจิตอล คุณไม่ได้ถามให้ชิป ‘บู๊ต’ หรือรันโค้ด คุณกำลังปฏิบัติกับวงจรบูรณาการซับซ้อนในฐานะเครือข่ายของส่วนประกอบอนาล็อก โดยการใช้คลื่นไซน์ของแรงดัน (สัญญาณ AC) ไปที่พินเมื่อเทียบกับอ้างอิงร่วม (โดยปกติคือ ground) คุณสร้างกราฟระนาบของ Voltage (แกน X) เทียบกับ Current (แกน Y) รูปแบบนี้เป็นภาพลิซซาจูส (Lissajous) ซึ่งเป็นลายนิ้วมือแบบสายตาของโครงสร้างซิลิคอนที่เชื่อมต่อกับพินนั้น

ตัวต้านทานบริสุทธิ์จะแสดงเป็นเส้นตรงแนวเฉียง โดยความชันถูกกำหนดโดยกฎของโอห์ม คาปาซิเตอร์สร้างวงกลมหรือวงรี สะท้อนการเปลี่ยนเฟสระหว่างแรงดันและกระแส ไดโอด—โครงสร้างที่สำคัญที่สุดสำหรับการตรวจจับของปลอม—สร้างรูปทรง ‘เข่า’ คม เมื่อคุณรวมสิ่งเหล่านี้ โครงสร้างภายในที่ซับซ้อนของไมโครคอนโทรลเลอร์หรือ FPGA จะสร้างลายเซ็นต์ส่วนผสมที่ยากต่อการปลอมแปลงโดยไม่มีซิลิคอนดิอายในตัวอยู่

ฝ่ายบริหารชอบถามว่าทำไมเราไม่เสียบชิ้นส่วนเข้าไปแล้วดูว่ามันใช้งานได้หรือไม่ นี่คือล trap การทดสอบเชิงฟังก์ชัน การสร้างเครื่องทดสอบที่จ่ายไฟเลี้ยง BGA เฉพาะโปรแกรมและดำเนินการด้วยความเร็วใช้เวลาสัปดาห์ในการทำ Non-Recurring Engineering (NRE) หากคุณซื้อของขาดแคลนต่าง ๆ ห้าสิบรายการต่อเดือน คุณไม่สามารถสร้างเครื่องทดสอบแบบกำหนดเองได้ห้าสิบเครื่อง การวาดโค้งเป็นแบบทั่วไป มันสนใจแค่ความสัมพันธ์ V-I ซึ่งหมายความว่าเครื่องมือวัดเช่น Huntron Tracker หรือ ABI Sentry สามารถทดสอบ op-amp, ไมโครโปรเซสเซอร์, และ MOSFET กำลังไฟฟ้าในชั่วโมงเดียวกัน

ข้อจำกัดของหน่วยทองคำ

แต่มีข้อจำกัดที่สำคัญอย่างหนึ่งที่แยกการคัดกรองที่ประสบความสำเร็จออกจากการเดาที่อันตราย: คุณไม่สามารถวิเคราะห์โค้ง V-I ในสภาพสูญญากาศได้ ข้อมูลแผ่นจะบอกคุณระดับตรรกะและพินเอาท์ แต่จะไม่แสดงโค้งของไดโอดประเสริฐหรือความจุเฉพาะของพิน Vcc คุณลักษณะเหล่านี้เป็นผลงานของกระบวนการผลิต ไม่ใช่คุณสมบัติการทำงาน เพื่อรู้ว่าโค้งเป็น “ผิด” หรือไม่ คุณต้องรู้ว่าความถูกต้องเป็นอย่างไร

คุณจำเป็นต้องมีหน่วยทองคำ

นี่เป็นชิ้นส่วนที่รู้ว่าดี โดยตรงจากตัวแทนจำหน่ายที่ได้รับอนุญาต เช่น Digikey, Mouser, หรือ Arrow หรือมาจากบอร์ดที่ใช้งานในภาคสนามมาหลายปี โดยไม่มี Golden Unit เชิงเปรียบเทียบ การวิเคราะห์เส้นรัศมีจึงถูกจำกัดไว้แค่การค้นหาสายช็อตหรือวงจรเปิด คุณไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของ die หรือโคลนคุณภาพสูงได้โดยไม่มีมาตรฐานอ้างอิง หากคุณกำลังเดินทางในตลาดสีเทาโดยไม่มีคลังของชิ้นส่วนที่ได้รับการยืนยัน คุณกำลังบินในความมืด

ความจริงข้อนี้มักจะขัดแย้งกับคำกล่าวอ้างของโบรกเกอร์ที่นำเสนอชิ้นส่วน “ของใหม่ดั้งเดิม” พร้อมใบรับรองความสอดคล้อง (CoC) กระดาษเพียงแค่สามารถถูกแก้ไขด้วยโปรแกรม Photoshop ได้ภายในห้านาที; แต่ die ซิลิคอนนั้นไม่สามารถปลอมแปลงได้ง่าย ๆ หากโบรกเกอร์ส่ง CoC มาให้คุณแต่ไม่สามารถให้รายงานการตรวจสอบเปรียบเทียบล็อตกับ Golden Unit ได้นั้น กระดาษนั้นไม่มีค่าอะไรเลย ควรให้ความสำคัญกับการเปรียบเทียบทางกายภาพเป็นแหล่งข้อมูลเท่านั้น

ดำเนินการการกวาด

กระบวนการวิเคราะห์เส้นรัศมีเป็นการศึกษาทางกายวิภาคเปรียบเทียบ เป้าหมายคือการวาดเส้นของแต่ละขาในชิ้นส่วนที่สงสัยและเปรียบเทียบแบบเรียลไทม์กับ Golden Unit ในการตั้งค่าแบบมืออาชีพ จะใช้ระบบ “flying probe” หรืออุปกรณ์กำหนดเองที่มีซ็อกเก็ต ZIF (Zero Insertion Force) สองตัว—ตัวหนึ่งสำหรับ Golden Unit อีกตัวสำหรับชิ้นส่วนที่สงสัย

อุปกรณ์จะปล่อยแรงดันไฟฟ้า AC ซึ่งโดยปกติเริ่มต้นที่ระดับปลอดภัยเช่น 3V peak-to-peak โดยมีข้อจำกัดกระแสเพื่อป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ (บ่อยครั้งไม่เกิน 10mA) ความถี่ของสัญญาณไซน์มีความสำคัญ; การสแกนที่ความถี่ 50Hz อาจพลาดความแตกต่างในความจุที่ปรากฏชัดเมื่อใช้ความถี่ 2000Hz วิศวกรที่มีความสามารถจะทำการ “สว็อป” โดยการเปลี่ยนความถี่และแรงดันไฟฟ้าหลายระดับ เพื่อทดสอบขั้วภายในอย่างแตกต่างกัน

สิ่งที่คุณกำลังมองหาในหน้าจอคือความเบี่ยงเบน ระบบสมัยใหม่เช่น Huntron Tracker 3000 จะเปลี่ยนระหว่าง Golden Unit และชิ้นส่วนที่สงสัยอย่างรวดเร็ว โดยวางเส้นรัศมีซ้อนทับกัน หากชิ้นส่วนเป็นเหมือนกัน เส้นจะดูเป็นเส้นทึบและคงเสถียร หากแตกต่างกัน เส้นจะ “เต้น” หรือแยกออกไป โครงร่างต้านทานอาจดูเรียบขึ้นเล็กน้อย บ่งชี้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นด้าน doping “เข่า” ของไดโอดป้องกันอาจเสียที่ 0.6V สำหรับชิ้นส่วนจริง แต่ 0.7V สำหรับของปลอม การเคลื่อนที่เหล่านี้เป็นหลักฐานชั้นดีที่บ่งชี้ว่า die ภายในแพ็กเกจไม่ได้มาจากสายการผลิตเดียวกับมาตรฐานอ้างอิงของคุณ

การต่อกราวด์เป็นเรื่องสำคัญ วิธีที่แข็งแกร่งที่สุดคือ “Common Ground” ซึ่งขา ground ของชิปเชื่อมต่อกับเส้นทางกลับของเครื่องมือ แต่ในโหมด “Common Common” ซึ่งคุณทดสอบขา-to-ขาโดยไม่มีการอ้างอิง ground คงที่ คุณอาจพบข้อผิดพลาดซ่อนอยู่ในสายไฟเลี้ยง การตั้งค่านี้เป็นแบบแมนนวล ทำซ้ำได้ และไม่ดึงดูดใจ แต่เป็นวิธีเดียวที่จะเห็นความเป็นจริงทางไฟฟ้าของล็อต

ลายเซ็นของความล้มเหลว

เมื่อคุณมุ่งมั่นที่จะทำการทดสอบในระดับนี้ คุณจะหยุดการค้นหา “ชิ้นส่วนที่ไม่ดี” และเริ่มจำแนกกลโกง ความล้มเหลวที่รุนแรงและพบบ่อยที่สุดคือ ลายเซ็น “วงจรเปิด” บนทุกขา เกิดขึ้นอย่างโดดเด่นในช่วงขาดแคลนปี 2021 กับ FPGA Xilinx Spartan-6 [[VERIFY]] แพ็กเกจยังสมบูรณ์ เครื่องหมายเลเซอร์สมบูรณ์ และแถวลูกกลิ้งดูเหมือนถูกต้อง แต่เมื่อวาดด้วยเส้นรัศมี ทุกขาสัญญาณ I/O จะแสดงเส้นแนวนอนสีเดียวกัน - นั่นคือวงจรเปิด แพ็กเกจมี die จำลองหรือไม่มี die เลยก็ได้ ไม่มีการใช้สารละลายแอซีโทนทิ้งก็ไม่สามารถจับได้ แต่ฟิสิกส์เผยให้เห็นทันที

ภัยคุกคามที่ร้ายแรงกว่าคือชิ้นส่วน “ผิด Die” หรือ “หมายเหตุ” ลองพิจารณากรณีของแอมป์โอพ-แอมป์ระดับสูง เช่น OPA627 ซึ่งราคาอยู่ที่สองสิบดอลลาร์ โจรปลอมจะใช้ TL072 ราคาไม่ถึงห้าสิบเซ็นต์ที่มีพินเหมือนกัน เอาเครื่องหมายออกแล้วแกะคำว่า “OPA627” ด้วยเลเซอร์บนผิว หากเสียบเข้าไปในวงจร มันจะทำงานเสียงออกมา แต่เสียงจะไม่ได้คุณภาพ ชุดวิเคราะห์เส้นรัศมีจะเปิดเผยให้เห็นทันที: ลายเซ็นความต้านทานทางอินพุตของ TL072 แตกต่างจาก OPA627 เส้นรัศมีจะไม่ตรงกับ Golden Unit ความแตกต่างเปิดเผยการโกง ไม่ใช่ความล้มเหลว

นี่คือจุดที่การอ้างอิงการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์อาจสร้างความมั่นใจผิด การถ่ายภาพรังสีเอกซ์สามารถยืนยันว่ามี die อยู่ภายในและสายเชื่อมต่อถูกเชื่อมต่อ “ดูดี” แต่ไม่สามารถบอกว่าชิ้นส่วนเป็นเกรดเชิงพาณิชย์ที่ขายเป็น “อุณหภูมิอุตสาหกรรม” หรือเสียหายทางไฟฟ้าโดย ESD (Electrostatic Discharge) ในช่วงชีวิตก่อน เราเคยเห็นชิ้นส่วนที่ดูสมบูรณ์แบบภายใต้การตรวจรังสีเอกซ์ แต่แสดงความเคลื่อนไหวซ่อนเร้นในเส้นแนวตั้งบนขาไฟฟ้า—เป็นสัญญาณของสนิมภายในจากชิ้นส่วนที่ดึงมาจากขยะอิเล็กทรอนิกส์และนำกลับมาทาสีใหม่ โครงสร้างยังอยู่ แต่ความสมบูรณ์กลับหายไป

ขอบเขตของความแน่นอน

การวาดโค้งไม่ได้เป็นเวทมนตร์ มันไม่สามารถรับประกันได้ว่าแผงวงจรจะทำงานที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดหรือว่าเมมโมรี่ภายในของมันไม่มีข้อผิดพลาด มันเป็นการทดสอบแบบพาสซีฟ ไม่ใช่การทดสอบแบบฟังก์ชัน อย่างไรก็ตาม ในลำดับชั้นของการบริหารความเสี่ยง มันเป็นผู้คุ้มกันที่มีค่าสูงสุดที่พร้อมสำหรับสายการผลิต

ถ้าคุณจับ reel ของไมโครคอนโทรลเลอร์ปลอมที่ท่าเรือรับของ คุณจะสูญเสียเวลาและต้นทุนของชิ้นส่วน ถ้าชิ้นส่วนเหล่านั้นเข้าไปในเครื่องคัดแยกและบัดกรีเข้าสู่บอร์ดพันใบ คุณจะสูญเสียการผลิต ถ้าทำไปถึงลูกค้าและล้มเหลวในสนาม คุณจะเสียชื่อเสียง เครื่องวาดโค้งเป็นไฟร์วอลล์ที่ป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนปลอม $20 กลายเป็นการเรียกคืน $20,000 ฟิสิกส์ไม่ได้โกหก แต่คุณต้องเต็มใจที่จะถามพวกมันคำถาม