Podrabianie komponentów: przyszłość bez podróbek?

© KUKA

Pomimo postępów w dziedzinie zaawansowanych technologii, przemysł półprzewodników dalej jest wyjątkowo podatny na obecność podróbek, które szacunkowo mogą wywołać w globalnym łańcuchu dostaw elektroniki szkody nawet na 200 mld USD rocznie. Globalne niedobory chipów jeszcze bardziej zwiększają to ryzyko. Niedobór komponentów spycha nabywców do szarej strefy i zwiększa znaczenie identyfikacji komponentów w celu weryfikacji ich pochodzenia.

Dawno już minęły czasy, kiedy podrobiony komponent był łatwy do wykrycia. Komponenty można teraz precyzyjnie klonować i trudno odróżnić je od oryginału. Pomimo wielu dostępnych technik przeciwdziałania fałszerstwom, takich jak etykiety RFID i hologramy, komponenty półprzewodnikowe wciąż można kopiować. Dlatego pilną potrzebą jest rozwój nowych sposobów wykrywania podróbek jak również doskonalenie obecnych technologii. Przyjrzyjmy się niektórym innowacyjnym metodom uwierzytelniania produktów, które niosą ze sobą obietnicę znacznego utrudnienia podrabiania komponentów.

Nieklonowalne fizycznie funkcje i kropki kwantowe

Dzięki przypadkowym, niekontrolowanym mikroskopijnym niedoskonałościom w strukturze molekularnej materiału użytego do produkcji chipa, każdy chip jest wyjątkowy. Tak powstała wyjątkowość może być wykorzystana do weryfikacji autentyczności. Technika PUF (physically unclonable functions) wykorzystuje te naturalne, losowe fluktuacje. PUF to komponent, który ma unikalne i niepowtarzalne właściwości fizyczne, które można przełożyć na użyteczne bity informacji. Ze względu na nieodłączną asymetrię ich wytwarzania i złożoność reprodukcji PUF, które wykorzystują losowe właściwości fizyczne do ich uwierzytelniania, są one korzystniejsze w porównaniu z istniejącymi rozwiązaniami optycznymi, takimi jak hologramy. Uwierzytelnianie oparte na PUF oznacza uwierzytelnianie chipu, wytwarzanego przez wewnętrznie losowe procesy, które praktycznie uniemożliwiają klonowanie. Ponieważ system PUF jest trudny do powielenia, metoda ta może zapewnić bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa, dzięki czemu doskonale nadaje się do działań zapobiegającym fałszerstwom.

Kropki kwantowe (quantum dots, QD) to półprzewodnikowe nanocząsteczki, które wykazują wysoką wydajność fotoluminescencji w szerokim zakresie przestrajalnych kolorów, dzięki czemu skutecznie nadają unikalne właściwości optyczne. Zabezpieczenia oparte na QD są zatem z natury bardzo trudne do odtworzenia i z powodzeniem mogą być wykorzystywane do zwalczania fałszerstw. Losowo zdeponowaną tablicę kropek kwantowych można zamknąć w przezroczystym polimerze, tworząc znacznik. Komputery kwantowe wykorzystują światło zamiast ładunków elektrycznych do przechowywania i przenoszenia informacji. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, pojedynczy foton może przebywać jednocześnie w dwóch różnych miejscach i jako taki może działać jak bit kwantowy (czyli tzw. kubit), który przenosi znacznie więcej informacji niż bit binarny, który jest ograniczony do wartości 0 lub 1.

Na przykład Ubiquitous Quantum Dots (UbiQD), firma zajmująca się nanotechnologią z siedzibą w Nowym Meksyku oraz SICPA SA, szwajcarska firma technologiczna specjalizująca się w atramentach zabezpieczających, wspólnie opracowują atramentów zabezpieczające przed podrabianiem komponentów. Technologia ta umożliwi opracowanie odczytywalnych maszynowo, najnowocześniejszych znaczników optycznych w postaci portfolio atramentów zabezpieczających.

W tym samym czasie naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) połączyli mikroczipowe kropki kwantowe z miniaturowymi falowodami (obwodami, które mogą prowadzić światło) bez znaczącej utraty intensywności. Obwód hybrydowy składa się z dwóch komponentów, z których każdy początkowo zbudowany jest na osobnym chipie. Pierwszym z nich jest półprzewodnikowe urządzenie z arsenku galu, zaprojektowane i wyprodukowane w NIST, które zawiera kropki kwantowe i bezpośrednio kieruje pojedyncze fotony do drugiego urządzenia, niskostratnego falowodu z azotku krzemu opracowanego w UCSB.

Quantum Base Ltd., wydzielona z Lancaster University, wynalazła, opracowała i opatentowała portfolio kwantowych znaczników zabezpieczających w nanoskali, opracowanych zarówno wersji optycznej (OPUF), jak i elektronicznej (EPUF), a także prostego kwantowego generatora liczb losowych (Q -RAND). Inne rozwiązania tego samego zespołu, Q-ID Electronic i Q-ID Optical, umożliwiają uwierzytelnianie użytkowników końcowych, znakowanie komponentów, uwierzytelnianie dowodów osobistych, weryfikację farmaceutyków i inne zastosowania.

AS6081

Norma AS6081 została stworzona w odpowiedzi na znaczną i rosnącą liczbę podrobionych części elektronicznych wprowadzanych do łańcucha dostaw w przemyśle lotniczym i kosmicznym, stwarzając poważne zagrożenia dla wydajności, niezawodności i bezpieczeństwa. AS6081 opisuje wymagania i praktyki mające na celu ograniczenie ryzyka kupna, dostaw i sprzedaży  podrobionych komponentów, zwiększając tym samym stosującym je firmom zaufanie do ich własnego łańcucha dostaw. AS6081 jest standardem ujętym w wykazie ANAB (ANSI National Accreditation Board), organizacji pozarządowej, świadczącej usługi akredytacyjne i szkoleniowe.

Starając się zautomatyzować wymagania dotyczące zewnętrznej kontroli wizualnej i testów elektrycznych zgodnie ze standardem AS6081, start-up Chiplytics z siedzibą w Albuquerque opatentowała technologię Chiplytics One, sprawdzającą każdy chip, mający stać się częścią systemów krytycznych. Czyni to za pomocą zautomatyzowanego systemu zapewnienia jakości dowolnego półprzewodnika, odczytującego zarówno unikalną sygnaturę elektryczną, jak i obraz każdego chipa, ustalenia zarówno czy komponent jest autentyczny, jak i wolny od błędów. Jest to również pierwsza platforma inspekcyjna, która łączy testy elektryczne i optyczne, tworząc zestawy danych służące wykrywaniu niewielkich różnic i identyfikacji klonów, podróbek lub uszkodzonych chipów. Firma planuje wykorzystać te zestawy danych i własne oprogramowanie, aby pomóc firmom w pozyskiwaniu i testowaniu układów scalonych, zanim zostaną one wprowadzone do systemów o wysokiej niezawodności, oszczędzając je przed kosztownymi wycofaniami i utratą zaufania. Chiplytics przeprowadza testy w sposób nieinwazyjny, wykrywając anomalie za pomocą uczenia maszynowego. Produkt wykorzystuje analizę widma mocy (Power Spectrum Analysis PSA) do szczegółowej oceny jednorodności i identyfikacji odchyleń. Akwizycja danych przy minimalnej konfiguracji odbywa się w ciągu milisekund, umożliwiając wysoką  przepustowość.

Promieniowanie terahercowe, którego długość fali leży pomiędzy mikrofalami a światłem widzialnym, jest niewidzialne dla materiałów nieprzewodzących, często używanych do obudów komponentów. Wykorzystując ten fakt, naukowcy z koreańskiego Uniwersytetu Ajou i Panoptics Corp., opracowali szybkie trójwymiarowe (3D) narzędzie oparte o technikę time-of-flight do kontroli znajdujących się w obudowie półprzewodników przy użyciu technik spektroskopii w zakresie teraherców (THz).

Sztuczna inteligencja (AI)

Izraelski startup Cybord opracował rozwiązanie, oparte wyłącznie o oprogramowanie i wykorzystujące sprzęt już znajdujący się na linii produkcyjnej do pozyskiwania obrazów używanych komponentów od góry i od dołu. Obrazy te są analizowane przez oprogramowanie AI przy użyciu obszernej bazy danych, co pozwala firmie wykryć, czy część jest fałszywa, uszkodzona, skorodowana, błędnie oznaczona lub zawiera jakąkolwiek inną anomalię. Nawet jeśli część jest idealna, firma rejestruje, gdzie każda część jest umieszczona i do której płytki drukowanej lub produktu trafia, a także sprawdza podrobione części podczas montażu produktu.

Oprogramowanie Cybord monitoruje proces montażu bezpośrednio na linii SMT w czasie rzeczywistym i eliminuje użycie niezgodnych z wymaganiami komponentów elektronicznych, zapewniając jednocześnie producentom OEM system traceability. Wykorzystując sztuczną inteligencję i duże zbiory danych, defekty komponentów są wykrywane podczas ich kładzenia na płytkę a przed etapem lutowania rozpływowego.

Sztuczna inteligencja osiągnęła punkt, w którym może zidentyfikować fałszywe części. Oprogramowanie wizualne Cybord weryfikuje autentyczność każdego komponentu poprzez jego pomiary, kod daty, kod partii i partię. Wyzwaniem jest oczywiście znalezienie wystarczających danych. Cybord twierdzi, że zebrał w swojej bazie danych miliardy części elektronicznych, analizując około 250 milionów komponentów miesięcznie.

Żródło: Component Counterfeiting: On the Verge of a Future Without Fakes? @TTI

Autor: Murray Slovick

Zapraszamy na jednodniowe targi elektroniki we Wrocławiu! Zapisz się