ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ В МАТЕРИАЛЕ КОРПУСА

Настоящая полезная модель относится к области микроэлектроники, а именно к изделиям электронной техники, например полупроводниковым приборам, подлинность которых необходимо установить на том или ином этапе жизненного цикла полупроводникового прибора.
В настоящее время широкое распространение получили методы обратного проектирования как для выявления контрафактной продукции, так и для контроля собственной продукции. Использование таких методов позволяет отслеживать «жизнь» микросхемы, в частности определять ее подлинность. Описание меток достаточно часто встречается как в технической, так и популярной литературе - метки в криминалистике на основе радиоактивных изотопов. В микроэлектронике использование таких меток в приборах может привести к катастрофическим отказам из-за воздействия повышенного радиационного фона на полупроводниковые структуры.
Из существующего уровня техники известны случаи использования химических добавок в составе материала корпуса или в составе краски маркировки, которые могут быть выявлены рентгеновским микроанализом на сканирующем электронном микроскопе [1, 2].
В литературе описано использование как определяющего подлинность фактора точных характеристик материала гальванического покрытия выводов прибора. Такие характеристики могут быть измерены различными способами, в частности методами вторичной ионной масс спектроскопии (ВИМС) [3].
Недостатком вышеперечисленных методов идентификации подлинников являются дороговизна высоковакуумного оборудования и крайне сложный и длительный процесс исследований.
В научной литературе описаны случаи использования лазерной или другой маркировки на выводной рамке, которая может быть нанесена как вне, так и внутри корпуса для определения подлинности полупроводниковых приборов [4, 5, 7]. Лазерная маркировка широко используется в настоящее время, контролируется визуально; ее недостатком является легкость в подделке и фальсификации при наличии лазерной установки (определенного гравировального оборудования), а также сокрытия наличия метки путем механической шлифовки.
Известно техническое решение, рассмотренное в патенте US 7348887 В1 [6], где описана практика реального введения в структуру микросхемы второго кристалла с радиочастотной меткой (RFID). Такая метка может быть и частью топологии рабочего кристалла, так как технология ее (RFID) изготовления, как правило, совместима с КМОП процессом. Недостатком данного технического решения является внесение избыточности в полупроводниковый прибор, повышение сложности изготовления полупроводникового прибора с таким кристаллом и стоимости его изготовления.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является техническое решение, рассмотренное в патенте RU №111716 [8], где описан полупроводниковый прибор с системой контроля подлинности, у которого в состав краски маркировки корпуса вводилась поликристаллическая добавка, а подлинность полупроводникового прибора определялась по спектру рентгеновской дифракции этой поликристаллической добавки. Техническим результатом внедрения поликристаллической добавки являлось определение принадлежности полупроводникового прибора, подвергающегося исследованию методами рентгеновской дифракции к группам полупроводниковых приборов, содержащих или не содержащих поликристаллическую добавку. Кроме того, такая маркировка является скрытой и может быть определена только качественным анализом экспертными методами на специальном оборудовании.
Недостатком данного технического решения является крайне малая информационная емкость такой поликристаллической метки, составляющая 1 бит на один тип поликристаллической добавки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа, а именно, увеличение информационной емкости метки.
Данная задача решается за счет того, что заявленный полупроводниковый прибор, включающий корпус с кристаллом интегральной схемы, имеет в составе материала корпуса добавку (наполнитель) из смеси по меньшей мере двух различных поликристаллических порошков, а подлинность полупроводникового прибора определяется качественным и количественным рентгенофазовым анализом смеси поликристаллических порошков с информационной емкостью, равной количеству всевозможных комбинаций концентраций, различаемых при анализе рентгеновской дифрактограммы поликристаллических порошков, входящих в состав смеси, рентгеновская дифрактограмма которой является идентификатором полупроводникового прибора.
Соотношения амплитуд дифракционных пиков смеси поликристаллических порошков зависят от процентного соотношения порошков в смеси. Переход от качественного к количественному рентгенофазовому анализу дает возможность закодировать в поликристаллической смеси число, равное количеству вариантов соотношений порошков. Таким образом, информационная емкость смеси составит:
,
где n - количество порошков,
, где  - порог чувствительности метода, минимальная доля
изменения соотношения порошка в смеси, детектируемая при анализе рентгеновской дифрактограммы смеси поликристаллических порошков.
Исходя из заявленных характеристик современных порошковых рентгеновских дифрактометров, порог их чувствительности составляет менее 1%, таким образом, информативность смеси из двух порошков составит более 6,6 бит, из трех - более 12,3 бита (т.е. 6-и и 12-и разрядная метка).
Также возможным увеличением информативности поликристаллических меток могут стать биты качественного анализа порошков, например, если иметь закодированный набор порошков для маркировки, то сам выбор порошков может считаться дополнительной частью кода метки. В таком случае информативность метки дополнительно увеличится на:
набора
2
I=logN,
где N - количество порошков в наборе, из которого выбираются порошки для маркировки.
Таким образом, общую информативность метки составит сумма:
метки
набора
смеси.
I=I+I
При этом добавка (наполнитель) из смеси поликристаллических порошков в составе материала корпуса полупроводникового прибора, проходящего идентификацию, будет иметь уникальный характер, что позволит производить идентификацию подлинности полупроводникового прибора, содержащего добавку (наполнитель) из смеси поликристаллических порошков в составе материала корпуса полупроводникового прибора методами рентгеновской дифракции или электронографии как при полном цикле производства полупроводникового прибора, так и при контрактном производстве кристаллов, с последующим корпусированием на территории заказчика.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устранение недостатков прототипа, а именно - гибкая система маркировки за счет информационной емкости метки из смеси поликристаллических порошков, которая дает возможность (позволяет) хранить полезную количественную (расширенную идентификационную) информацию и маркировать значительно большее количество полупроводниковых приборов чем прототип метки из одного поликристаллического порошка с сохранением всех преимуществ поликристаллических меток. Достигаемый технический эффект применим также к любым изделиям (товарам), в материал корпуса которых возможно внедрение поликристаллических добавок. Причем поликристаллические добавки из смеси поликристаллических порошков можно внедрять не только в материал корпуса изделия (товара), но и в материал конструкционных деталей изделия (товара).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
2
3
На фиг. 1 - Рентгенограмма образца с наполнителем из смеси алмазного порошока 14/10 и оксида алюминия (корунда) в концентрации АlО=50%, С=50%.
2
3
На фиг. 2 - Рентгенограмма образца с наполнителем из смеси алмазного порошока 14/10 и оксида алюминия (корунда) в концентрации АlО=74%, С=26%.
2
3
На фиг. 3 - Рентгенограмма образца с наполнителем из смеси алмазного порошока 14/10 и оксида алюминия (корунда) в концентрации АlO=25%, С=75%.
Полупроводниковый прибор с системой контроля подлинности состоит из корпуса (металлокерамический, пластмассовый), внутри которого располагается кристалл, подлежащий проверке на подлинность. В материал корпуса полупроводникового прибора введена поликристаллическая добавка (наполнитель) из смеси по меньшей мере двух поликристаллических порошков, которая при рентгенографической дифракции или электронографии дает уникальный спектр, с определенной картиной дифракционных пиков, соответствующий только этой смеси поликристаллических порошков (фиг. 1, 2, 3). При этом смесь из поликристаллических порошков предварительно должна быть равномерно перемешана, желательно, чтобы частицы порошков были одного размера, также для качества рентгенофазового анализа важно подбирать комбинацию порошков таким образом, чтобы пики разных фаз можно было легко разрешить. Поэтому целесообразно использовать в смеси поликристаллические порошки, имеющие как можно меньше дифракционных пиков. Этому условию удовлетворяют такие поликристаллические порошки как алмазный порошок, кремний, графит.
Работает прибор следующим образом
При проверке полупроводникового прибора на подлинность с помощью, например, рентгеновского дифрактометра, происходит получение рентгеновского дифракционного спектра (дифрактограммы), при сравнении этого спектра с исходным по уникальной картине пиков дифракционного отражения происходит проверка подлинности. При отсутствии добавки в материале корпуса полупроводникового прибора, характерная картина пиков отсутствует. Таким образом, делается вывод о принадлежности полупроводникового прибора с поликристаллической добавкой (наполнителем) в составе материала корпуса к подлинным полупроводниковым приборам. Происходит идентификация полупроводникового прибора, определение его принадлежности к группе подлинников.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Шляхов, А.Р., Давудов, Ф.Э., Сущность криминалистических экспертиз материалов, веществ и изделий из них (КЭМВИ) // Правоведение. - 1983. - №6.
2. Хрустал ев В.Н., Митричев B.C., Основы криминалистического исследования материалов, веществ и изделий из них. Изд. «Питер». -2003.
3. Понькин Н.А., Что в имени твоем, масс-спектрометрия? сайт Всероссийского масс-спектрометрического общества (URL:http://www.vmso.i4i/datadocs/Ponkin.pdf).
4. Laser mark on 1С component. Патент US №7622806, МПК H01L 23/48, опубликован 19.04.2007.
5. Method of marking semiconductor chips and markable semiconductor chip.Патент US №4947114, МПК G01R 31/00, опубликован 24.05.1982.
6. RFIDS embedded into semiconductors. Патент US №7348887, МПК G08B 13/14, опубликован 15.06.2005.
7. Method and device for 1С identification. Патент US №2004/0230925, МПК G06F 17/50, опубликован 13.05.2003.
8. Горбась A.B., Кутырева T.A. Семенов A.B., Трушина В.Д., Полупроводниковый прибор с системой контроля подлинности // Патент RU №111716, МПК H01L 21/70, зарегистрирован 20.12.2011.