呂 棟，虞勇堅(jiān)，鄒巧云

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

改革開放以來，隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品對(duì)集成電路的需求量越來越大，國家軍用電子裝備對(duì)高可靠性元器件的需求逐步增大。由于我國的集成電路技術(shù)跟歐美、日韓存在著不小的差距，國內(nèi)集成電路的發(fā)展水平相對(duì)較低，導(dǎo)致多數(shù)集成電路目前依然依靠進(jìn)口。連續(xù)多年位居集成電路進(jìn)口前列的主要集中在FPGA、CPU等高端芯片以及傳統(tǒng)由國外大公司壟斷的芯片，完全由國內(nèi)自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，且大部分集中在電源、邏輯芯片、分立器件等中低端產(chǎn)品。在對(duì)穩(wěn)定性和可靠性要求很高的通信、工業(yè)、醫(yī)療以及軍事國防、航空航天的大量應(yīng)用中，國產(chǎn)集成電路距離國際水平的差距還比較大，尤其是一些技術(shù)含量很高的關(guān)鍵芯片如高速光通信接口、大規(guī)模FPGA、高速高精度ADC/DAC等核心芯片領(lǐng)域，還大量依賴美國供應(yīng)商。

隨著電子產(chǎn)品的高度集成化，電子元器件不斷地更新?lián)Q代，舊版本的集成電路逐步停產(chǎn)，加上國外公司的禁運(yùn)等多種因素的影響，不良商販?zhǔn)芾骝?qū)使欺詐或欺騙買方，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行蓄意偽造或修改，使得翻新、假冒、偽劣的集成電路有了進(jìn)入市場的機(jī)會(huì)[1]。如果將這些翻新、假冒、偽劣的集成電路裝板使用，將會(huì)給電子產(chǎn)品和裝備的可靠性造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。

常見的集成電路造假手段有：（1）低規(guī)格型號(hào)打磨成高規(guī)格（低等級(jí)替高等級(jí)、低速替高速、低性能替高性能）；（2）用參數(shù)不良品或有缺陷的偽劣產(chǎn)品流入市場當(dāng)做原件；（3）拆機(jī)品回收重新打標(biāo)、更換品牌、翻新；（4）低規(guī)格裸片封裝成高規(guī)格（利潤巨大，可靠性不高）；（5）落后生產(chǎn)線的廉價(jià)副品（非原廠生產(chǎn)或是由未授權(quán)承包商生產(chǎn)）。

下文簡單介紹了幾種辨識(shí)假冒偽劣集成電路的方法。

2 辨識(shí)方法

2.1 參考標(biāo)準(zhǔn)和要求

目前針對(duì)假冒偽劣集成電路的辨識(shí)還沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)主要引用或參考GJB4027A-2006《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》[3]，針對(duì)不同的封裝形式在檢驗(yàn)項(xiàng)目和細(xì)節(jié)方面做針對(duì)性的偏向修改。

對(duì)于辨識(shí)人員的要求最好能滿足以下條件：

（1）長期的集成電路解剖分析經(jīng)驗(yàn)；（2）熟悉集成電路的設(shè)計(jì)、封裝結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝流程；（3）熟練使用各種分析儀器設(shè)備，熟悉相應(yīng)的測試和檢驗(yàn)方法；（4）必要的化學(xué)品操作經(jīng)驗(yàn)；（5）綜合分析能力、英文閱讀和理解能力。

2.2 辨識(shí)流程

針對(duì)假冒偽劣集成電路的辨識(shí)流程應(yīng)遵循從簡單到復(fù)雜、從外部到內(nèi)部、從非破壞性到破壞性的順序，如圖1所示。

圖1 集成電路真?zhèn)伪孀R(shí)流程

2.3 外觀辨識(shí)

假冒偽劣集成電路的技術(shù)手段越來越先進(jìn)，但總歸會(huì)留下一些證據(jù)，通過外部放大觀察比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)造假的痕跡。外觀檢查的內(nèi)容包括打印標(biāo)識(shí)、表面打磨、定位、外部包裝以及引腳等。

通常國外正規(guī)大公司生產(chǎn)的集成電路的標(biāo)志印刷質(zhì)量好，形狀和比例不會(huì)出現(xiàn)字體粗細(xì)不一致、邊沿不齊、打印位置不固定以及油墨深淺空洞等現(xiàn)象，出現(xiàn)以上情況則極有可能屬于打磨翻新或假冒電路。

對(duì)集成電路的表面進(jìn)行打磨后重新打印標(biāo)識(shí)，表面會(huì)出現(xiàn)比較有規(guī)律的細(xì)小紋路，表面的壓膜消失并且表面粗糙。應(yīng)注意觀察電路外殼的邊角形貌和封裝表面有無打磨痕跡[2]。打磨嚴(yán)重的電路會(huì)出現(xiàn)厚度不一致的現(xiàn)象，塑封電路打磨后會(huì)出現(xiàn)定位孔的變形。還可以查找產(chǎn)品的datasheet，核對(duì)外包裝帶/盤/盒上的標(biāo)識(shí)、貼標(biāo)以及電路表面的logo、標(biāo)識(shí)及其代表的意義。電路標(biāo)識(shí)是假冒產(chǎn)品最容易出錯(cuò)的地方，因?yàn)樵旒偃藛T不一定對(duì)電路的詳細(xì)情況十分了解，不清楚自己印的代號(hào)是什么具體含義，只是簡單按照用戶的訂單打印標(biāo)識(shí)，往往打印的標(biāo)識(shí)與產(chǎn)品的封裝和工藝不符，如果與正規(guī)制造廠商的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，很容易發(fā)現(xiàn)假冒的跡象。打印批號(hào)時(shí)他們會(huì)隨機(jī)選擇數(shù)字，可以查詢電路原廠的網(wǎng)站公示，確認(rèn)電路的停產(chǎn)信息[2]。圖2是一個(gè)明顯重新打印標(biāo)志的電路，跟實(shí)際停產(chǎn)日期不符。圖3則是一個(gè)原廠真品。

許多拆機(jī)品由于在拆卸過程中經(jīng)歷了高溫，引腳必然會(huì)殘留焊渣毛刺等，造假者會(huì)對(duì)引腳進(jìn)行重新鍍涂處理，對(duì)于光亮如新的鍍錫引腳需要謹(jǐn)慎辨識(shí)，正貨IC的引腳絕大多數(shù)應(yīng)是所謂銀粉腳，色澤較暗但成色均勻，表面不應(yīng)有氧化痕跡[2]。陶瓷封裝和金屬封裝的引腳采用鍍金，更不應(yīng)該有鍍錫層，否則必然是拆機(jī)品。BGA封裝的拆機(jī)品在剝離基板過程中焊球會(huì)熔化受損，必定要重新植球，在植球前必須鏟除原來的焊球和焊渣，在鏟除過程中，刮刀會(huì)劃過基板表面，留下刮痕，辨識(shí)此類BGA封裝集成電路時(shí)重點(diǎn)檢查基板上留下的刮擦痕跡，可以很容易地辨識(shí)出是屬于原裝真品還是拆機(jī)品。

圖2 重新打印的標(biāo)識(shí)

圖3 原廠真品

引線重新鍍涂和重新植球的集成電路，其鍍層和焊球的成分很可能發(fā)生了變化，因此可以進(jìn)行引腳鍍層和焊球的成分能譜分析。首先收集原廠datasheet或網(wǎng)站資料，確認(rèn)原廠的材料成分，然后利用SEM掃描電鏡和能譜儀進(jìn)行有鉛和無鉛的成分檢測，進(jìn)行對(duì)比分析。圖4是一個(gè)疑似拆機(jī)翻新的集成電路，通過查找電路的原廠手冊(cè)得知，該電路型號(hào)中“AB1Z”字段中的“Z”代表無鉛的含義，而通過對(duì)焊球的成分檢測發(fā)現(xiàn)（見圖5），其主要成分為Sn和Pb，成分比例約3∶2，屬于有鉛焊球，明顯與原廠手冊(cè)不同，可以判定該電路為拆機(jī)翻新件。

圖4 拆機(jī)翻新BGA電路

圖5 焊球成分分析

2.4 X射線檢查

通過X射線照相可以檢查封裝內(nèi)部的芯片大小、位置、內(nèi)部鍵合絲的粗細(xì)、材質(zhì)、鍵合點(diǎn)位置、引線框架的外形等，假冒的集成電路內(nèi)部的芯片尺寸或內(nèi)引線鍵合方式、材料與原裝真品可能會(huì)不一樣。原裝正品的封裝控制都很一致，一般在出廠前都經(jīng)過100%的電性能檢測和抽樣進(jìn)行X射線檢查（如圖6），篩除不良品和次品，極少出現(xiàn)如圖7內(nèi)部引線框架變形的現(xiàn)象，因此可以判斷圖7中的產(chǎn)品很可能是不良品或次品流入市場銷售。

圖6 正品內(nèi)部X射線照片

圖7 內(nèi)部引線框架變形

2.5 超聲波掃描

通過超聲波顯微鏡掃描可以檢查塑封集成電路的引線框架、芯片或引線引出端焊板的分層，檢查模塑化合物的空洞和裂紋以及框、芯片粘接材料（如果存在）的未鍵合區(qū)域的空洞等。塑封集成電路在經(jīng)受過電應(yīng)力和過熱應(yīng)力時(shí)，內(nèi)部溫度很可能超過200℃，由于塑封料與引線框架、芯片的熱膨脹系數(shù)相差較大，高溫會(huì)導(dǎo)致塑封料與芯片、引線框架之間出現(xiàn)分層和空洞，因此超聲波掃描可以判斷塑封集成電路是否已經(jīng)受過高溫，原裝正品對(duì)于分層的控制水平比較一致，一旦出現(xiàn)明顯的分層，可以基本確認(rèn)該產(chǎn)品屬于拆機(jī)品或不良品，如圖8所示。

圖8 塑封IC分層

2.6 標(biāo)識(shí)牢固性檢查

現(xiàn)在各大公司都采用激光打標(biāo)和專用油墨，質(zhì)量穩(wěn)定，字跡清晰牢固，很難擦除，可以通過各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)志耐溶劑檢測，而假冒翻新集成電路的標(biāo)識(shí)要么是經(jīng)過打磨、要么是通過化學(xué)試劑腐蝕后重新打印上去的，字跡有明顯的模糊不清或邊沿鋸齒狀，采用丙酮都可能擦拭掉，對(duì)其進(jìn)行耐溶劑性檢驗(yàn)也很容易發(fā)生掉標(biāo)。圖9是一個(gè)典型的重新打標(biāo)的集成電路，在試驗(yàn)前已經(jīng)有明顯的標(biāo)志模糊現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行丙酮擦拭，標(biāo)識(shí)局部脫落并變得更加模糊，如圖9（b）所示，可以確定這是一個(gè)假冒翻新的集成電路。

圖9 某假冒翻新集成電路的標(biāo)識(shí)牢固性檢查

2.7 內(nèi)部檢查

前面介紹的主要是外部的檢查方法，并不會(huì)破壞電路，當(dāng)通過外部的識(shí)別還不能判斷電路的真?zhèn)螘r(shí)，可參照GJB4027的相應(yīng)條款，采用機(jī)械法、化學(xué)法等方法對(duì)電路進(jìn)行開封解剖，對(duì)電路內(nèi)部進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括：（1）芯片表面的涂層材料；（2）內(nèi)部芯片的面積；（3）鍵合引線材質(zhì)和直徑；（4）芯片上的標(biāo)識(shí)；（5）同批次樣品鍵合位置、外鍵合點(diǎn)形貌上的差異；（6）芯片粘接工藝。

圖10～圖13是幾個(gè)假冒集成電路內(nèi)部特征與真品存在明顯差異的例子。

圖10 內(nèi)引線直徑不同和鍵合點(diǎn)差異

圖11 芯片大小和粘接工藝不一致

圖12 內(nèi)引線鍵合差異

圖13 芯片logo不一致

2.8 二篩檢測方法

二篩是國內(nèi)軍工科研生產(chǎn)單位最常用和有效的檢驗(yàn)手段，檢驗(yàn)成本也最高，通過一系列全面嚴(yán)格的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和測試來確定產(chǎn)品的電參數(shù)功能是否符合使用要求，防止低規(guī)格和不良品混入。二篩的項(xiàng)目主要包括溫度循環(huán)試驗(yàn)、高溫老煉試驗(yàn)、常高低溫測試等（見表1），其中涉及到老化原理圖和老化板開發(fā)、測試程序開發(fā)、測試板卡制作等硬成本，周期較長，不適合小批量生產(chǎn)和交貨期短的用戶。

表1 二篩流程

這其中最有效的是電性能測試，可以很直接地測試電路的參數(shù)和功能，判斷電路能否正常工作，此外在不同高低溫環(huán)境下對(duì)電路進(jìn)行參數(shù)和功能測試可以判斷該電路的級(jí)別，通常根據(jù)工作溫度，集成電路的級(jí)別分為商業(yè)級(jí)（0～70℃）、工業(yè)級(jí)（-40～85℃）、汽車級(jí)（-40～125℃）、軍用級(jí)（-55～125℃）。假冒偽劣的集成電路通常都很難通過相應(yīng)級(jí)別的高低溫測試。

3 結(jié)論

通過以上的方法，我們可以識(shí)別出大多數(shù)的假冒偽劣集成電路。當(dāng)然，隨著翻新造假手段的不斷更新，對(duì)于假冒偽劣產(chǎn)品的辨識(shí)也越來越困難，我們必須不斷提高對(duì)集成電路制造工藝的認(rèn)知，積累經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的管控，避免假冒偽劣集成電路混入我們的產(chǎn)品。同時(shí)，我們可參照上述方法和技術(shù)手段，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的案例，制定一個(gè)識(shí)別假冒偽劣集成電路的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范識(shí)別方法，做到識(shí)別有據(jù)可依。