Nepůvodní elektronické součástky – rok sedmý

Při zahájení přípravy letošního článku o nepůvodních součástkách jsme si uvědomili, že již sedm let se zabýváme touto tematikou, sedm let po krůčcích budujeme naši laboratoř a sedm let sbíráme zkušenosti s rozpoznáváním průkazných znaků signalizujících, že součástky ve své finální podobě nepocházejí od originálního výrobce. Úmyslně jsme použili výraz „součástka ve své finální podobě“, protože ne všechny komponenty součástky musí být nepůvodní, aby tato součástka mohla být prohlášena za nepůvodní. Příkladem mohou být integrované obvody obsahující sice čip od originálního výrobce, ovšem bez jeho vědomí a s popisem pouzdra, který neodpovídá původní konzistentní prezentaci součástky s tímto čipem. Součástka pak může být podvodně prezentována jako výrobek stejného původu, jako je čip, ovšem s jiným označením pouzdra a s jinými specifikacemi, než byl prezentován originál. Často je ovšem součástka prezentována podvodně jako výrobek jiného původu, než je samotný čip. V obou případech je původní čip použit v nepůvodní součástce. Z těchto důvodů je třeba zdůraznit, že výrobce čipu i výrobce podvodně uvedený na popisu pouzdra jakékoliv součástky je neoprávněně a bez svého souhlasu vtažen do podvodného procesu, a tudíž ho nelze jakýmkoliv způsobem s tímto procesem spojovat. Pro publikování výsledků analýzy původnosti součástek se pak naskýtá otázka, zda zveřejňovat, či nezveřejňovat jméno původního výrobce, které bylo zneužito pro vytvoření konkrétního padělku. Pokud bychom na danou publikaci nahlíželi jako na prezentaci možností určitých metod při detekci podstatných odlišností, není prezentovaný původ součástky podstatný. Pokud je ovšem naším cílem upozornit touto cestou uživatele i originálního výrobce na výskyt nepůvodního provedení určité součástky, může zveřejnění přispět především jako varování a podnět pro preventivní opatření u uživatelů, kteří tuto součástku používají nebo hodlají používat v sestavách svých výrobků.

Pro náš letošní příspěvek jsme se rozhodli uvést příklad, který ukazuje, jak ošemetné může být pro uživatele rozhodnutí o původnosti součástky jen podle chování v konkrétní aplikaci. Na obr. 1 je uvedeno rozložení vývodů obvodu ATmega329/649 v pouzdře QFN podle specifikace referenčního výrobce s uvedením předpokládané poruchy určené při testování aplikace.

Na obr. 2 jsou avizované problémové vývody označeny červeně, zemnicí fialově a napájecí modře. Vzájemná poloha vývodů s předpokládaným zkratem může případně indikovat možnost zkratu po montáži, což je sice obecně možné v souvislosti s návrhem plošného spoje, ovšem v tomto případě nepravděpodobné.

Na obr. 3, 4 a 5 jsou porovnávací snímky popisu pouzdra uživatelem určené referenční součástky se vzorkem z každé skupiny předložené k testu, tedy v pořadí použitý NG (nevyhovující), použitý vyhovující (OK) a nepoužitý z náhodného výběru. Výsledky vizuálního a rozměrového hodnocení jsou doplněny grafikou. Patrný je rozdíl v poloze popisu pouzdra a také v alfanumerickém kódu posledního řádku. Pro spolehlivé vyhodnocení případné odlišnosti způsobu kódování posledního řádku by bylo nutné porovnání s podrobnějšími specifikacemi referenčního výrobce, které pro test nebyly k dispozici. Proto byl tento rozdíl pouze indikován. Důležitým závěrem z optické analýzy ovšem je, že všechny tři skupiny vzorků pro hodnocení pocházejí z jiného zdroje než součástka předložená jako referenční.

Na obrázcích 6, 7 a 8 jsou ilustrovány výsledky RTG analýzy vnitřní struktury obvodů, tedy čipu a jeho propojení s vnějším kontaktním systémem. Vzorky napravo, které byly demontovány z aplikačních sestav (NG a OK), vykazují na rentgenovém snímku skvrny zbytkové pájky. Vzorek z náhodného výběru ze skupiny ještě nepoužitých součástek je pochopitelně nemá.

Velikost čipu, jeho poloha a struktura kontaktního systému se jeví jako shodné s referenční součástkou. Jediný podstatný rozdíl je v kontrastu vodičů propojujících čip s vnějším kontaktním systémem (micro bonds). Příčina rozdílu může spočívat buď ve výrazně menším průměru těchto vodičů u analyzovaného souboru ve srovnání s referenčním kusem, nebo v použití jiného materiálu, který je méně RTG kontrastní. Přestože poloha čipu je vycentrovaná a úhlově není natočena vůči základně, což nebývá u nepůvodních součástek běžné, mikrovodiče propojující čip s vnějšími vývody vykazují jasnou kontrastní odlišnost. Pokud by referenční výrobce provedl takovou změnu, měla by být podchycena i v technických specifikacích, případně by parametry měly být zachovány podle původních specifikací, pokud součástka nemá odlišné označení.

Na obr. 9 až 19 jsou ilustrativně uvedeny výsledky srovnávací analýzy voltampérových charakteristik referenční součástky se součástkami z uvedených 3 skupin. V rámci analýzy VA charakteristik byly použity všechny tři režimy testeru, tedy automatická volba příslušných dvojic vývodů s přednastaveným skenovacím profilem, manuální volba referenčního vývodu pro všechny další vývody a maticový režim, ve kterém se dvojice vývodů párují podle pravidla „každý s každým“.

Barevné kódování souhrnu výsledku testu pro všechny vývody používá červenou barvu pro nevyhovující vývody, oranžovou pro „podezřelé“ vývody a zelenou pro vyhovující vývody v rámci nastavených tolerančních rozmezí.

Avizovaný zkrat vývodu 6 i vývodu 26 byl způsoben zkratem každého z obou vývodů na zemnicí úroveň. Pro informaci je uveden i příklad odlišnosti VA charakteristiky vývodu 64.

Na obr. 13 je vidět příklad, kdy vývod č. 1 obvodu hodnoceného v aplikaci jako vyhovující, vykazuje anomální VA charakteristiku přesto, že v rámci volby přednastavení implicitního hodnoticího kritéria vychází pouze jako „podezřelý“, nikoliv jako nevyhovující. V náhodném výběru z nepoužitých obvodů vychází tento vývod č. 1 jako vyhovující v rámci implicitního tolerančního pole v automatickém režimu, jak ilustruje obr. 14.

Vývody, které se v aplikačním testu jevily jako zkratované, jsou v cíleném testu vzájemně nepropojené a odpovídají vzorové součástce.

Obr. 16 ukazuje, že volba testovacího režimu je pro konkrétní součástku také důležitá, poněvadž může výrazněji detekovat vybočení z tolerančního pole, případně je možné zúžit toleranci, pokud je to v zájmu hodnocení. Ze srovnání obr. 16 s obr. 14 je zřejmé, že pro tento vývod téže součástky je maticový režim přísnější, poněvadž bylo použito stejné toleranční rozmezí pro oba režimy.

Příklady VA charakteristik dalších vývodů téže nepoužité součástky z náhodného výběru ukazují také pozorovatelné odchylky, jak dokumentují obr. 17 a 18.

Z uvedeného příkladu vyplývá mimo jiné jedna zkušenost právě v souvislosti s chováním určité dodávky součástek v konkrétní aplikaci. Je zřejmé, že v dané dodávce byly některé součástky plně funkční a některé v aplikaci naopak selhávaly. Při analýze původnosti se ale ukázalo, že rozdíly v porovnání s referenční součástkou byly u všech vzorků vybraných pro analýzu, ať už se v aplikaci chovaly podle očekávání, nebo nikoliv. Samy rozdíly v umístění popisu součástky naznačují, že se nemůže jednat o součástku daného renomovaného výrobce. Ostatně srovnávací analýza voltampérových charakteristik to potvrdila. To, že některé součástky z dodávky v aplikaci fungovaly, ještě neznamená, že budou fungovat i po celou dobu záruky poskytované na výrobek, v němž jsou použity, nebo po dobu předpokládané funkční životnosti tohoto výrobku. Nejedná se totiž o situaci, kdy pro určitou aplikaci vyhovují součástky nižší kategorie, tedy s horšími parametry, nicméně spolehlivé a parametricky stabilní v požadované toleranci nutné pro danou aplikaci po dobu předpokládané životnosti.

Na závěr bychom chtěli konstatovat, že dosavadních sedm let nebylo podle známého pořekadla neúrodných, ale podařilo se vstoupit do problematiky původnosti elektronických součástek a vybudovat alespoň základní zázemí pro analýzu. Rádi bychom, aby tak tomu bylo i nadále.

Poděkování:

Práce byla podpořena MŠMT v rámci Národního projektu udržitelnosti LO1303 (MSMT-7778/2014).