Odhalování padělků součástek

Není tajemstvím, že padělky součástek a jejich extrémně narůstající počet jsou akutním problémem, který již způsobil (a bohužel i nadále bude způsobovat) vysoké škody napříč mnoha oblastmi průmyslu. Do této skupiny však nepatří jen „padělky“ v původním významu tohoto slova, kdy „správně“ označené pouzdro je buď úplně prázdné, nebo obsahuje zcela jinou součástku či vnitřní strukturu, ale zdrojů takto označovaných a problémových součástek je celá řada. Patří mezi ně komponenty recyklované ze starých desek plošných spojů, kde přehřátím během demontáže nebo vlivem nedostatečné ESD ochrany při manipulaci může dojít k degradaci parametrů, ale také v podstatě funkční součástky, které vůbec neprošly výstupním testem, nebo byly právě takovým testem vyřazeny kvůli většímu rozptylu parametrů, kmitání, nestabilitě apod. a neměly být vůbec uvedeny na trh. To je nejnebezpečnější případ, protože výstupní kontrola výrobku obsahujícího takovou součástku nemusí problém zachytit a ten tak může nastat až při dlouhodobém zatížení finálního systému nebo aplikace.

Bez určitých znalostí či vybavení je v běžné praxi téměř nemožné tyto součástky rozpoznat, přesto existuje několik možností a metod, z nichž některé nám mohou napovědět a jiné takovou součástku naprosto spolehlivě odhalit.

Určitou informaci o původu součástky nám může poskytnout již základní zkoumání povrchu pouzdra. Jednotliví výrobci mají své zvyklosti týkající se materiálu pouzder (zde napoví odstín, tvrdost…), struktury povrchu, zakončení pouzdra (řez, zabroušení nebo výlisek) či preciznost provedení pouzdra (různé otřepy a nálitky). Důležité informace nám může poskytnout provedení popisu součástky. Zjednodušená loga výrobců, slévající se popis nebo téměř nečitelný laserový popis mohou být prvním varováním. Jedná se však pouze o doplňkovou metodu, jelikož i renomovaný výrobce může způsob pouzdření a popisu měnit z technických nebo cenových důvodů.

Oproti tomu, rentgenový snímek nám odkryje vnitřní strukturu součástky. To může být cenné především při zkoumání výkonových součástek, kde lze odhalit např. malou velikost čipu proti originálu, poddimenzované a přerušené přívody nebo odlišný způsob jejich provedení. Součástku, jež neprošla výstupním testem či nesplňuje požadované parametry, nám však tato metoda odhalit nedokáže.

Měřením voltampérových charakteristik vývodů lze posoudit, zde je v pouzdře správný typ součástky a v rámci jedné šarže posoudit odchylky jednotlivých exemplářů. Lze stanovit typické voltampérové charakteristiky pro jednotlivé typy a metodu používat pro rychlý test dodaných součástek. Jedná se tak o srovnávací metodu, kdy je třeba mít k dispozici referenční součástku nebo její reálné měřené parametry.

Nejpřesnějším a nejspolehlivějším způsobem kontroly součástek je tak měření jejich skutečných a konkrétních parametrů a srovnání výsledků s hodnotami udávanými výrobcem. Tato metoda z velké části reflektuje způsob, jakým se součástky testují v sériové výrobě, a proto se používá nejen při podezření na padělané součástky, ale také při vývoji a výrobě produktů, u kterých je vyžadována naprostá bezchybnost a spolehlivost (např. letecký, kosmický, obranný, automobilový nebo zdravotnický průmysl). Měření parametrů lze podle náročnosti na provedení testu typově rozdělit na několik skupin součástek.

Měření diskrétních součástek je na provedení nejjednodušší, protože množina diskrétních součástek je prakticky neměnná, a proto bylo vyvinuto množství testerů, měřicích adaptérů atd. Tester se obvykle skládá z několika přesných programovatelných měřicích zdrojů proudu-napětí. Tyto zdroje musí být velmi rychlé z hlediska nastavení požadované hodnoty veličiny i samotného měření, aby bylo možno měřit součástky při plném zatížení bez jejich nežádoucího ohřevu a procesy nastavení hodnoty napětí/proudu i jejich měření musí být synchronní. Pokud mají být měřeny střídavé parametry diskrétních součástek, musí zdroje testeru umožňovat modulaci střídavým signálem. Samostatnou kapitolou jsou dynamické parametry součástek. Měření krátkých časů v řádu jednotek až desítek nanosekund vyžaduje precizní provedení testovacího zařízení z hlediska kapacit a délky spojů. Tato měření patří k náročnějším testům.

Další skupinou jsou standardizované integrované obvody (operační zesilovače, klasické a LDO stabilizátory, obvody pro řízení spínaných zdrojů, standardní logické obvody řady 74xx, 4xxx, některé typy pamětí). Například u měření operačního zesilovače je tento zapojen do měřicí zpětnovazební smyčky tvořené přesnými, stabilními prvky. V této smyčce jsou simulovány podmínky, které výrobce operačního zesilovače udává jako podmínky měření parametrů součástky v katalogovém listu. Toto uspořádání umožní změřit prakticky všechny udávané parametry operačního zesilovače, včetně např. vstupních proud v řádu pA, GBP do cca 200 MHz, zesílení otevřené smyčky atd.

Při testování standardních a LDO regulátorů napětí musí tester umožnit tyto obvody napájet v celém rozsahu jejich napájecího napětí a stejně tak je i zatížit maximálním proudem. Z důvodu testování obvodu bez chlazení musí být zátěž impulsní. Přeměřování regulátorů patří mezi nejčastější, jelikož jsou vyráběny mnohými výrobci pod stejným označením a ve finálním výrobku nebo aplikaci se tak stane, že i stejný obvod, ale jiného výrobce, nefunguje zcela korektně. Nejčastěji bývá problém s kmitáním obvodu, které může být zapříčiněno například nevhodným blokováním, příliš malou zátěží atd. Zde mohou být obvody různých výrobců různě tolerantní na chyby v návrhu schématu výrobku.

Naprostou většinu standardních logických obvodů a hradel lze, vzhledem k jejich vzájemné podobnosti, měřit na jednom typu testovacího zařízení. Toto zařízení musí umožňovat měnit své rozhodovací úrovně, jakož i nastavovat různá vstupní napětí obvodů, testovat pravdivostní tabulky, měřit časy zpoždění na obvodech apod. Testování logických obvodů je důležité především pro zákazníky z oblasti letecké a vojenské techniky, kdy je nejčastěji zkoumán vliv expozice různými vlivy na funkci vzorků. Zkušenosti ukazují, že například se zvyšující se dávkou ionizujícího záření se postupně zvyšují svody, v případě zesilovačů se snižuje zesílení, až dojde k úplné degradaci a chybám ve funkci obvodu.

U řídicích obvodů spínaných zdrojů a měničů je míra standardizace nižší než v případě operačních zesilovačů a logických obvodů. Odlišnosti se týkají rozložení pinů, nejrůznějších obvodů „softstart“, proudových ochran, napájení, rozmítání oscilátoru apod. Jak dobře bude obvod otestován, proto závisí především na schopnostech vývojáře a programátora konkrétního testu.

Mezi náročnější měření pak patří A/D a D/A převodníky, kde vzhledem k rozdílnosti jednotlivých typů je konkrétní zapojení i algoritmus testování velmi individuální nebo obecné integrované obvody, na které nelze použít žádný ze standardních postupů a které tak vyžadují individuální přístup.