MA 專題文章 / 2020-08-31
電子產品逆向工程分析與研究

  逆向工程(Reverse Engineering),又叫做反向工程,是對產品拆解(teardown)以辨識各部零件或利用檢測工具對產品結構觀察的一種分析方式,其性質可概分為以下三大類:

 競爭力分析/專利侵權鑑定/產品品質驗證 

 

 

 

      競爭力分析

  電子產品的功能日新月異,其進步速度一日千里,若想在競爭紅海中趕上對手,高科技產業無不投入相當的研發動能,冀求在技術與成本上能夠居於優勢的地位。不過很現實地,當研發的進程趕不上進入市場的時程,或者遇上研發的瓶頸時,總是想看看別人是怎麼辦到的,是否有什麼新架構、新材料或新設計是之前從未發想過的。因此透過逆向工程的手法看是否能夠指出一條明路,更進一步可推算出整個產品的成本或列出BOM表(Bill of Material)以評估在市場的競爭力便成為研發輔助的一把利器。

  依照競爭力分析的性質,可以分成以下三類:

 產品拆解與成本分析/製程結構分析/線路拍照與電路提取

 



 

1.產品拆解與成本分析

  一個終端產品要能夠在市場上有競爭力,其性能與價格上必然有其優勢,所謂知己知彼、百戰百勝,了解其產品組成零件與材料後,除了知道其合作的上游供應商以外,也能粗略地估算其成本架構,進而評估公司在市場上的競爭力和訂定成本目標。

  在拆解的過程中會運用到許多手法,可能是機械性的、加熱式的或使用起子等技巧拆解整個外裝,務求產品內部零件完好,不會受到損傷。

 

 

       圖-1 手機拆解後,對其PCBA電路板上的各類IC辨識其供應商與應用

 

 

 

 2.製程結構分析 

  先進的製程可以擁有較小的晶片或封裝、較少的晶片成本、較快的操作速度與較優異的性能,領導廠商所生產的產品必然具有以上之特點,為了了解競爭產品的製程能力,一般會想要觀察幾層金屬層、製程節點與各層的厚度與最小線徑;而這些資訊又藏在邏輯電路(logic circuit)或靜態隨機存取記憶體(SRAM)上,甚至連元件的結構與材料都可能被解析,以攫取可能的製程參數。不僅僅是先進製程元件,先進的封裝也是可能會刺探的目標。

 

圖-2 IC 製程結構分析,運用了 EDX linescan、EDX mapping與HRTEM

 

圖-3 2.5D IC 的 HBM 的截面觀察

 

圖-4 2.5D IC 3D x-ray 對u-bump, TSV 與C4 bump的觀察

 

 

  此外,以手機來說,手機雖小、五臟俱全,充滿著各類元件,除了有先進製程的處理器以外,還有感測器類的CMOS Image Sensor和微機電元件(MEMS)、動態隨機存取記憶體(DRAM)和人臉辨識核心的垂直腔面射型雷射(VCSEL)與手機鏡頭等,這些各式各樣的電路皆有可能是逆向工程的標的,閎康在這塊領域上饒富經驗,以3D OM、3D X-ray、研磨、delayer、SEM、TEM、EDX、SCM和SIMS等技術交互運用,完整呈現所有的結構特徵與參數

 

 

圖-5 手機內包含各種IC,皆可做逆向工程分析

 

圖-6 手機鏡頭模組的拆解與觀察

(a)以3D x-ray 觀察光學鏡頭 (b)VCSEL (c)繞射式光學元件DOE (d)CIS

 

圖-7 掃描式電容顯微鏡(SCM)分析高功率MOSFET的P-N分佈

 

圖-8 以SIMS分析化合物半導體的結構

 

 

3.線路拍照與電路提取

  一個元件要能成功,除了要製程技術的支持外,還要有高效能的電路設計。在電路設計的流程中,利用 EDA 工具從 schematic 到 layout 設計完成,最後 tape-out 到實際產品出來,這中間的技術含量是無法單靠結構觀察取得的,需有相當的難度才能獲得電路相關的資訊。

  其大致上可分為兩部份,第一為線路拍照,即逐層delayer,並拍下每層照片,且上下層之間要能夠對齊,才能循著線路追溯元件與電路之間的連結;其技術要求主要是要有高倍率的光學顯微鏡與可把各層照片放大與對應的軟體。第二是電路提取,這部份是把拍下的線路轉回成電路,從而知道整個電路架構與設計理念,是逆向工程的極致展現。閎康科技不管是三五族的RF IC還是7nm的先進製程電路皆有能力達成客戶的要求。

 

 
圖-9 電路提取後的schematic示意圖

 

 

  綜合以上,閎康科技在逆向工程分析上訂定了一套標準分析流程,客戶可根據此流程與閎康技術團隊再進一步討論施作細節,以確保以最少的樣品數完成客戶的分析要求。

 
圖-10 競爭力分析流程圖

 

 

 

      專利侵權鑑定

 專利侵權鑑定

  逆向工程固然可以做為一家公司參考其競爭者技術的手段,但若涉及了抄襲,則就有可能面臨專利訴訟的風險,中美貿易戰的本質即是侵犯智慧財產權的爭議。根據美國聯邦法院行政辦公室所公佈的資料顯示,近年來在美國申請的專利訴訟案件每年有3000件以上,第三方實驗室在這類案件上扮演著關鍵的角色。

 

 圖-11 1996-2018美國智材訴訟申請案件趨勢圖

Ref: https://iknow.stpi.narl.org.tw/post/Read.aspx?PostID=16377

 

 

  專利侵權訴訟所需要的證據收集也是靠逆向工程的方式,但是其流程更為嚴謹,從初始接件的樣品認證與確認、分析位置的選擇、到最後分析結果的解讀,皆需具備高度的專業性,同時也必須滿足法院的要求。

  閎康在專利訴訟經營多年,處理案件涵蓋先進製程、LED、DRAM、功率元件等,對訴訟程序熟稔,國內外知名大廠訴訟案件不乏閎康的身影,在在說明閎康在專利訴訟領域的名聲已廣為流傳,也證明閎康在第三方實驗室公正超然的角色。

 

 

 

      產品品質驗證

  產品品質驗證的目的有二:

 新產品導入/量產產品品質保證

 

 

1.新產品導入

  不論是新供應商的引入,還是新製程及新材料的使用,為了確保產品的功能與可靠性,除了電性驗證的方式以外,外觀與結構性的觀察也是常用的手法,尤其新製程與各類型的封裝結構日益複雜,是客戶極欲想要觀察的部份,其最終目的也是在於對結構的充分了解後,遇到問題時可以與供應商做深入的討論。

 

圖-12 對產品結構的了解有助於未來量產問題的解決

 

 

2.量產產品品質保證

  量產產品品質要能持續,其先決條件在於製程參數要能穩定,所以才有品管統計分析在工業製程上的應用,但這還不夠,在可靠性的穩定性上需要Ongoing Reliability Test(ORT)來定期地監控其量產品的信賴度。

  近年來,在可靠度要求的前提上,越來越多國際大廠要求以更快速的物理結構的觀察方式找出可能的潛在缺陷,以期在製程初期便能早先預防未來的可靠度問題,這個方法便是破壞性物理分析(Destructive Physical Analysis, DPA)。DPA的目的是為了驗證器件的設計、結構、材料和製造品質是否滿足預定用途或有關規範的要求,按器件的生產批次進行抽樣,並對器件樣品進行非破壞性分析和破壞性分析的一系列核對總和分析的全過程。其有一套既定規範,不過重點還是與客戶針對不同產品訂定雙方認可的標準作業流程。

  DPA 流程可包含但不限以下 (ref: https://wpo-altertechnology.com/destructive-physical-analysis-dpa/)

  ● X-ray Examination

  ● External Visual Inspection

  ● Seal tests (Fine& Gross leaks)

  ● Particle Impact Noise Detection (P.I.N.D)

  ● Solderability

  ● Internal Visual Inspection

  ● Bond Pull

  ● Scanning Electron Microscope (SEM)

  ● Die Shear

 

  總結以上介紹,逆向工程蘊涵了各項技術,包含了對各類產品的認識、對製程的解析能力、對電路架構的基本認知、嚴謹的作業流程、快速的分析時間,甚至是訴訟流程與攻防技巧,閎康科技本著多年累積下的經驗,統合了全方位的技能,奠定了在逆向工程領域獨一無二的地位。

 

 

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