集成電路真偽辨識方法

呂 棟，虞勇堅，鄒巧云

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

改革開放以來，隨著我國工業化的快速發展，電子產品對集成電路的需求量越來越大，國家軍用電子裝備對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跟歐美、日韓存在著不小的差距，國內集成電路的發展水平相對較低，導致多數集成電路目前依然依靠進口。連續多年位居集成電路進口前列的主要集中在FPGA、CPU等高端芯片以及傳統由國外大公司壟斷的芯片，完全由國內自主設計生產的集成電路產業規模較小，且大部分集中在電源、邏輯芯片、分立器件等中低端產品。在對穩定性和可靠性要求很高的通信、工業、醫療以及軍事國防、航空航天的大量應用中，國產集成電路距離國際水平的差距還比較大，尤其是一些技術含量很高的關鍵芯片如高速光通信接口、大規模FPGA、高速高精度ADC/DAC等核心芯片領域，還大量依賴美國供應商。

隨著電子產品的高度集成化，電子元器件不斷地更新換代，舊版本的集成電路逐步停產，加上國外公司的禁運等多種因素的影響，不良商販受利益驅使欺詐或欺騙買方，對產品進行蓄意偽造或修改，使得翻新、假冒、偽劣的集成電路有了進入市場的機會[1]。如果將這些翻新、假冒、偽劣的集成電路裝板使用，將會給電子產品和裝備的可靠性造成很大的風險。

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

下文簡單介紹了幾種辨識假冒偽劣集成電路的方法。

2 辨識方法

2.1 參考標準和要求

目前針對假冒偽劣集成電路的辨識還沒有專門的標準，國內主要引用或參考GJB4027A-2006《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》[3]，針對不同的封裝形式在檢驗項目和細節方面做針對性的偏向修改。

對于辨識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驗；（2）熟悉集成電路的設計、封裝結構、材料、制造工藝流程；（3）熟練使用各種分析儀器設備，熟悉相應的測試和檢驗方法；（4）必要的化學品操作經驗；（5）綜合分析能力、英文閱讀和理解能力。

2.2 辨識流程

針對假冒偽劣集成電路的辨識流程應遵循從簡單到復雜、從外部到內部、從非破壞性到破壞性的順序，如圖1所示。

圖1 集成電路真偽辨識流程

2.3 外觀辨識

假冒偽劣集成電路的技術手段越來越先進，但總歸會留下一些證據，通過外部放大觀察比對，可以發現大多數造假的痕跡。外觀檢查的內容包括打印標識、表面打磨、定位、外部包裝以及引腳等。

通常國外正規大公司生產的集成電路的標志印刷質量好，形狀和比例不會出現字體粗細不一致、邊沿不齊、打印位置不固定以及油墨深淺空洞等現象，出現以上情況則極有可能屬于打磨翻新或假冒電路。

對集成電路的表面進行打磨后重新打印標識，表面會出現比較有規律的細小紋路，表面的壓膜消失并且表面粗糙。應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]。打磨嚴重的電路會出現厚度不一致的現象，塑封電路打磨后會出現定位孔的變形。還可以查找產品的datasheet，核對外包裝帶/盤/盒上的標識、貼標以及電路表面的logo、標識及其代表的意義。電路標識是假冒產品最容易出錯的地方，因為造假人員不一定對電路的詳細情況十分了解，不清楚自己印的代號是什么具體含義，只是簡單按照用戶的訂單打印標識，往往打印的標識與產品的封裝和工藝不符，如果與正規制造廠商的產品進行對比，很容易發現假冒的跡象。打印批號時他們會隨機選擇數字，可以查詢電路原廠的網站公示，確認電路的停產信息[2]。圖2是一個明顯重新打印標志的電路，跟實際停產日期不符。圖3則是一個原廠真品。

許多拆機品由于在拆卸過程中經歷了高溫，引腳必然會殘留焊渣毛刺等，造假者會對引腳進行重新鍍涂處理，對于光亮如新的鍍錫引腳需要謹慎辨識，正貨IC的引腳絕大多數應是所謂銀粉腳，色澤較暗但成色均勻，表面不應有氧化痕跡[2]。陶瓷封裝和金屬封裝的引腳采用鍍金，更不應該有鍍錫層，否則必然是拆機品。BGA封裝的拆機品在剝離基板過程中焊球會熔化受損，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，刮刀會劃過基板表面，留下刮痕，辨識此類BGA封裝集成電路時重點檢查基板上留下的刮擦痕跡，可以很容易地辨識出是屬于原裝真品還是拆機品。

圖2 重新打印的標識

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生了變化，因此可以進行引腳鍍層和焊球的成分能譜分析。首先收集原廠datasheet或網站資料，確認原廠的材料成分，然后利用SEM掃描電鏡和能譜儀進行有鉛和無鉛的成分檢測，進行對比分析。圖4是一個疑似拆機翻新的集成電路，通過查找電路的原廠手冊得知，該電路型號中“AB1Z”字段中的“Z”代表無鉛的含義，而通過對焊球的成分檢測發現（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，明顯與原廠手冊不同，可以判定該電路為拆機翻新件。

圖4 拆機翻新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部的芯片大小、位置、內部鍵合絲的粗細、材質、鍵合點位置、引線框架的外形等，假冒的集成電路內部的芯片尺寸或內引線鍵合方式、材料與原裝真品可能會不一樣。原裝正品的封裝控制都很一致，一般在出廠前都經過100%的電性能檢測和抽樣進行X射線檢查（如圖6），篩除不良品和次品，極少出現如圖7內部引線框架變形的現象，因此可以判斷圖7中的產品很可能是不良品或次品流入市場銷售。

圖6 正品內部X射線照片

圖7 內部引線框架變形

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）的未鍵合區域的空洞等。塑封集成電路在經受過電應力和過熱應力時，內部溫度很可能超過200℃，由于塑封料與引線框架、芯片的熱膨脹系數相差較大，高溫會導致塑封料與芯片、引線框架之間出現分層和空洞，因此超聲波掃描可以判斷塑封集成電路是否已經受過高溫，原裝正品對于分層的控制水平比較一致，一旦出現明顯的分層，可以基本確認該產品屬于拆機品或不良品，如圖8所示。

圖8 塑封IC分層

2.6 標識牢固性檢查

現在各大公司都采用激光打標和專用油墨，質量穩定，字跡清晰牢固，很難擦除，可以通過各種相關標準的標志耐溶劑檢測，而假冒翻新集成電路的標識要么是經過打磨、要么是通過化學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，對其進行耐溶劑性檢驗也很容易發生掉標。圖9是一個典型的重新打標的集成電路，在試驗前已經有明顯的標志模糊現象，對其進行丙酮擦拭，標識局部脫落并變得更加模糊，如圖9（b）所示，可以確定這是一個假冒翻新的集成電路。

圖9 某假冒翻新集成電路的標識牢固性檢查

2.7 內部檢查

前面介紹的主要是外部的檢查方法，并不會破壞電路，當通過外部的識別還不能判斷電路的真偽時，可參照GJB4027的相應條款，采用機械法、化學法等方法對電路進行開封解剖，對電路內部進行檢查，檢查內容包括：（1）芯片表面的涂層材料；（2）內部芯片的面積；（3）鍵合引線材質和直徑；（4）芯片上的標識；（5）同批次樣品鍵合位置、外鍵合點形貌上的差異；（6）芯片粘接工藝。

圖10～圖13是幾個假冒集成電路內部特征與真品存在明顯差異的例子。

圖10 內引線直徑不同和鍵合點差異

圖11 芯片大小和粘接工藝不一致

圖12 內引線鍵合差異

圖13 芯片logo不一致

2.8 二篩檢測方法

二篩是國內軍工科研生產單位最常用和有效的檢驗手段，檢驗成本也最高，通過一系列全面嚴格的環境適應性試驗和測試來確定產品的電參數功能是否符合使用要求，防止低規格和不良品混入。二篩的項目主要包括溫度循環試驗、高溫老煉試驗、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、測試程序開發、測試板卡制作等硬成本，周期較長，不適合小批量生產和交貨期短的用戶。

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和功能，判斷電路能否正常工作，此外在不同高低溫環境下對電路進行參數和功能測試可以判斷該電路的級別，通常根據工作溫度，集成電路的級別分為商業級（0～70℃）、工業級（-40～85℃）、汽車級（-40～125℃）、軍用級（-55～125℃）。假冒偽劣的集成電路通常都很難通過相應級別的高低溫測試。

3 結論

通過以上的方法，我們可以識別出大多數的假冒偽劣集成電路。當然，隨著翻新造假手段的不斷更新，對于假冒偽劣產品的辨識也越來越困難，我們必須不斷提高對集成電路制造工藝的認知，積累經驗，加強各個環節的管控，避免假冒偽劣集成電路混入我們的產品。同時，我們可參照上述方法和技術手段，結合實際應用過程中遇到的案例，制定一個識別假冒偽劣集成電路的行業標準，規范識別方法，做到識別有據可依。