偽造マイクロエレクトロニクスチップの検出

偽造やリサイクルされたマイクロエレクトロニクスチップの増加は、いろんな分野で深刻な問題を引き起こしてるんだ。この偽造チップは、電子機器の安全性や信頼性に影響を与える可能性があるから、使われる前にこれらの偽物を見つけて排除することが非常に大事。今の方法は、目視チェックやサイドチャネル技術に頼ってて、コストがかかってスケールしづらいし、古いシステムではあまりうまく機能しないことが多いんだ。この記事では、デバイス内の電力ネットワークの電気特性を見て、偽造チップを検出する新しいコスト効率の良い方法について説明してるよ。

#偽造チップの問題

グローバルな半導体サプライチェーンは、テクノロジー製品を手頃にして革新をもたらしてるけど、同時にリスクも伴うんだ。詐欺師に利用される弱点がサプライチェーンにはあって、これが偽造やリサイクル部品の流入を引き起こして、電子システムの品質を下げてしまう。例えば、偽のCiscoルーターが消費者に販売されて、セキュリティやパフォーマンスの深刻な懸念が生じたんだ。他にも、軍用航空機に使用されるような重要なアプリケーションで使われる偽造部品もある。

偽造チップを特定するためのさまざまな方法が提案されているけど、通常は物理的なパッケージやチップ自身を検査する方法と、チップの挙動を分析する方法に分かれる。赤外線イメージングやX線スキャンのような物理的な検査は、機能的な欠陥を見逃すことが多くて、偽造部品が見つからないことがある。さらに、これらの方法はスケールしづらい特殊な設定が必要だったりするんだ。

#電力供給ネットワークの理解

すべての電子システムには、電源からさまざまなコンポーネントに電気を供給する電力供給ネットワーク（PDN）がある。PDNは、電圧レギュレーターやコンデンサー、チップ接続など、いくつかの部分から構成されてる。各部分は、システム内での電圧や電流の挙動に影響を与えるんだ。こうした挙動の変化は、偽造チップの存在を示すことがある。

PDNの特性は頻度によって変化する。異なる周波数を見ると、供給される電力の量が変わって、チップが正しく機能しているかどうかがわかるんだ。こうした変化を測定するのは、チップを取り外したりシステムを混乱させたりすることなく行うのが大事だよ。

#散乱パラメーターとは？

散乱パラメーター（Sパラメーター）は、電気ネットワークを分析するためのツールなんだ。異なる周波数での反射や伝送について、信号がどのように動くかを理解するのに役立つ。PDNに信号を送ったときに、どれだけ信号が戻ってくるかを測定することで、システムのインピーダンス、つまり電流の流れに対する抵抗を知ることができるんだ。この情報があれば、チップが本物か偽物かがわかるんだ。

この新しい方法では、特別な改造をしなくても、プリント回路基板にハンダ付けされたチップに直接これらの測定を適用できるんだ。

#チップの老化の影響

チップが老化すると、パフォーマンスが低下することがある。この老化は、高温や電圧、作業ストレスによって起こることがあるんだ。いくつかのプロセスがチップを劣化させる可能性があって、例えば、ネガティブバイアステンパラチャー不安定性やホットキャリア注入などがある。これらは、チップの電気的挙動に変化を引き起こして、インピーダンスを変えちゃうんだ。

この老化プロセスを早める体験を作ることも可能だよ。例えば、チップを通常の耐えられる電圧や温度よりも高くしてみることで、偽造チップやリサイクルチップがどう動くかをシミュレートできるんだ。

#私たちの貢献

私たちのアプローチは、普通のツールを使って、通常の操作を混乱させずに偽造チップを見つける簡単な方法を提供するよ。ポータブルベクトルネットワークアナライザー（VNA）を利用して、さまざまな周波数での信号の反射を簡単に測定できるんだ。この方法は追加の設定が必要なくて、費用も安いから、多くのユーザーが利用できるんだ。

PDNにサイン波信号を送って反射を測定することで、インピーダンスの変化がわかる。このことで、偽造チップを素早く効率よく見つけることができるし、特別なトレーニングや機器も必要ないんだ。

#本物のチップの測定

この方法がうまくいくか検証するために、本物のチップを使って実験を行ったよ。これらのチップのインピーダンス応答を測定することで、そのユニークな電気的特性を表すサインを集めることができたんだ。このサインは、未知の起源のチップと比較するための基準を作るのに役立った。

実験では、一貫性を確保するために制御された条件下で複数のサンプルを測定したんだ。本物のチップの結果を比較することで、本物のチップのインピーダンスプロファイルがどうあるべきかのベンチマークを確立することができたよ。

#加速老化テスト

さらに私たちのアプローチをテストするために、加速老化テストを行ったんだ。このテストでは、チップに高い電圧や負荷条件をかけて、時間の経過とともにチップがどう劣化するかを模擬したんだ。老化プロセスの後、老化したチップのインピーダンスを測定して、本物のサンプルとそのサインを比較したよ。

この比較から、インピーダンス応答に明確な違いが見つかった。老化したチップは、本物のチップとは簡単に区別できるパターンを示して、私たちの検出方法の効果を確認できたんだ。

#偽造チップの検出

私たちの測定プロセスを使って、偽造チップを特定したよ。老化したチップの平均インピーダンスプロファイルを本物のものと比較することで、効果的に違いを見つけられた。この偏差は、老化したり偽造されたチップが本物のチップと同じように動かないことを示して、さらに調査するためにフラグを立てることができたんだ。

あるケースでは、過剰な電圧にさらされた損傷したチップもテストしたんだ。この損傷したチップは、いくつかの周波数帯だけでなく、幅広い範囲で偏差を示した。このことから、私たちの方法は偽造品や損傷したコンポーネントを効果的に検出できることがわかったよ。

#結論

私たちの偽造チップ検出方法は、チップやその電力供給ネットワークの電気応答に注目することで、非侵襲的で低コストな解決策を提供するんだ。従来の方法のように、設定が厳重だったり特定のファームウェアが必要だったりしなくて、このアプローチは古いテクノロジーを含むさまざまなシステムと互換性があるんだ。

標準的なツールを使うことで、チップが本物か偽造かを迅速に評価できて、電子システムの安全性と信頼性を保つのに役立つんだ。この技術は、検証プロセスを簡素化するだけでなく、今日の市場で偽造電子機器の脅威からの安全性を高めるものなんだ。

全体的に、この新しい検出方法は偽造チップに関連するリスクと戦うための重要なステップであって、電子デバイスの品質と安全性を向上させることができるんだ。