解密|精美的dieshot都是怎么来的?芯片逆向工程解析

启芯硬件 2024-07-08 19:49

精美的dieshot通常是通过先进的显微镜和成像技术来实现的,这些技术能够以高分辨率、高对比度、高清晰度地拍摄芯片裸片的图像。这个过程一般也叫芯片decap,更完整的过程叫芯片逆向工程。

由于多方面的原因,国内在模拟集成电路方面的底子非常薄弱,所以反向工程成为大多数模拟集成电路工程师接触实际模拟电路、积累经验的唯一途径。


1-什么是芯片逆向工程?

也叫反向设计,它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉,可用来验证设计框架或者分析信息流在技术上的问题,也可以助力新的芯片设计或者产品设计方案。

芯片DECAP分析

业界也称为“芯片开封”,英文为decapsulation,即“DECAP”。主要应用两种方式:

1、将需要型号分析的芯片固定在特定的绑定台,通过特殊溶液和工具完全溶解和移除IC外层封装,暴露其内部型号和金属连线。此种方法比较直接彻底,但效率较低,而且容易将芯片型号损坏,目前大多情况使用第二种方式。

2、仅移除硅核表层的必要封装,使用特定酸液腐蚀芯片周围的环氧树脂,并之后溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线。该过程一般在非常干燥的条件下进行,下一步在超声池内清洗该芯片以清除酸液。

芯片开盖去封装后通过去层、染色等技术还原芯片各层物理图像,应用光学显微镜或电子显微镜,对芯片图像进行逐层拍照、采集图像数据,同层无缝拼接、异层精准对准,得到芯片还原的整体图像。




2-获取dieshot的主要流程如下:

样品准备:首先需要获取芯片样品,并将其准备好进行显微镜观察。通常,这涉及将芯片裸片放置在显微镜下的样品台上,并可能进行清洁和处理以确保表面的清晰度和干净度。

显微镜成像:使用高分辨率的显微镜对芯片裸片进行成像。现代显微镜通常配备高性能的镜头和摄像设备,能够捕捉到微米级别的细节。

成像参数调整:对显微镜的成像参数进行调整,以获得最佳的成像效果。这可能包括对焦、光源强度、曝光时间等参数的调节。

成像处理:对获得的图像进行处理,以提高其清晰度、对比度和细节。这可能涉及到去除噪音、增强轮廓、调整色彩平衡等处理步骤。

图像分析:对处理后的图像进行分析,以理解芯片的结构、布局和特征。这可能需要专业知识和经验,以识别出芯片中的各种元件和线路。




3-实际案例

要想了解芯片的实际电路结构,首先必须得到每一层结构的照片。下面简单介绍芯片去层和拍照的详细楼层。以两层金属、一层多晶结构的芯片作为例子,去层后拍照一共可以得到3层的照片,具体操作步骤如下:

首先是把芯片放到烧杯里,倒入少量浓硫酸,加热烧杯让加热后的浓硫酸把芯片的塑料封装给去掉,等烧杯冷却后把浓硫酸倒掉, 往烧杯中加水洗干净剩下的浓硫酸,把芯片夹出来洗干净,然后再把芯片放到另一个烧杯中加入少量无水酒精让它吸水(每一步都要用到), 之后就可以拿到显微镜下面去拍照。根据芯片的实际情况选取拍照的放大倍数进行拍照,拍完照后用软件拼图,这样就能得到的是最上层M2金属层的照片。

第二步就是拍M1,也就是从顶层往下的第二层版图。首先用10倍的水稀释HF(氢氟酸),倒入烧杯里,然后把芯片放入烧杯里,目的是去掉二氧化硅层,浸泡后用镊子将芯片取出,用水洗干净,然后用小烧杯倒入适量磷酸,放入芯片, 再把小烧杯放进加了水的大烧杯里加热,这叫水浴,水浴20分钟左右,这时磷酸就把M2给去掉了,剩下的就是M1,后面的清洗和拍照步骤与第一步相同。

第三步拍最后一层、多晶层,步骤基本与第二步一样,用10倍水稀释HF(氢氟酸)溶液去掉M1,然后再用磷酸水浴,这次煮的时间可能要长一点,半个小时左右, 目的是为了把M1去干净,但是同时也要注意芯片在HF(氢氟酸)溶液中浸泡的时间不要泡太长了, 否则后面煮的时候可能会引起Poly的脱落,其余步骤也一样,洗干净后拍照。

4-拓展:

逆向工程(英语:Reverse Engineering),是一种技术仿造过程,即对一项目标产品进行逆向分析及研究,从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素,以制作出功能相近,但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是,在无法轻易获得必要的生产信息下,直接从成品的分析,推导产品的设计原理。

逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害,但是在实际应用上,反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域,如果怀疑某公司侵犯知识产权,可以用逆向工程技术来查找证据。

5-著名逆向工程的案例:

四式7.5公分高射炮:日本从中国战场掳获的波佛斯75毫米口径M1929高射炮上的逆向工程,产生四式7.5公分高射炮并搭配日本的九八式六吨牵引车使用,拖弋速度可达时速45公里,并拥有快速放列的作战的能力。

图波列夫Tu-4:三架飞往日本的B-29“超级堡垒”轰炸机迫降到了苏联。苏联没有类似的战略轰炸机,就决定复制B-29。几年后他们开发出了Tu-4,几近完美的复制品。

V-2火箭:战争结束时V2的技术文档和相关技术被西方联盟俘获。苏联和被俘的德工程师要用俘获的构件重建技术文档和图纸,用于生产这种导弹的代件。R-1启动了战后苏联导弹画,一直到R-7,并导致了太空竞赛。

K-13/R-3S导弹(北约代号为AA-2 'Atoll)是苏联对AIM-9响尾蛇的逆向工程复制品。早期传说一枚台湾AIM-9B射中中国大陆MiG-17后没有爆炸,这枚导弹留在机身里,飞行员带着这枚导弹返回了基地。

BGM-71 TOW导弹:1975年三月,伊朗与休斯导弹系统公司的关于TOW和Maverick导弹合作的谈判因价格体系的分歧停止了,接下来的1979年革命结束了这种合作的所有计划。伊朗成功地对这种导弹进行逆向工程,目前正在生产他们自己的复制品:图芬(Toophan)。




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