集成电路真伪辨识方法

吕 栋，虞勇坚，邹巧云

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

改革开放以来，随着我国工业化的快速发展，电子产品对集成电路的需求量越来越大，国家军用电子装备对高可靠性元器件的需求逐步增大。由于我国的集成电路技术跟欧美、日韩存在着不小的差距，国内集成电路的发展水平相对较低，导致多数集成电路目前依然依靠进口。连续多年位居集成电路进口前列的主要集中在FPGA、CPU等高端芯片以及传统由国外大公司垄断的芯片，完全由国内自主设计生产的集成电路产业规模较小，且大部分集中在电源、逻辑芯片、分立器件等中低端产品。在对稳定性和可靠性要求很高的通信、工业、医疗以及军事国防、航空航天的大量应用中，国产集成电路距离国际水平的差距还比较大，尤其是一些技术含量很高的关键芯片如高速光通信接口、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等核心芯片领域，还大量依赖美国供应商。

随着电子产品的高度集成化，电子元器件不断地更新换代，旧版本的集成电路逐步停产，加上国外公司的禁运等多种因素的影响，不良商贩受利益驱使欺诈或欺骗买方，对产品进行蓄意伪造或修改，使得翻新、假冒、伪劣的集成电路有了进入市场的机会[1]。如果将这些翻新、假冒、伪劣的集成电路装板使用，将会给电子产品和装备的可靠性造成很大的风险。

常见的集成电路造假手段有：（1）低规格型号打磨成高规格（低等级替高等级、低速替高速、低性能替高性能）；（2）用参数不良品或有缺陷的伪劣产品流入市场当做原件；（3）拆机品回收重新打标、更换品牌、翻新；（4）低规格裸片封装成高规格（利润巨大，可靠性不高）；（5）落后生产线的廉价副品（非原厂生产或是由未授权承包商生产）。

下文简单介绍了几种辨识假冒伪劣集成电路的方法。

2 辨识方法

2.1 参考标准和要求

目前针对假冒伪劣集成电路的辨识还没有专门的标准，国内主要引用或参考GJB4027A-2006《军用电子元器件破坏性物理分析方法》[3]，针对不同的封装形式在检验项目和细节方面做针对性的偏向修改。

对于辨识人员的要求最好能满足以下条件：

（1）长期的集成电路解剖分析经验；（2）熟悉集成电路的设计、封装结构、材料、制造工艺流程；（3）熟练使用各种分析仪器设备，熟悉相应的测试和检验方法；（4）必要的化学品操作经验；（5）综合分析能力、英文阅读和理解能力。

2.2 辨识流程

针对假冒伪劣集成电路的辨识流程应遵循从简单到复杂、从外部到内部、从非破坏性到破坏性的顺序，如图1所示。

图1 集成电路真伪辨识流程

2.3 外观辨识

假冒伪劣集成电路的技术手段越来越先进，但总归会留下一些证据，通过外部放大观察比对，可以发现大多数造假的痕迹。外观检查的内容包括打印标识、表面打磨、定位、外部包装以及引脚等。

通常国外正规大公司生产的集成电路的标志印刷质量好，形状和比例不会出现字体粗细不一致、边沿不齐、打印位置不固定以及油墨深浅空洞等现象，出现以上情况则极有可能属于打磨翻新或假冒电路。

对集成电路的表面进行打磨后重新打印标识，表面会出现比较有规律的细小纹路，表面的压膜消失并且表面粗糙。应注意观察电路外壳的边角形貌和封装表面有无打磨痕迹[2]。打磨严重的电路会出现厚度不一致的现象，塑封电路打磨后会出现定位孔的变形。还可以查找产品的datasheet，核对外包装带/盘/盒上的标识、贴标以及电路表面的logo、标识及其代表的意义。电路标识是假冒产品最容易出错的地方，因为造假人员不一定对电路的详细情况十分了解，不清楚自己印的代号是什么具体含义，只是简单按照用户的订单打印标识，往往打印的标识与产品的封装和工艺不符，如果与正规制造厂商的产品进行对比，很容易发现假冒的迹象。打印批号时他们会随机选择数字，可以查询电路原厂的网站公示，确认电路的停产信息[2]。图2是一个明显重新打印标志的电路，跟实际停产日期不符。图3则是一个原厂真品。

许多拆机品由于在拆卸过程中经历了高温，引脚必然会残留焊渣毛刺等，造假者会对引脚进行重新镀涂处理，对于光亮如新的镀锡引脚需要谨慎辨识，正货IC的引脚绝大多数应是所谓银粉脚，色泽较暗但成色均匀，表面不应有氧化痕迹[2]。陶瓷封装和金属封装的引脚采用镀金，更不应该有镀锡层，否则必然是拆机品。BGA封装的拆机品在剥离基板过程中焊球会熔化受损，必定要重新植球，在植球前必须铲除原来的焊球和焊渣，在铲除过程中，刮刀会划过基板表面，留下刮痕，辨识此类BGA封装集成电路时重点检查基板上留下的刮擦痕迹，可以很容易地辨识出是属于原装真品还是拆机品。

图2 重新打印的标识

图3 原厂真品

引线重新镀涂和重新植球的集成电路，其镀层和焊球的成分很可能发生了变化，因此可以进行引脚镀层和焊球的成分能谱分析。首先收集原厂datasheet或网站资料，确认原厂的材料成分，然后利用SEM扫描电镜和能谱仪进行有铅和无铅的成分检测，进行对比分析。图4是一个疑似拆机翻新的集成电路，通过查找电路的原厂手册得知，该电路型号中“AB1Z”字段中的“Z”代表无铅的含义，而通过对焊球的成分检测发现（见图5），其主要成分为Sn和Pb，成分比例约3∶2，属于有铅焊球，明显与原厂手册不同，可以判定该电路为拆机翻新件。

图4 拆机翻新BGA电路

图5 焊球成分分析

2.4 X射线检查

通过X射线照相可以检查封装内部的芯片大小、位置、内部键合丝的粗细、材质、键合点位置、引线框架的外形等，假冒的集成电路内部的芯片尺寸或内引线键合方式、材料与原装真品可能会不一样。原装正品的封装控制都很一致，一般在出厂前都经过100%的电性能检测和抽样进行X射线检查（如图6），筛除不良品和次品，极少出现如图7内部引线框架变形的现象，因此可以判断图7中的产品很可能是不良品或次品流入市场销售。

图6 正品内部X射线照片

图7 内部引线框架变形

2.5 超声波扫描

通过超声波显微镜扫描可以检查塑封集成电路的引线框架、芯片或引线引出端焊板的分层，检查模塑化合物的空洞和裂纹以及框、芯片粘接材料（如果存在）的未键合区域的空洞等。塑封集成电路在经受过电应力和过热应力时，内部温度很可能超过200℃，由于塑封料与引线框架、芯片的热膨胀系数相差较大，高温会导致塑封料与芯片、引线框架之间出现分层和空洞，因此超声波扫描可以判断塑封集成电路是否已经受过高温，原装正品对于分层的控制水平比较一致，一旦出现明显的分层，可以基本确认该产品属于拆机品或不良品，如图8所示。

图8 塑封IC分层

2.6 标识牢固性检查

现在各大公司都采用激光打标和专用油墨，质量稳定，字迹清晰牢固，很难擦除，可以通过各种相关标准的标志耐溶剂检测，而假冒翻新集成电路的标识要么是经过打磨、要么是通过化学试剂腐蚀后重新打印上去的，字迹有明显的模糊不清或边沿锯齿状，采用丙酮都可能擦拭掉，对其进行耐溶剂性检验也很容易发生掉标。图9是一个典型的重新打标的集成电路，在试验前已经有明显的标志模糊现象，对其进行丙酮擦拭，标识局部脱落并变得更加模糊，如图9（b）所示，可以确定这是一个假冒翻新的集成电路。

图9 某假冒翻新集成电路的标识牢固性检查

2.7 内部检查

前面介绍的主要是外部的检查方法，并不会破坏电路，当通过外部的识别还不能判断电路的真伪时，可参照GJB4027的相应条款，采用机械法、化学法等方法对电路进行开封解剖，对电路内部进行检查，检查内容包括：（1）芯片表面的涂层材料；（2）内部芯片的面积；（3）键合引线材质和直径；（4）芯片上的标识；（5）同批次样品键合位置、外键合点形貌上的差异；（6）芯片粘接工艺。

图10～图13是几个假冒集成电路内部特征与真品存在明显差异的例子。

图10 内引线直径不同和键合点差异

图11 芯片大小和粘接工艺不一致

图12 内引线键合差异

图13 芯片logo不一致

2.8 二筛检测方法

二筛是国内军工科研生产单位最常用和有效的检验手段，检验成本也最高，通过一系列全面严格的环境适应性试验和测试来确定产品的电参数功能是否符合使用要求，防止低规格和不良品混入。二筛的项目主要包括温度循环试验、高温老炼试验、常高低温测试等（见表1），其中涉及到老化原理图和老化板开发、测试程序开发、测试板卡制作等硬成本，周期较长，不适合小批量生产和交货期短的用户。

表1 二筛流程

这其中最有效的是电性能测试，可以很直接地测试电路的参数和功能，判断电路能否正常工作，此外在不同高低温环境下对电路进行参数和功能测试可以判断该电路的级别，通常根据工作温度，集成电路的级别分为商业级（0～70℃）、工业级（-40～85℃）、汽车级（-40～125℃）、军用级（-55～125℃）。假冒伪劣的集成电路通常都很难通过相应级别的高低温测试。

3 结论

通过以上的方法，我们可以识别出大多数的假冒伪劣集成电路。当然，随着翻新造假手段的不断更新，对于假冒伪劣产品的辨识也越来越困难，我们必须不断提高对集成电路制造工艺的认知，积累经验，加强各个环节的管控，避免假冒伪劣集成电路混入我们的产品。同时，我们可参照上述方法和技术手段，结合实际应用过程中遇到的案例，制定一个识别假冒伪劣集成电路的行业标准，规范识别方法，做到识别有据可依。