防止敏感電子數據組件受到外部操縱的硬體保護的製作方法

2023-07-02 16:57:51

專利名稱：防止敏感電子數據組件受到外部操縱的硬體保護的製作方法
防止敏感電子數據組件受到外部操縱的硬體保護 技術領域用於高度敏感的數據處理和數據保護的電子組件，例如在用於商業 機動車的轉速表中以及在金融機構、自動取款機、飛機以及處理敏感數據的任何地方使用的這種電子組件，應當在硬體方面防止外部的操縱， 如化學或物理的攻擊(例如機械、雷射、火等)，從而可以使數據不受 操縱。
背景技術：
目前存在一種解決方案，其中要保護的電子組件藉助所謂的防鑽孔薄膜完全封裝起來。這樣的防鑽孔薄膜例如由Gore公司作為最終產品 提供，或者由 Freudenberg公司作為具有銀導漿料印刷 (Silberleitpastendruck)的薄膜提供。該薄膜向內與組件電連接。 在電子組件被三維地包裝了之後，接著將該電子組件用合成樹脂密封到 容器中。在嘗試打開該包裝時，在進行攻擊的地方薄膜上的導電線路或 電阻線路被迫損壞和中斷，這在電子組件中會導致所存儲的數據直接被 刪除。由此無法操縱數據，外部的攻擊因此可以被相應的控制體識別出 來。在該現有技術公知的方法中產生了兩個問題。 一是薄膜的使用沒有 相應的適合電子產品的安裝方法。另一個是薄膜經常在包裝時就已經損 壞了，從而出現很高的廢品率。發明內容基於此本發明要解決的技術問題在於提供針對電子組件的硬體保 護，該硬體保護可以集成到適合電子產品的製造中。該技術問題通過獨立權利要求中給出的發明解決。優選實施方式由 從屬權利要求給出。因此，硬體保護以電路載體的形式存在，該電路載體包圍用於待保 護電路的元件的內部空間，該硬體保護具有包圍該內部空間的導體結構，用於檢測對該電路的未授權外部操縱，該導體結構例如以網絡類型 的結構或籠子的形式存在。用於檢測對電路的訪問的導體結構因此直接 集成在電路的電路載體中。包圍內部空間的導體結構例如可以作為導體平面和/或作為狹窄結 構化的構成物以柵格形式、網絡形式存在，具有曲折形和/或具有扇形， 在該曲折形和/或扇形中導體結構按照不同的幾何形狀分布。導體結構 的按照線路形式的兩個分布之間的絕緣距離(機器寬度)在此應當等於傳統的HDI (High Density Inter connect ion，高密度互連)結構。類 似的也適用於導體結構的分布的寬度。在未經授權就訪問該電路時，該 導體結構受損，從而閉合或中斷接觸，由此檢測到對該電路的訪問。優選的，硬體保護的整個組件具有一個或多個印刷電路板形式的電 路載體。該印刷電路板可以在其朝向內部空間的面上和/或內部具有待 保護電路的若干元件。此外該印刷電路板還可以在其背向內部空間的面 上和/或內部具有一部分包圍該內部空間的導體結構。優選的，所述印刷電路板是多層印刷電路板或多層陶瓷襯底，具有 包圍內部空間的導體結構層和用於連接待保護電路的若干元件的層。用於連接待保護電路的若干元件的層尤其是設置在印刷電路板朝 向內部空間的面上和/或內部。印刷電路中的貫通接觸 (Durchkontakt ierung )可以實施為掩埋的貫通接觸和/或不同工藝(等 離子蝕刻、光可確定(photodef inable ))的微導通孑L (Micro vias)。替換或補充的，為了連接待保護電路的若干元件，要在印刷電路板 中產生的組裝層(Aufbaulagen)實施為順序加層的組裝層，尤其是具 有工藝不同的微導通孔作為貫通接觸。優選的，硬體保護組件具有另一個多層印刷電路板和/或多層陶瓷 襯底，該另一個多層印刷電路板和/或多層陶瓷襯底與第一印刷電路板 對置，在其背向內部空間的面上和/或內部承載了另一部分包圍內部空 間的導體結構，尤其是在其朝向內部空間的面上和/或內部具有待保護 電路的其它元件。優選的，在印刷電路板和所述另一個印刷電路板之間設置框形印刷 電路板，該框形印刷電路板與前兩個印刷電路板有一定間隔，由此在該 框形印刷電路板和兩個印刷電路板之間形成所述內部空間。框形印刷電 路板尤其是用多層印刷電路板工藝或多層陶瓷襯底組裝，例如通過將介電層和導電的層逐層地上下疊加而成。所述內部空間可以是空心空間，也可以不是。例如如果元件澆注在 內部空間中，則用熱塑合成樹脂填滿該內部空間。電路載體尤其是具有用於連接檢測器裝置的接頭，該檢測器裝置用 於檢測導體結構的損壞。優選的，整個電路載體至少基本上用多層印刷電路板工藝和/或多 層陶乾工藝實施。具有電路載體的整個組件尤其是用於轉速表、行駛數據記錄器和/ 或軌道或非軌道約束的機動車。整個組件例如還可以用於自動取款機、用於金融機構的裝置和飛機。尤其是當採用要保護的加密密鑰(RSA， DES)時，具有這種電路載體的整個組件總是特別有利。在用於製造包圍待保護電路的元件的內部空間的電路載體的方法 中，製造具有包圍該內部空間的導體結構的電路栽體，該導體結構用於 檢測對電路的訪問。該方法的優選實施方式由電路載體的優選實施方式 給出，反之亦然。具有上述類型的電路載體的裝置優選包括檢測器裝置，用於檢測通 過未經允許的訪問和/或未經授權的操縱對導體結構的損壞。為了也讓 檢測器裝置本身得到保護，該檢測器裝置可以實施為待保護電路的組成 部分。


本法明的其他特徵和優點從下面藉助附圖對實施例的描述中給出。圖1示出電子組件的集成硬體保護的示意圖；圖2示出按照圖1的硬體保護的部分示意圖；圖3示出根據圖1的硬體保護的印刷電路板結構的截面圖；圖4示出根據圖1的硬體保護的框形印刷電路板。
具體實施方式
在圖1中可以看出電路栽體1具有印刷電路板2形式的第一子組件， 該印刷電路板2具有待保護電路的若干元件3。印刷電路板2具有保護 層形式的導體結構4，作為用於檢測對該待保護電路的訪問的多層連線 的一部分。此外印刷電路板2還具有將待保護電路的信號導線和電壓源6引向電路載體之外的引線5。該引線5穿過包圍內部空間的導體結構， 並在插入安裝位置6處結束。電路載體1還具有另一個印刷電路板7，該另一個印刷電路板具有 待保護電路的其它元件8。另 一個印刷電路板7的其它元件8設置在該另 一個印刷電路板朝向 印刷電路板2的設置了待保護電路的若干元件3的面的面上。待保護電 路的所有元件由此在印刷電路板2和另一個印刷電路板7之間位於形成 在這兩個印刷電路板之間的內部空間9中。印刷電路板2和另一個印刷電路板7通過框形印刷電路板10彼此 間隔，該框形印刷電路板10設置在這兩個印刷電路板之間並與印刷電 路板2和另一個印刷電路板7—起包圍內部空間9。印刷電路板2、另 一個印刷電路板7以及框形印刷電路板10分別實施為，使得待保護電 路的連線(Verdrahtung)和元件3、 8設置在印刷電路板2、另一個印 刷電路板7以及框形印刷電路板10的朝向內部空間9的面和/或區域上 和/或內部。這些連接和元件3、 8以及整個待保護電路完全被印刷電路 板2的導體結構4、另一個印刷電路板7的導體結構11以及框形印刷電 路板10的導體結構12形成的結構包圍，這些導體結構彼此電連接。導 體結構11、 12、 4在不同的印刷電路板之間的彼此連接通過接頭14進 行。接頭14不規則地設置。導體結構與實施為專用電子電路的、用於 檢測導體結構的損壞的檢測器裝置耦合。導體結構可以認為是屬於該檢 測器裝置。在外部環繞的連接框13與專用電子組件電耦合，從而形成 附加的保護功能。在環繞的連接框13和用於連接不同的印刷電路板的接頭14之間具 有環繞的導體結構35、 37，該導體結構與檢測器裝置電耦合。圖3示出印刷電路板2的結構。該印刷電路板2包括接地層21、針 對導體結構4的至少一個硬體保護網絡層22、至少一個硬體保護轉換連 接層(Hardwareschutz-Umverdrahtungslage ) 23、 至少一個功率源層 24、至少一個接地層25、多個信號層26、 27、 28。這些層的排列要這 樣選擇，使得保護層設置在外而信號層和電源層設置在內。在圖4中可以看出框形印刷電路板10的印刷電路板結構。框形印 刷電路板10由多層印刷電路板或多層陶瓷襯底組成，而該多層印刷電 路板或多層陶瓷襯底由具有導體結構15的n個導體層組成，其中兩個導體層之間的間距小於50(Him。為了將各個層彼此接觸以及將印刷電路 板2與另 一個印刷電路板7接觸，框形印刷電路板10包含鍍通孔(Plated Through Holes)形式的通孔16，該通孔垂直於各層地從印刷電路板2 分布到另一個印刷電路板。硬體形式的操縱保護因此直接集成在電子組件中，即集成在用於該 組件的印刷電路板2、 7中。由此利用檢測對位於電路載體1的內部空 間9中的電路進行的訪問的導體結構，為電路載體1形式的電子組件提 供了集成的硬體保護。為此該組件的實施方式是，該組件具有兩個子組件，其中這兩個子 組件僅在一面安裝了待保護電路的元件3、 8形式的部件。用於該子組件的印刷電路板2、 7這樣構成，即印刷電路板2、 7實 施為多層印刷電路板，其中連接元件3、 8所需要的內層和外層朝向安 裝面(Bestueckseite)，並且在印刷電路板背面、即安裝面的對面，沒 有向外引出的電貫通接觸。為此待保護電路的組件工作所需要的貫通接觸實施為掩埋的貫通 接觸(掩埋的導通孔)，或者子組件連接所需要的組裝層實施為具有等 離子蝕刻、照相平版印刷或通過雷射鑽孔產生的微導通孔-貫通接觸的 SBU結構(順序加層，Sequential Build Up )。為此在現有的核上順序 地敷設組裝層，並具有微導通孔。在安裝面上，子組件印刷電路板在安裝區域之外具有陣列形式的接 觸焊盤，該接觸焊盤用於稍後將兩個單面安裝的子組件"面對面"地通 過框形印刷電路板10以多層電路的形式彼此電連接。子組件的印刷電路板2、 7在安裝面的對面、即背向內部空間的面 上也具有多個導電層。這些導電層例如實施為具有導體結構4、 11的多 層銅層，這些銅層分別實施為非常精細地結構化的線路，通過線路的這 種實施結構，這些線路一次性小晶格地覆蓋整個層平面，但是也在不同 的層之間延伸。一層的導體寬度覆蓋絕緣間距以及下面的並通過電介質分離的層的一部分所屬線路。該線路同樣又通過掩埋的導通孔或微導通孔向內導通到組件。 該實施結構，即一層例如在x方向上具有這種由薄的銅線路形成的曲折結構以及下面或上面的層在y方向上具有這種通過電介質層隔開的結構，提供了防止組件受到機械操縱的硬體保護，由此線路4、 11向內 與該組件連接，並由此通過極其精細的結構化而在被外部訪問時遭到損 壞。由此發生導體結構4、 11的中斷和/或短路，該中斷和/或短路將記 錄在電路或組件中。精細導體的實施還可以在電阻漿料印刷中(具有限定的電阻值的集 成電阻)作為導體漿料(陶瓷厚層工藝)或具有碳墨的油墨印刷(具有 限定的電阻值的集成電阻)在所有稀土結構中進行，該稀土結構大面積 地通過至少一層產生小晶格的構成物，而且向內電連接到組件。子組件的至少一個印刷電路板2、 7還可以實施為柔性-剛性印刷電 路板，或可以在剛性印刷電路板上設置用於傳輸數據的柔性導線。在子組件的印刷電路板中，硬體保護層之間的介電間距選擇為，使 得即使在正面鑽孔時也會損壞正面之上和正面之下的保護層，由此觸發 保護機制。例如可以剛性地實施框形印刷電路板10,子組件的兩個印刷 電路板2、 7也可以實施為柔性電路。為了將兩個"面對面"設置的子組件連接起來，同樣類似於上面的 實施來構造印刷電路板。該印刷電路板構造為框形印刷電路板10，並實 施為多層，該多層通過其構造方式防止以後從正面攻擊整個組件。 一般 這會使各個層之間的間距小於500nm。電貫通接觸16位於保護電路的 布局內，該貫通接觸16在已安裝好的狀態下將兩個子組件電連接。在 包含線路或印刷電阻等形式的導體結構12用於保護功能的布局區域中， 為保護電路的各個層不規則地分布著隱蔽的貫通接觸。兩種貫通接觸類 型在框形印刷電路板10的框形的多層印刷電路板的表面和底面上實施 為連接焊盤(Anschlusspad)，該連接焊盤用於以後將各個子組件彼此 接觸。子組件與框形印刷電路板的電連接和機械連接可以通過焊接並接 著用粘合劑封閉焊接縫隙，通過層疊加，通過粘合接觸等等來進行。通過上述方式形成以印刷電路板形式集成在電路載體中的傳感器 系統，該傳感器系統用傳統的"高科技"印刷電路板工藝製造，而且可 以在電子組件製造的傳統安裝線上裝配和處理。此外還給出以下優點 直接在電子組件中提供和集成了更安全的、廉價的而且安裝沒有更多費 用的待處理安全系統，該安全系統可靠地檢測硬體攻擊。
權利要求
1.一種電路載體，該電路載體包圍用於待保護電路的元件(3，8)的內部空間(9)，並具有包圍該內部空間的導體結構(4，11，12)用於檢測對該電路的操縱，其特徵在於，所述元件(3，8)及其連線完全被印刷電路板(2)的導線結構(4)、另一個印刷電路板(7)的導體結構(11)以及框形印刷電路板(10)的導體結構(12)包圍，其中這些印刷電路板(2，7，10)分別通過環繞的連接框(13)彼此連接。
2. 根據權利要求1所述的電路載體，其特徵在於，該電路載體具有 印刷電路板(2)，該印刷電路板在其朝向內部空間(9)的面上和/或內 部具有待保護電路的至少一些元件(3)，並且在其背向內部空間(9) 的面上和/或內部具有一部分包圍該內部空間的導體結構(4)。
3. 根據權利要求2所述的電路載體，其特徵在於，所述印刷電路板 (2)是多層印刷電路板或多層陶瓷村底，具有針對包圍內部空間的導體結構(4)的層和用於連接待保護電路的所述一些元件(3)的層。
4. 根據權利要求2或3所述的電路載體，其特徵在於，用於連接待 保護電路的一些元件(3 )的層設置在所述印刷電路板朝向內部空間(9 ) 的面上和/或內部。
5. 根據權利要求2至4中任一項所述的電路載體，其特徵在於，待 保護電路的貫通接觸在所述印刷電路(2)中實施為掩埋的貫通接觸。
6. 根據權利要求3至5中任一項所述的電路載體，其特徵在於，為 了連接待保護電路的一些元件(3)，把將要在印刷電路板(2)中產生 的組裝層實施為順序加層的組裝層。
7. 根據權利要求3至6中任一項所述的電路載體，其特徵在於，該 電路栽體(1)具有另一個印刷電路板(7),該另一個印刷電路板與所 述印刷電路板(2)對置，在該另一個印刷電路板背向內部空間(9)的 面上和/或內部承載了一部分包圍內部空間的導體結構(11 )，而且尤其 是在該另一個印刷電路板朝向內部空間(9)的面上和/或內部具有待保 護電路的其它元件(8)。
8. 根據權利要求7所述的電路載體，其特徵在於，在所述印刷電路 板(2 )和所述另 一個印刷電路板(7 )之間設置框形印刷電路板(10 )。
9. 根據權利要求8所述的電路載體，其特徵在於，所述框形印刷電路板(10)是用印刷電路板工藝組裝的。
10. 根據上述權利要求之一所述的電路載體，其特徵在於，該電路栽體(1)是用印刷電路板工藝組裝的。
11. 根據上述權利要求之一所述的電路載體，其特徵在於，該電路載體(l)具有不規則排列的、用於連接檢測器裝置的接頭(14)，該檢 測器裝置用於檢測導體結構(4， 11， 12)的損壞。
12. 具有根據權利要求1至11中任一項所述電路載體的轉速表、汽 車、飛機、數據記錄器和/或自動取款機。
13. —種用於製造根據權利要求1至11中任一項所述電路載體的方法。
全文摘要
在電路載體中集成了硬體保護。由此提供了一種以印刷電路板形式集成在電路載體中的傳感器系統，該傳感器系統用傳統的「高科技」印刷電路板工藝製造，而且可以在電子組件製造的傳統安裝線上裝配和處理。
文檔編號H05K1/14GK101253823SQ200580051453
公開日2008年8月27日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者A·威默 申請人:西門子公司