PCB 리버스 엔지니어링

PCB reverse engineering
노후화로 인해 레거시 시스템의 유지 보수 및 수리가 어려울 수 있음

프린트 회로 기판의 리버스 엔지니어링('클로닝' 또는 PCB RE라고도 불립니다)은 기존 회로 [1]기판의 제조 및 설계 데이터를 정밀하게 또는 정확하게 복제하는 프로세스입니다.

회로 기판의 설계 데이터를 취득하는 것은, 악의적이거나 지적 재산권 절도를 목적으로 한 것이 아닙니다.역엔지니어링 프로세스에서 생성된 데이터는 트러블 슈팅, 수리, 재설계 및 재제조 또는 제한된 [2][3][4][5]환경에서 사용하는 장치의 보안 테스트에 사용할 수 있습니다.

사용하다

레거시 제품 지원

레거시 시스템은 의도한 라이프 사이클을 초과하여 작동하기 위해 유지보수 및 교체 부품이 필요합니다.더 이상 제조되지 않는 부품에 대한 수요는 DMS/DMS라고 불리는 부품의 자재 부족을 초래할 수 있습니다.

이러한 시스템과 부품의 노후화를 규제하고 계획하기 위해 전체 정부 부서가 만들어져야 한다는 요구가 많다.기술적 노후화의 영향을 일반적으로 받는 영역에는 발전소 제어, ATC 및 항공 제어, 의료 영상 시스템 및 군사 기술의 많은 측면이 포함된다.

70년대, 80년대 또는 90년대에 개발된 많은 레거시 시스템이 있습니다.이 시스템은 제조원은 더 이상 사업을 하지 않거나 원래의 설계 데이터를 가지고 있지 않지만, 원래의 기기는 여전히 사용되고 있습니다.많은 경우 부품이 기존 프레임워크와 적절히 "악수"할 수 있도록 또는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 테스트 요건을 [1]피하기 위해 정확한 형태, 핏 및 기능이 필요합니다.

(군용이나 항공우주 등) 규제가 엄격한 전자제품을 사용하는 업계에서는 이 접근방식을 통해 시스템 수리에 필요한 교체 부품을 제작하는 데 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있습니다.새로운 부품의 사양이 원래 설계와 정확히 일치하기 때문에 새로 설계되거나 수정된 회로 기판에 요구되는 것과 동일한 수준의 엄격한 재인증 및 테스트를 수행할 필요가 없습니다.

예를 들어, 플로리다의 한 전력 회사는 교체 부품도 없고 인쇄에 사용할 수 있는 데이터도 없는 저렴한 단일 PCB의 장애로 인해 문을 닫아야 했습니다.이 장애는 피크 사용 시간에 발생했으며, 그 시간에 정전이 발생하면 전력 회사에 [6]시간당 수천 달러의 비용이 발생할 수 있습니다.

한 엔지니어링 회사가 파괴 이미징 및 밀링 프로세스를 사용하여 PCB의 정확한 복사본을 생성하도록 PCB를 리버스 엔지니어링하는 데 성공했고, 발전소는 이후 정상 [7][8]작동을 재개할 수 있었습니다.

벤치마킹

이 프로세스를 사용하여 새로 인수한 제품, 시제품 PCB 또는 회사가 소유하지 않은 회로 기판에 대한 중요한 벤치마크 정보를 제공할 수 있습니다.예를 들어 회로 어셈블리를 리버스 엔지니어링하면 제조사가 보드의 설계 사양과 정확히 일치하는지 여부가 밝혀집니다.

이 프로세스를 사용하여 PCB에 내장된 위조 또는 악성회로가 없는지 검사하거나 회사에서 새 제품을 구입한 경우 제품에 [9][4]포함되어 있지 않을 수 있는 개략도 또는 기타 문서를 작성할 수 있습니다.

적층 제조와 함께 사용

역엔지니어링 프로세스의 데이터를 사용하여 멀티헤드 3D 프린터에서 적층 제조 기술을 사용하여 회로 기판을 즉시 수리 또는 재인쇄할 수 있습니다.

선박, 잠수함, 우주 또는 전진 배치와 같이 자원이 제한된 상황에서는 역엔지니어링 프로세스를 통해 승무원이 예비 부품을 가져오지 않고도 전자 기기를 유지할 수 있습니다.이상적인 시나리오에서는 제작진이 3D 프린터와 함께 사용할 설계 데이터에 액세스할 수 있지만, PCB에 적합한 데이터가 없는 경우, 제작자가 추가로 [10]제작하기 위해 수중에 있는 아티팩트를 리버스 엔지니어링해야 합니다.

방법들

종류들

파괴적 RE

파괴적 리버스 엔지니어링(DRE)은 다양한 밀링 기술 또는 공구로 보드의 모든 레이어를 이미징한 후 제거하는 공정입니다.이 방법에서는 거의 모든 카메라 또는 이미지 소스를 사용할 수 있지만, 특수 제작된 RE 시스템은 보드의 설계 데이터를 매우 정확하게 복제할 수 있도록 보정된 이미지 소스를 사용합니다.이를 통해 엔지니어는 원래 PCB의 정확한 형태, 핏 및 기능을 일치시킬 수 있습니다.이 방법의 단점은 PCB가 파괴된다는 것입니다.데이터가 존재하는 마지막 남은 회로 카드로부터 온 경우 파괴 프로세스의 마지막에 회로 기판이 거의 남아 있지 않기 때문에 샘플과 비교할 수 없습니다.또한, 구리가 손상되지 않도록 밀링 공정 중에 주의해야 합니다.구리 영역이 이미징되기 전에 제거될 경우 이는 데이터가 영구적으로 손실되는 것을 나타냅니다.이는 PCB의 기존 문서 또는 두 번째 동일한 [9]보드의 리버스 엔지니어링을 통해서만 해결할 수 있습니다.

비파괴 RE

회로 기판의 사진
같은 회로 기판의 X선.

NDRE(Non-Destructive Reverse Engineering Technology)에 대한 요구와 요구가 높아지고 있습니다.특히 위에서 설명한 것과 같은 시나리오에서는 사용할 수 있는 PCB가 1개뿐입니다.비파괴 PCB RE(NDRE)는 회로 기판 자체가 프로세스 중에 파괴되지 않는 것을 의미합니다.다만, 대부분의 비파괴 기술에서는, 기판의 표면으로부터 컴퍼넌트를 떼어낼 필요가 있습니다.

DRE와 NDRE 방법의 주된 차이점은 새로운 데이터가 생성되기 전에 보드의 이미지를 캡처하는 방법입니다.경우에 따라서는 보드의 상단과 하단의 광학 이미지가 캡처된 후 보드 내부 레이어의 X선 이미지와 병합됩니다.보드의 모든 레이어의 이미지가 캡처되면 디지털 제조 데이터를 생성하는 프로세스는 파괴 [2][4]프로세스와 유사합니다.

X선 컴퓨터 단층 촬영

웹 카메라의 CT 스캔을 통해 PCB의 흔적을 명확하게 알 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 X선 컴퓨터 단층 촬영 기반 이미징 프로세스는 회로 기판의 이미지를 잘 포착하여 각 층과 각 층의 특징을 분리할 수 있을 정도로 발전했습니다.단순한 보드의 경우 X선 또는 CT 스캔은 파괴 밀링 없이 보드를 리버스 엔지니어링하기에 충분한 고해상도 이미지를 제공할 수 있습니다.

일반적으로 고해상도 CT 스캔 기계는 보드의 이미지를 2D 슬라이스로 캡처하여 각도와 강도를 변화시킵니다.그 결과 얻은 보드의 이미지 캡처는 계산적으로 3D 볼륨 모델로 조립되어 각 층의 이미지를 추출할 수 있습니다.CT 스캔, 볼륨 데이터 재구성 및 회로층 추출 절차를 개선하기 위한 추가 연구가 현재 진행 중입니다.

원칙적으로 이 과정은 매우 단순해 보이지만 회로층의 비평탄성, 해상도와 크기 제한, X선 인공 작용과 같은 특정 문제는 사용 가능한 회로 [4][11]이미지의 추출을 매우 복잡하게 만듭니다.

X선/CT 이미징 프로세스에는 해상도, 장비 비용, 빔 경화 및 이미지를 왜곡하거나 역엔지니어링 프로세스에 사용하기 어려운 기타 X선 아티팩트 등 여러 가지 단점이 있습니다.또한 일부 IC 칩은 강력한 X선에 노출되어 손상될 수 있으므로,[4] 재사용을 위해 부품을 회수할 경우 이미지 생성 전에 보드의 용량을 줄여야 합니다.

또 하나의 단점은 회로기판 설계 데이터 생성에 사용되는 이미지 작성에 걸리는 시간입니다.한 연구에서는 Versa 510 X선 기계를 사용하여 약 5인치 × 8인치(130mm × 200mm) 크기의 6층 보드를 이미지화했습니다. 클라우드 데이터의 이미징 및 처리를 완료하는 데 18시간 이상이 걸렸습니다.이에 비해 파괴적 역엔지니어링은 숙련된 [4]오퍼레이터에 의해 2시간 이내에 동일한 6층 보드의 고해상도 보정 광학 이미지를 매우 낮은 비용으로 생성할 수 있습니다.

비행 프로브 테스트

많은 경우 Flying Probe Test Machine(FPT 머신)을 사용하여 회로 기판에서 데이터를 생성할 수도 있습니다.파괴 방법과는 달리 이 프로세스에서는 일반적으로 PCB를 재사용할 수 있습니다.그러나 이 프로세스에서 유일하게 출력되는 것은 넷리스트라고도 불리는 보드상의 표면 패드간의 접속 리스트입니다.

넷 리스트는 PCB의 전기 접속에 전적으로 의존합니다.PCB가 라이프 사이클에 걸쳐 파손 또는 박리되었을 경우, 배럴 경유 또는 구리 트레이스 중 하나가 파손되었을 가능성이 있습니다.또, PCB의 내층에 파손이 발생했을 경우, FPT 오퍼레이터는 파손을 알 수 없습니다.결과물 넷리스트는 트랙의 단절을 반영하며, 도식이나 추가 보드를 제작하는 데 사용해서는 안 됩니다.게다가 넷 리스트는, 다른 컴포넌트 핀이 접속되어 있는지 아닌지를 파악할 수 있는, 매우 좁은 데이터 형식입니다.동선회로의 내부 형상에 관한 정보는 없습니다.동선회로의 내부 형상은 전파방출회로 또는 차동신호를 가진 회로의 적절한 기능에 매우 중요합니다.이 방법으로는 동일한 PCB를 작성할 수 없습니다.이러한 단점은 일반적으로 이 방법이 도식 작성 또는 문제 슈팅 및 복구 [9]목적으로 예약되어 있음을 의미합니다.

영화들

데이터 처리 및 저장의 디지털 시대 이전에는 PCB 설계자가 회로 기판의 광저항 제작 프로세스에 사용된 Mylar/BoPET 제도 필름에 디자인을 만들어 저장했습니다.이 필름들은 종종 이사회의 디자인 데이터의 유일한 복사본이었습니다.주로 PCB를 제조하는 데 사용되었지만 자체 스토리지 미디어로도 두 배로 활용되었습니다.궁극적으로 이러한 필름은 시간과 사용에 따라 분해될 수 있으므로, 향후 제작에 사용하기 위해 디자인이 이미징되고 벡터 포맷으로 변환되어야 합니다.필름 세트의 리버스 엔지니어링은 PCB의 리버스 엔지니어링과 거의 동일한 프로세스입니다. 각 레이어가 이미징되고 다른 회로 [1]레이어에 대해 거버/벡터 데이터가 생성됩니다.

최종 출력 및 재생

보드가 파괴적 방법을 사용하든 비파괴적 방법을 사용하든 그 결과 넷리스트를 얻을 수 있습니다.넷리스트 자체는 동일한 치환을 작성하기 위해 사용할 수 없지만, 도식처럼 보드의 지원 데이터를 생성하기 위해 사용할 수 있습니다.넷리스트는 단순히 보드의 모든 연결을 나열하는 단순한 ASCII 기반 텍스트 파일인 반면, PCB Schematic은 동일한 정보를 보다 시각적으로 릴레이합니다.

또한 BOM(Bill of Materials) 및 컴포넌트 Pick and Place 데이터와 개략도를 통합하여 트러블 슈팅 시나리오에서의 조작성을 높일 수 있습니다.또, 새로운 PCB 설계의 베이스로서도 사용할 수 있습니다.파괴적인 RE 프로세스를 사용한 경우 또는 X선 이미징을 사용하여 모든 PCB 레이어의 이미지를 캡처한 경우 결과 데이터에는 넷리스트, BOM 및/또는 개략도뿐만 아니라 보드의 구리 레이어의 완전한 그래픽 레이아웃도 포함되어야 합니다.이 데이터는 다양한 형식으로 나타낼 수 있지만 리버스 엔지니어링 프로세스에서 생성되는 가장 일반적인 dada 형식은 다음과 같습니다.

리버스 엔지니어링 프로세스에서 생성된 데이터는 즉시 PCB 제조업체로 전송되어 복제/"클론" PCB를 제작하거나 지원 문서 작성에 사용할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d "Service Bureau". ScanCAD International. Retrieved 2020-03-30.
  2. ^ a b Ng, Keng Tiong (28 February 2015). The art of PCB reverse engineering : unravelling the beauty of the original design. ISBN 978-1-4993-2344-3. OCLC 950950597.
  3. ^ Torrance, Randy; James, Dick (2009), "The State-of-the-Art in IC Reverse Engineering", Lecture Notes in Computer Science, Springer Berlin Heidelberg, pp. 363–381, doi:10.1007/978-3-642-04138-9_26, ISBN 978-3-642-04137-2
  4. ^ a b c d e f Asadizanjani, Navid; Tehranipoor, Mark; Forte, Domenic (2017). "PCB Reverse Engineering Using Nondestructive X-ray Tomography and Advanced Image Processing". IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology: 1–8. doi:10.1109/tcpmt.2016.2642824. ISSN 2156-3950. S2CID 9649818.
  5. ^ "PCB". Retrieved 2023-03-07.
  6. ^ "SAS Output". www.eia.gov. Retrieved 2020-03-31.
  7. ^ "PCB Reverse Engineering". ScanCAD International. Retrieved 2020-03-31.
  8. ^ "SAS Output". www.eia.gov. Retrieved 2020-03-31.
  9. ^ a b c d PCB Reverse Engineering, retrieved 2020-03-31
  10. ^ "nScrypt partners with ScanCAD International in Additive/FDM PCB manufacturing!". ScanCAD International. 2019-08-26. Retrieved 2020-03-31.
  11. ^ Botero, Ulbert & Wilson, Ronald & Lu, Hangwei & Rahman, Mir & Mallaiyyan, Mukhil & Ganji, Fatemeh & Asadizanjani, Navid & Tehranifoor, Mark & Woodard, Damon & Forte, Domainic.(2020).Reverse Engineering을 통한 하드웨어 신뢰와 보증: 이미지 분석과 머신 러닝의 관점에서 본 조사와 전망.