Odwiedziłam niedawno warszawską siedzibę firmy TechInsight, gdzie inżynierowie rozkładają na części pierwsze różne urządzenia elektroniczne i sprawdzają, z czego i w jaki sposób zostały wykonane. Analizują budowę wszystkich podzespołów umieszczonych na płytkach PCBA i pozostałych komponentów używanych w nowoczesnych sprzętach. Identyfikują bloki funkcjonalne w układach scalonych i opisują charakterystykę ich pracy. Potem tworzą raporty materiałowe, schematy elektryczne i weryfikują zgłoszone patenty. A dlaczego to robią? Bo są ciekawi co jest w środku, podobnie jak klient, który zlecił im to zadanie.

Zdjęcie X-Ray obudowy wraz ze zdjęciami dwóch układów scalonych wewnątrz oraz z połączeniami z pinami zewnętrznymi. Piotr Muniak, dyrektor zarządzający w firmie TechInsight

– Od samego początku naszym głównym założeniem było wspieranie innowacyjności na rynku elektroniki. Mogliśmy to robić zarówno obserwując dynamiczne zmiany w produktach i technologii, jak i wykonując analizę odwrotną (ang. reverse engineering) – powiedział Piotr Muniak, dyrektor zarządzający, który w TechInsights pracuje już 25 lat.

Pierwsza spółka została założona w 1989 roku w kanadyjskiej Ottawie, pod nazwą Semiconductor Insights. Od tego czasu rozwijała się i nawiązywała kontakty na całym świecie, poszukując również do współpracy inżynierów elektroników. Znalazła ich w Polsce i w 2000 roku powstał w Warszawie oddział, zwany przez pracowników hubem inżynieryjnym, pod kierownictwem mgr. Jacka Drozdowicza. Firma specjalizowała się w analizie układów elektronicznych, analizach patentowych, a później rozszerzyła działalność o analizę całych urządzeń elektronicznych.

– Analiza polega na rozpoznaniu w układzie scalonym pojedynczych tranzystorów, rezystorów, kondensatorów oraz bramek logicznych i połączeń między nimi. W oparciu o pozyskane dane i wykonane zdjęcia budujemy logiczne schematy elektryczne. Trochę to przypomina układanie puzzli, ale bez obrazka i ze świadomością, że duża ich cześć pasuje kształtem do wielu miejsc. To, gdzie je umieścimy i co będzie efektem końcowym, zależy w głównej mierze od wiedzy i doświadczenia osoby, która organizuje schemat – wyjaśnił Piotr Muniak.

Przykładowe zdjęcie pamięci flash wraz z identyfikacją położenia bufora wejściowego danych

– Pierwotnie otrzymywaliśmy próbki układów scalonych z naszego głównego laboratorium w Ottawie. Grupa technologów przygotowywała tam niezależną próbkę układu scalonego dla każdej warstwy metalizacji oraz „polikrzemu” i „dyfuzji”. Następnie każda z tych warstw była już w Polskim biurze fotografowana przy pomocy mikroskopu optycznego z automatycznym przesuwnym stołem oraz zamontowanym aparatem. Ponieważ nie było jeszcze wówczas technologii cyfrowych, używaliśmy analogowych, na klisze. Wielkość fotografowanych obszarów układu scalonego była różna, ale zazwyczaj oscylowała wokół 10 do 50 klisz czyli od 360 do 1800 zdjęć na jedną warstwę.

Przykładowy schemat elektryczny

– Ponieważ interesujący fragment był dokumentowany ruchem skanującym, po wywołaniu klisz i zrobieniu odbitek, należało je ze sobą skleić, aby uzyskać jednolity obraz danego obszaru. Tak powstawały zdjęcia warstw, które dla łatwiejszego przenoszenia zwijaliśmy w rolki, ponieważ ich długość sięgała nawet do 200m. Następnie trzeba było prześledzić połączenia pomiędzy pojedynczymi tranzystorami lub modułami, aby zbudować z nich logiczne schematy. Ponieważ rolki, ze względu na swój rozmiar, musiały leżeć na podłodze, należało na sobie położyć tyle warstw, ile warstw metalizacji miał układ scalony, w taki sposób, aby móc namierzyć przejścia połączeń pomiędzy poszczególnymi warstwami. Nie było innego wyjścia – musieliśmy „turlać” sobie te rolki i używając flamastrów zapisywać nazwy połączeń na ścieżkach widocznych na zdjęciach, aby się nie pogubić – wspominał dyrektor TechInsight.

Podczas naszej rozmowy Piotr Muniak z uśmiechem opowiadał, jak wracając w tamtych czasach do domu, był bardziej pomalowany niż jego dziecko po całym dniu zabawy w przedszkolu. Dodał też, że nie potrzebował w tamtych czasach siłowni, bo miał w pracy podczas przewijania rolek dużo ruchu, czyli kucania, wstawania, klękania, schylania, przenoszenia ciężaru z nogi na nogę, z nogi na rękę itd.

– Ponieważ praca na podłodze nie należała do najwygodniejszych, cały czas zastanawialiśmy się, jak wstać z kolan. Nawet ochraniacze nie pomagały, ani tym bardziej poduszki, bo mogły na końcu wylądować pod głową i zachęcić do drzemki. Stwierdziliśmy więc, że wywołane zdjęcia, zamiast sklejać fizycznie, można skanować i obrabiać w postaci cyfrowej. I ten sposób rozpoczęliśmy prace nad naszym autorskim oprogramowaniem, którego udoskonaloną wersję używamy do dzisiaj.

Przykład layoutu „wordline driver” na czterech kolejnych warstwach

– Technologia miniaturyzacji w mikroelektronice wykonała ogromy postęp. Kiedy dołączyłem do TechInsight w 2000 roku, pracowaliśmy na układach w technologii CMOS, z długością kanału rzędu 100 – 160 nanometrów i mieliśmy 2-4 warstwy metalizacji do wykonania połączeń. Obecnie analizujemy układy, które zawierają 16-18 warstw metalizacji i są wykonane w technologii FinFET, z wielkością kanału rzędu 3-4 nanometry.

Obecnie do obrazowania układów potrzebny jest bardzo zaawansowany sprzęt, jak np. mikroskop elektronowy SEM (Scanning Electron Microscope) oraz TEM (Transmission Electron Microscope). Takie urządzenia znajdują się – według polskiego dyrektora zarządzającego – w głównym laboratorium firmy TechInsight w Ottawie, gdzie przygotowywane są próbki do fotografowania układów elektronicznych oraz ich analizy technologicznej, parametrowej i strukturalnej.

Skaningowy mikroskop elektronowy; SEM (Scanning Electron Microscope)

Transmisyjny mikroskop elektronowy. TEM (Transmission Electron Microscope)

Zaawansowany system przygotowywania próbek – generator wiązki jonów (Ion Beam)

Analiza urządzeń elektronicznych

– Dodaliśmy ją do naszego portfolio usług w 2012 roku. Analiza polega na demontażu oraz identyfikacji wszystkich elementów, z których zbudowane jest urządzenie elektroniczne. Na podstawie funkcji i informacji na obudowie, identyfikujemy wszystkie zintegrowane układy scalone, zaglądamy również do ich wnętrza – powiedział Piotr Muniak.

Obudowa, tzw. package” to „pudełko” które służy do zabezpieczenia układu scalonego i zapewnienia jego połączenia z płytką, przeważnie PCB. Układ scalony to „kawałek” materiału półprzewodnikowego zawierającego układy elektroniczne: „die”.

Zdjęcie X-Ray obudowy wraz ze zdjęciami dwóch układów scalonych wewnątrz oraz z połączeniami z pinami zewnętrznymi

Podłączenie obudowy układu scalonego na płytce PCB

– Na każdym etapie demontażu urządzenia wykonujemy dokumentację fotograficzną, która służy nam później do przygotowania końcowego raportu. Identyfikacji podlega każdy element, czyli z ilu i jakich części się składa np. soczewka aparatu w smartfonie. Podejrzewam, że niewiele osób zdaje sobie sprawę, że tak mała kamera zbudowana jest z wielu części – stwierdził Piotr Muniak.

Przykład elementów kamery aparatu fotograficznego z jednego z topowych smartfonów

– Analizując wszystkie komponenty określamy koszty ich wytworzenia i oszacowujemy cenę końcową urządzenia. Bierzemy również pod uwagę volumen produkcji. Przekrój urządzeń poddawanych badaniu jest bardzo szeroki – podkreślił dyrektor TechInsight.

Najszerszą, poddawaną analizie odwrotnej grupą są smartfony oraz urządzenia mobile. Kolejna to laptopy i tablety, urządzenia wearables, czyli inteligentne zegarki, opaski i inne elektroniczne gadżety noszone przez człowieka. Oprócz tego konsole do gier, kontrolery i zestawy słuchawkowe, domowe urządzenia do komunikacji (głośniki, rutery, sprzęty do streamingu), pamięci masowe – głównie dyski SSD i elektronika samochodowa, jak jednostki centralne czy wzmacniacze audio.

Laboratorium TechInsight

Piotr Muniak zapewnił, że jego inżynierowie są w stanie przeanalizować każde urządzenie, począwszy od bardzo małych, po bardzo duże, jak na przykład telewizory, drony, odkurzacze automatyczne, inteligentne żarówki itd.

Analiza Patentowa

TechInsight od wielu lat zajmuje się również szeroko pojętą analizą patentową. Można ją podzielić na trzy zakresy:

1. Ocena wartości patentów we własnym portfolio. Ilość opatentowanych innowacji nie zawsze przekłada się na ich jakość. Zadaniem firmy – jak to określił dyrektor Muniak – jest ocena wartości tych patentów względem obecnej i rozwijającej się technologii. Inaczej mówiąc określenie prawdopodobieństwa znalezienia opatentowanych rozwiązań w istniejących lub bliskich wdrożenia produktach.
2. Monetyzacja posiadanych patentów. Dzięki narzędziom do oceny patentów TechInsights może wskazać te wartościowe oraz takie, które mogą zostać naruszone w urządzeniach obecnych na rynku.
3. Dowody naruszenia patentu. Dzięki ekspertyzom inżynierów warszawskiego hubu, klienci mogą zbudować silniejsze argumenty w celu udowodnienia naruszenia patentowego. Pełna dokumentacja techniczna wskazuje, jakie zastrzeżone elementy znajdują się w analizowanych urządzeniach czy układach scalonych.

Fotografowanie poszczególnych elementów urządzeń elektronicznych w Laboratorium TechInsight

Analiza biznesowa rynku elektroniki

– W ostatnich latach poszerzyliśmy naszą ofertę o analizę biznesową rynku elektroniki oraz analizę produkcji, cen i łańcucha dostaw komponentów elektronicznych. Z jednej strony dostarczamy klientom informacje ściśle techniczne, jak analizy procesów, parametrów pojedynczych tranzystorów i materiałów wykorzystywanych przy produkcji układów scalonych. Z drugiej przedstawiamy np. analizy kosztów budowy fabryki przyrządów półprzewodnikowych lub cen komponentów, żeby klienci wiedzieli, że nie przepłacają. Pomagamy im w podejmowaniu świadomych decyzji zarówno projektowych i produktowych, jak i strategicznych, dotyczących planowanego rozwoju firmy.

Platforma TechInsight

– Obecny model biznesowy TechInsight opiera się na subskrypcji i dostarczaniu odbiorcom treści podzielonych na grupy tematyczne i kanały informacji. Niektóre analizy dostępne są bez opłat, a te bardziej szczegółowe po wykupieniu pełnego dostępu – powiedział na koniec naszej rozmowy Piotr Muniak i zaprosił mnie do zwiedzania pomieszczeń, w których inżynierowie „psują” urządzenia. Miałam okazję zobaczyć, jak jeden z nich odkleja wyświetlacz w smartfonie, a inny spiłowuje obudowę mikrokontrolera.

Zdjęcia zostały udostępnione przez Piotra Muniaka, dyrektora polskiego oddziału TechInsight.