CN114630521A - 具有密封的内部隔间内的结构材料的篡改响应组装件 - Google Patents

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Abstract

提供了篡改响应组装件，其包括电路板、安装到电路板的外壳组装件、以及压力传感器。电路板包括电子组件，并且外壳组装件被耦合到电路板以将电子组件包封在安全容积内。该外壳组装件包括具有密封的内部隔间的外壳，以及在外壳的密封的内部隔间内的结构材料。外壳内的结构材料抑制由于密封的内部隔间的压力和至少部分围绕外壳的压力之间的压力差而引起的外壳的偏斜。压力传感器感测外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。

Description

具有密封的内部隔间内的结构材料的篡改响应组装件
技术领域
本申请涉及一种篡改响应组装件(assembly)及其制造方法。
背景技术
许多活动需要安全电子通信。为了促进安全电子通信，加密/解密系统可以在包括在连接到通信网络的设备中的电子组件或电路板组件上实施。这种电子组件是恶意分子的诱惑目标，因为它可能包含用于解密所截取的消息或用于编码欺诈性消息的代码或密钥。为了防止这种情况，电子组件可以安装在外壳中，然后将其包裹在安全传感器中并用聚氨酯树脂封装。在一个或多个实施例中，安全传感器可以是绝缘材料的网或片，其上制造有电路元件，诸如紧密间隔的导线。如果传感器被撕裂，则电路元件被中断，并且撕裂可以被感测以便产生警报信号。可以将报警信号传送到监测电路，以便揭示对组件完整性的攻击，触发擦除存储在电子组件内的加密/解密密钥。
发明内容
在一个或多个方面，本文提供了一种篡改响应组装件，其包括电路板、安装到电路板的外壳组装件、以及压力传感器。电路板包括电子组件，并且外壳组装件被安装到电路板以将电子组件包封在安全容积内。外壳组装件包括外壳和结构材料。该外壳包括在该外壳内的密封的内部隔间，并且该结构材料在外壳的密封的内部隔间内。外壳内的结构材料抑制由于密封的内部隔间的压力和至少部分在外壳周围的压力之间的压力差而引起的外壳的偏斜(deflection)。压力传感器感测外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
在另一方面，提供了一种篡改响应组装件，其包括电路板、多个电子组件、第一外壳组装件、第二外壳组装件和压力传感器。电路板包括第一侧和第二侧，第一侧和第二侧是电路板的相对侧。多个电子组件包括耦合到电路板的第一侧的至少一个第一电子组件和耦合到电路板的第二侧的至少一个第二电子组件。第一外壳组装件被安装到电路板的第一侧，以将耦合到电路板的第一侧的至少一个第一电子部件包封在安全容积的第一腔室内。第一外壳组装件包括外壳和结构材料。该外壳具有在外壳内的密封的内部隔间，并且该结构材料在外壳的密封的内部隔间内。外壳内的结构材料抑制由于密封的内部隔间的压力和至少部分围绕外壳的压力之间的压力差而引起的外壳的偏斜。第二外壳组装件被安装到电路板的第二侧，以将耦合到电路板的第二侧的至少一个第二电子隔间包封在安全容积的第二腔室内。压力传感器感测第一外壳组装件的外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
在另一方面，提供了一种制造篡改响应组装件的方法。该方法包括提供具有电子组件的电路板，以及将外壳组件安装到电路板，以将电子部件包封在安全容积内。外壳组件包括外壳和结构材料。该外壳包括在外壳内的密封的内部隔间，并且该结构材料在外壳的密封的内部隔间内。外壳内的结构材料抑制由于密封的内部隔间的压力和至少部分围绕外壳的压力之间的压力差而引起的外壳的偏斜。该方法还包括提供压力传感器以感测外壳的密封内隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
通过本文所述的技术实现了额外的特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的方面的一部分。
附图说明
本发明的一个或多个方面作为示例在说明书结尾处的权利要求中被特别指出并清楚地要求保护。从下面结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1A是防篡改电子封装或篡改响应组装件的一个实施例的截面正视图，其(部分地)包括外壳和具有嵌入的篡改检测电路的多层电路板；
图1B是图1A的多层电路板的俯视图；
图2示出了具有至少部分地形成至少一个篡改检测电路的导电线的篡改响应传感器的一个实施例；
图3是图1A和图1B的篡改响应组装件的更详细实施例的部分截面正视图，包括(部分地)外壳和具有嵌入的篡改检测电路的多层电路板；
图4示出了根据本发明的一个或多个方面的制造具有嵌入的篡改检测电路的多层电路板的过程的一个实施例；
图5是根据本发明的一个或多个方面的篡改响应组装件的一个实施例的等轴视图；
图6A-图6C描绘了篡改响应组装件的一个实施例，其示出了利用外壳的密封的内部隔间的正压或负压的可能的外壳偏斜；
图7A和图7B是根据本发明的一个或多个方面的具有位于密封的内部隔间内的结构材料的篡改响应组装件(例如图5所示)的其它实施例的截面正视图；
图8A是根据本发明的一个或多个方面的篡改响应组装件的结构材料的局部示图；
图8B是根据本发明的一个或多个方面的图8A的结构材料的一个实施例的放大视图；
图9A-图9D描绘了根据本发明的一个或多个方面的制造具有诸如图7B所示的结构材料的篡改响应组装件的外壳的过程的一个实施例；
图10A示出了根据本发明的一个或多个方面的具有环氧树脂涂层的结构材料的另一实施例，该环氧树脂涂层限定篡改响应组装件的外壳；
图10B是根据本发明的一个或多个方面的具有诸如图10A中所示的外壳的篡改响应组装件的另一实施例的截面正视图；以及
图11是根据本发明的一个或多个方面的篡改响应组装件的又一实施例的横截面正视图，其中外壳具有多个密封的内部隔间，这些隔间具有结构材料。
具体实施方式
下面参考附图中示出的非限制性示例更全面地解释本发明的各方面及其某些特征、优点和细节。省略了对公知材料、制造工具、处理技术等的描述，以免不必要地使本发明在细节上变得模糊。然而，应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了本发明的各方面，但仅以说明的方式给出，而不是以限制的方式给出。对于本公开，在本发明的基本概念的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或布置对于本领域技术人员将是显而易见的。还应注意，下面参考附图，为了便于理解，附图没有按比例绘制，其中在不同附图中使用的相同附图标记表示相同或相似的部件。而且，注意，本文公开了许多发明方面和特征，并且除非不一致，否则每个公开的方面或特征可根据需要与任何其它公开的方面或特征组合，以用于特定应用，例如，篡改响应组装件。
图1A和图1B描绘了防篡改电子封装或篡改响应组装件100的一个实施例，其包括一个或多个电子组件，诸如耦合到多层电路板110的电路115和/或电子器件(或元件)102。
共同参考图1A和图1B，电路115位于多层电路板110上或嵌入在多层电路板110中，其还具有有助于部分地限定与多层电路板110相关联的安全容积101的嵌入的篡改响应传感器111，其(在一个或多个实施例中)延伸到多层电路板110中。特别地，在图1A和图1B的实施例中，安全容积101可以部分地存在于多层电路板110内，并且部分地存在于多层电路板110上方。一个或多个电子设备102被安装到安全容积101内的多层电路板110，并且可以包括例如一个或多个加密模块和/或解密模块和/或相关联的组件，以在防篡改电子封装内受到保护。在一个或多个实施方式中，要保护的一个或多个电子组件可以包括例如计算机系统的安全通信卡的组件。
防篡改电子封装100还包括外壳120，诸如基座型外壳，其在例如在多层电路板110的上表面内形成的连续凹槽(或沟槽)112内安装到多层电路板110，并且例如经由设置在连续凹槽112内的结构粘合剂固定到多层电路板110。在一个或多个实施例中，外壳120可以由导热材料制成，并且作为散热器操作，以有助于冷却安全容积内的一个或多个电子组件102。安全网(security mesh)或篡改响应传感器121可以与外壳120相关联，例如，围绕外壳120的内表面缠绕，以有助于与嵌入在多层电路板110内的篡改响应传感器111组合地限定安全容积101。在一个或多个其他实施方式中，可以使用例如诸如环氧树脂或其他粘合剂的接合材料将外壳120牢固地固定到多层电路板110的表面(没有连续的凹槽)。
简言之，在一个或多个示例中，篡改响应传感器121可以包括一个或多个篡改检测层，篡改检测层包括设置在结构层的一侧或两侧上的电路线或迹线，在一个或多个实施方式中，结构层可以是柔性绝缘层或膜。柔性层的一侧或两侧上的电路线可以具有线宽并且具有节距(pitch)或线到线的间隔，使得在任何点处对层的刺穿(piercing)导致对一个或多个电路线或迹线的损坏。在一个或多个实施方式中，电路线可以定义一个或多个导体，其可以在网络中电连接到例如监测线路上的电阻的外壳监测器或检测器103。对由切割或损坏一个或多个线路引起的电阻变化的检测将导致自动擦除安全容积内的信息。篡改响应传感器的导线可以是任何期望的图案，诸如正弦图案，以使得更难以破坏篡改检测层而不被检测到。
对于电阻监测，可以采用各种材料来形成电路线。例如，电路线可以由金属或金属合金形成，诸如铜或银，或者可以由例如本征导电聚合物、碳墨或镍磷(NiP)或由加利福尼亚(USA)的卡尔弗城的Omega技术公司提供的
Figure BDA0003381432550000051
或由亚利桑那州(USA)的钱德勒(Chandler)的Ticer技术提供的TicerTM形成。形成精细电路线或迹线所采用的工艺部分地取决于用于电路线的材料的选择。例如，如果制造铜电路线，则可以采用诸如镀铜迹线的添加处理，或者诸如蚀刻掉迹线之间的不需要的铜的减去处理。
如上所述，在一个或多个实施方式中，加衬在外壳120的内表面的或者甚至直接印刷到形成在外壳120的内表面上的一个或多个层上的(多个)篡改响应传感器的电路线可以被连接以限定一个或多个检测网络。
如果在外壳120的内表面上使用柔性层，则柔性层可以由结晶聚合物材料形成。例如，结晶聚合物可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚酰亚胺或其它结晶聚合物材料。有利地，结晶聚合物可以被制造得更薄，同时仍然保持柔性衬底的结构完整性，这也允许增强的折叠以及折叠之后传感器的更高可靠性。
如图1B所示，可以在多层电路板110内提供一个或多个外部电路连接通孔113，用于电连接到安全容积101内的一个或多个电子组件。这些一个或多个外部电路连接通孔113可以电连接到嵌入在多层电路板110内并且例如延伸到(或下面的)安全容积101的安全基部区域的一个或多个外部信号线或平面(未示出)。通过耦合到多层电路板110内的这种外部信号线或平面，可以提供到安全容积101的电连接和来自安全容积101的电连接。
如上所述，安全容积101的尺寸可以被确定为容纳一个或多个要保护的电子部件，并且可以被构造为延伸到多层电路板110中。在一个或多个实施方式中，多层电路板110包括在板中限定的安全容积101内的电互连，例如，用于将嵌入的篡改响应传感器111的一个或多个篡改检测层电连接到相关联的监测电路，该监测电路也与例如一个或多个子卡(诸如存储器DIMM、PCIe卡、处理器卡等)一起布置在安全容积101内。
注意，图1A和图1B中描述的封装实施例仅作为示例给出。可以采用外壳120或多层电路板110的其它配置，和/或可以使用耦合外壳120和多层电路板110的其它方法。例如，在一个或多个替代实施方式中，可以使用例如诸如环氧树脂或其他粘合剂的结构接合材料将外壳120牢固地固定到多层电路板110的上表面(没有连续的凹槽)。
图2描绘了篡改响应传感器200或安全传感器的篡改检测层205(或激光和穿刺响应层)的一个实施例的一部分。在图2中，篡改检测层205包括设置在诸如柔性层202的层的一个或两个相对侧上的电路线或迹线201，在一个或多个实施例中，该层可以是柔性绝缘层或膜。
图2示出了例如柔性层202的一侧上的电路线201，其中薄膜的相对侧上的迹线例如具有相同的图案，但是(在一个或多个实施例中)偏移成位于电路线201之间的间隔203的正下方。如下所述，柔性层一侧上的电路线可以具有线宽Wl，并且具有节距或线到线间隔Ws，使得在任何点对层205的刺穿都会导致对至少一个电路线迹线201的损坏。在一个或多个实施方式中，电路线可以串联或并联地电连接以限定一个或多个导体，该一个或多个导体可以在网络中电连接到外壳监测器，监测在一个或多个实施方式方式中，该外壳监测器可以监测线路的电阻。对由切割或损坏迹线之一引起的电阻增加或其它变化的检测将导致加密和/或解密模块内的信息被擦除。以图案(诸如正弦图案)提供导线201可以有利地使其更难以破坏篡改检测层205而不被检测到。注意，在这点上，可以以任何期望的图案提供导线201。例如，在替代实施方案中，如果需要，导电线201可以提供为平行、直的导电线，并且图案或图案的定向可以在层的侧之间及/或层之间变化。
如上所述，随着入侵技术的持续发展，反入侵技术需要继续改进以保持领先。在一个或多个实施方式中，图2的以上概述的篡改响应传感器200可以覆盖或加衬在外壳的内表面，以在要保护的至少一个电子组件周围提供安全容积。此外，篡改响应传感器，或更具体地，传感器的(多个)篡改检测电路，可以嵌入到下面描述的多层电路板内。
还应注意，当使用电阻监测来实施时，可以有利地采用各种材料来形成电路线。例如，电路线可以由印刷到这样的层的堆叠中的一个或多个柔性层202的一个或两个相对侧上的导电油墨(诸如含碳的导电油墨)形成。可替代地，可以使用金属或金属合金来形成电路线，诸如铜、银、本征导电聚合物、碳墨或镍磷(NiP)，诸如由加利福尼亚州(USA)的卡尔弗城的Omega技术公司提供的
Figure BDA0003381432550000071
或由亚利桑那州(USA)的钱德勒的Ticer技术提供的TicerTM。注意，以本文所述的顺序形成精细电路线或迹线所采用的工艺部分地取决于用于电路线的材料的选择。例如，如果制造铜电路线，则可以采用诸如镀铜迹线的添加处理，或者诸如蚀刻掉迹线之间的不需要的铜的减去处理。
通过进一步的示例，图3示出了防篡改电子封装100的更详细实施例的局部截面正视图，并且具体地，外壳120固定到其上的多层电路板110的局部截面正视图。在该配置中，嵌入的篡改响应传感器包括多个篡改检测层，其包括例如至少一个篡改检测垫(或基部)层300和至少一个篡改检测框架301。在所描绘的示例中，仅通过示例的方式示出了两个篡改检测垫层300和两个篡改检测框架(frame)301。最下面的篡改检测垫层300可以是在多层电路板110内和/或上方限定的安全容积下方完全延伸的连续感测或检测层。如果需要，安全容积101下方的一个或两个篡改检测垫层300可以被分成多个电路区。在每个篡改检测垫层内，或者更具体地，在每个篡改检测垫层的每个电路区内，可以以任何期望的配置提供多个电路或导电迹线。此外，篡改检测层内的导电迹线可以被实施为例如电阻层。
如图所示，在一个实施例中，一个或多个外部信号线或平面305可以进入两个篡改检测垫层300之间的安全容积101，然后通过以任何所需位置和图案布置的一个或多个导电通孔向上电连接到安全容积101中。在所示的配置中，一个或多个篡改检测框架301至少设置在由容纳外壳120的基部的连续凹槽112限定的区域之内。与外壳120相关联的(多个)篡改响应传感器121、篡改检测框架301和篡改检测垫层300一起限定安全容积101，其可部分地延伸到多层电路板110中。在部分地在多层电路板110内限定安全容积101的情况下，(多个)外部信号线305可以被牢固地电连接到例如安装到安全容积101内的多层电路板110或其的一个或多个电子组件。此外，安全容积101可以容纳多个篡改检测层300、301的导电迹线的电互连，例如，经由适当的监测电路。
通过将篡改检测垫层300(以及如果需要，篡改检测框架301)向外延伸超过外壳120的外围，可以提供附加的安全性。以这种方式，由于攻击将需要清除例如篡改检测垫层300、外壳120以及嵌入式篡改检测电路的篡改检测框架301，因此攻击线在外壳120和多层电路板110之间的界面处可能变得更加困难。
图1A-图2的多层电路板110的多种变化是可能的。例如，在一个实施例中，嵌入的篡改检测电路可以包括一个或多个篡改检测垫层300和一个或多个篡改检测框架301，诸如以上所描述的，以及三板结构，该三板结构包括夹在上接地平面与下接地面之间的一个或多个外部信号线或外部信号层。在该配置中，可以有助于信号到安全容积及从安全容积的高速传送，并且具体地，信号到驻留在安全容积内的一个或多个电子组件及从一个或多个电子组件的高速传送。
还应注意，一旦限定了安全容积，则取决于实施方式，可以根据需要将多层电路板110的层之间的安全容积内的导电通孔对准或偏移。导电通孔的对准可以有助于例如提供最短的连接路径，而偏移层之间的导电通孔可以通过使穿过或围绕多个篡改检测层中的一个或多个篡改检测层对安全容积的攻击更困难来进一步增强防篡改电子封装的安全性。
在电子电路或电子封装的多层电路板内形成的嵌入的篡改检测电路的篡改检测层可以包括在迹线端接点处的例如相应的输入和输出触点或通孔集合之间形成的多个导电迹线或线路。可以采用任何图案和任何数目的导电迹线或电路来界定篡改检测层或篡改检测层内的篡改检测电路区。例如，4、6、8等个导电迹线可以在给定的篡改检测层或电路区域内平行地(或以其它方式)形成在到那些导电迹线的相应的输入和输出触点集合之间。
在一个或多个实施方式中，多层电路板可以是例如通过构建板的多个层而形成的多层布线板或印刷电路板或卡。图4示出了用于在这样的多层电路板内形成篡改检测层并对其进行图案化的一个实施例。
如图4所示，在一个或多个实施方式中，诸如本文所公开的篡改检测垫层或篡改检测框架的篡改检测层可以通过提供材料堆叠来形成，该材料堆叠至少部分地包括诸如预浸(pre-preg)(或预浸渍(pre-impregnated))材料层等结构层401、用于定义所需迹线图案的迹线材料层402、以及要被图案化以定义电连接到迹线材料层402内(例如，在迹线端子点处)形成的迹线图案的导电触点或通孔的覆盖(overlying)导电材料层403。在一个或多个实施方式中，迹线材料层402可以包括镍磷(NiP)，并且覆盖导电层403可以包括铜。注意，这些材料仅通过示例的方式来标识，并且在堆积(build-up)400内可以使用其它迹线和/或导电材料。
在堆积400上提供第一光致抗蚀剂404，并用一个或多个开口405来图案化，通过该开口可以蚀刻覆盖导电层403。取决于所采用的材料和所使用的蚀刻工艺，可以期望第二蚀刻工艺来去除迹线材料层402的部分以限定题述的篡改检测层的导电迹线。然后，可以去除第一光致抗蚀剂404，并且在导电层403上提供第二光致抗蚀剂404’以保留诸如输入和输出触点。然后蚀刻导电层403的暴露部分，并且可以去除第二光致抗蚀剂404’，其中例如用粘合剂(或预浸料)406填充该层中的任何开口，并且提供下一个堆积层，如图所示。注意，在该实施方式中，蚀刻掉大部分覆盖导电层403，而仅在期望的地方保留导电触点或通孔，例如，在通过图案化迹线材料层402而在层内形成的迹线的端点处。注意，可以采用各种材料中的任何一种来形成篡改检测层内的导电线或迹线。镍-磷(NiP)作为材料是特别有利的，因为它能抵抗通过焊接的接触，或者使用导电粘合剂来接合到其上，使得在试图渗透到电子电路的受保护的安全容积中期间，它更难从一个电路或迹线桥接到下一个电路或迹线。可以采用的其它材料包括由加利福尼亚州(USA)的卡尔弗城的Omega技术公司提供的
Figure BDA0003381432550000091
或由亚利桑那州(USA)的钱德勒的Ticer技术提供的TicerTM。
在篡改检测层内的迹线或电路，并且具体地，嵌入的篡改检测电路的篡改检测电路区，连同监测外壳的篡改检测器，可以电连接到检测或比较电路，例如，在防篡改电子封装的安全容积101(图1A)内提供该电路。检测或监测电路可以包括各种桥接器或比较电路、以及安全容积101(图1A)内的常规印刷线路板电互连，例如，位于由篡改检测框架301(图3)和篡改检测垫层300(图3)所限定的安全容积内。
注意，有利地，不同篡改检测层上的不同篡改检测电路区域可以电互连到例如相同的检测电路中。因此，大量互连配置中的任何一种都是可能的。例如，如果两个篡改检测垫层中的每一个包含30个篡改检测电路区，并且两个篡改检测帧中的每一个包含4个篡改检测电路区，则例如，所得到的68个篡改检测电路区可以以任何配置被连接在安全容积内，以在安全容积内创建针对电阻的改变或篡改进行监测的电路网络的期望布置。注意，在这一点上，(多个)篡改响应传感器的电源或电池可以位于安全容积的内部或外部，其中传感器被配置为如果电源或电池被篡改则跳闸并破坏任何受保护的或关键数据。
作为进一步的示例，图5中描绘了防篡改电子封装或篡改响应组装件的一个实施例的等距视图，其中外壳500(诸如图1A的外壳120，或下面结合图6A-图11描述的外壳)被示出密封到多层电路板110以限定围绕一个或多个电子组件的安全容积。在所示的实施例中，外壳500由导热材料形成，并且包括主表面501和包括侧壁角503的(多个)侧壁502。外壳500的内表面将包括分别对应于主表面501和(多个)侧壁502的内主表面和内侧壁表面，其中在一个实施例中，内主表面和内侧壁表面被一个或多个篡改响应传感器覆盖，即，在诸如以上结合图1A-图2描述的实施例中。如在该实施例中所描述的，篡改响应传感器的电源505或电池可以位于安全容积的外部，其中篡改检测器被配置为如果电源或电池被篡改则跳闸并破坏任何受保护的或关键数据。外壳500可以粘附到多层电路板110，如本文所述，其可以包括其自身的篡改保护。
随着计算系统中加密和解密的使用增加，需要新颖的篡改响应组装件和制造方法，其为安全容积内的电子组件提供增强的防篡改保护。
当考虑防篡改封装时，电子封装需要实现规定的用于认证加密模块的防篡改要求，诸如在作为美国政府计算机安全标准的国家标准与技术研究院(NIST)出版物FIPS140-2中提出的那些要求。NIST FIPS 140-2定义了四个安全级别，即级别1到级别4，其中安全级别1提供最低的安全级别，并且安全级别4提供最高的安全级别。在安全级别4，提供物理安全机制以建立围绕密码模块的完整保护包络，目的是检测和响应任何未授权的物理访问尝试。从任何方向穿透加密模块外壳都具有非常高的被检测到的概率，导致所有明文关键安全参数(CSP)立即归零。
为了满足不断改进的防入侵技术的需求，以及提供更高性能的加密/解密功能，需要增强用于一个或多个电子组件或组装件的安全级别4防篡改、显篡改(tamper-evident)封装。
下面参照图6A-图11公开的是各种防篡改组装件和制造方法，其提供例如安全级别4的安全容积，用于容纳一个或多个电子组件，诸如一个或多个加密和/或解密模块以及例如要保护的通信卡或其它电子组装件的相关联的组件，并且其提供在安全容积内产生的热量通过外壳向外的增强传递。
作为增强，图6A描绘了篡改响应组装件600的一个实施例，其使用压力感测或监测来检测篡改事件。在该实施例中，篡改响应组装件600包括多层电路板610，其具有耦合到电路板的第一侧和第二侧的一个或多个电子组件602、602’。在一个或多个实施方式中，多层电路板610和一个或多个电子组件602、602’分别类似于以上结合图1A-图5描述的多层电路板110和一个或多个电子组件102。例如，在一个或多个实施例中，多层电路板610包括嵌入的篡改响应传感器611、611’，类似于以上结合图1A-图4描述的嵌入的篡改响应传感器111。在一个或多个实施方式中，电子组件602、602’包括一个或多个要保护的专用集成电路。如图所示，在一个或多个实施例中，可以从多层电路板610提供外围组件互连(PCI)接头或总线613，以连接到多层电路板的内部组件和/或电路。注意，在该实施例中，嵌入的篡改响应传感器611、611’仅需要占据多层电路板610的沟槽附近的一部分，诸如图所示。第一外壳620和第二外壳620620’一起在电路板的相对侧上限定安全容积601、601’，并且嵌入的篡改响应传感器防止沿着外壳到板接口的篡改。
如上所述，篡改响应组装件600还包括第一外壳620和第二外壳620’，其安装到电路板610的相对侧，诸如在在多层电路板610的第一和第二侧内形成的相应连续凹槽(或沟槽)内，并且例如经由设置在连续凹槽内的结构粘合剂625、625’固定到多层电路板610。在一个或多个实施例中，外壳620、620’可以由导热材料制成，诸如金属，并且(部分地)作为散热器操作，以有助于冷却限定的安全容积601、601’的相应的第一和第二腔室内的电子组件602、602’。在一个或多个其它实施例中，外壳620、620’可以由塑料材料制成，诸如聚合物材料，如下文进一步描述。
在所示的实施例中，使用压力感测，并且具体地，使用对压力变化或压力差变化的检测来实施篡改检测。这种压力感测方法取代与图1A-图2的外壳的内表面相关联的安全网或篡改响应传感器，例如，在一个或多个实施例中，外壳620、620’包括在相应的内壁621、621’和外壁622、622’之间的相应的密封的内部隔间623、623’，其中密封的内部隔间在制造时被加压或减压以有助于监测压力的变化。
在一个实施例中，密封的内部隔间623、623’可以各自被定义为相应的内壁621、621’与外壁622、622’之间的间隙。如下所述，在一个实施例中，外壳620、620’可以由基部金属元件和上部金属元件制成，它们例如通过软钎焊(solder)或硬钎焊(braze)632、632’密封在一起，从而形成内壁621、621’和外壁622、622’以及密封的内部隔间623、623’。其它外壳实施方式也是可能的，诸如本文所述。
如图6A所示，提供了压力传感器640、640’，其中压力传感器640被定位成监测外壳620的密封的内部隔间623’内的压力，并且压力传感器640’被定位成监测外壳620’的密封的内部隔间623’内的压力。在一个或多个其他实施例中，如果需要，压力传感器(未示出)可以被设置在安全容积601、601’的第一腔室和第二腔室内，在多层电路板的第一侧和第二侧上方。此外，一个或多个监测电路或模块603、603’被设置在多层电路板610内或上。压力传感器640、640’提供由监测电路603、603’监测的所感测压力数据，以识别指示篡改事件的压力变化或压力差变化。例如，当试图通过钻穿外壳620而进入安全容积时，密封的内部隔间623内的压力发生变化。本领域技术人员将理解，可以以各种方式检测或识别这种压力变化。
在一个或多个实施方式中，在制造期间，正压力可以被施加到密封的内部隔间623和/或密封的内部隔间623’。取决于所施加的正压力和外壳620、620’外部周围的压力以及安全容积内的压力，内壁621、621’和/或外壁622、622’可能向外弯曲，如图6B所示。图6C示出了在密封的内部隔间623、623’的制造期间，具有负加压的篡改响应组装件的可能的壁偏斜。
图6B和图6C中描绘的潜在的内壁和外壁偏斜可能负面地影响篡改响应组装件的性能和/或寿命周期。例如，在一个或多个实施例中，可以提供热界面材料(未示出)以将电子组件602、602’耦合到外壳620、620’的相应内壁621、621’，以有助于从电子组件通过外壳向外热传递。如图6B和图6C所示，外壳壁的偏斜会干扰这种热传递。此外，在正加压的情况下，内壁621、621’的向内偏斜可以将足够的力施加到安全容积内的一个或多个电子组件上，以负面地影响组件和/或整个系统的操作。
还要注意，在一个或多个方面，本文公开的压力感测篡改响应组装件的制造可以包括向内部密封的隔间623、623’提供随机加压或减压，使得例如每个密封的内部隔间内的压力是未知的并且不可能预测，其中内部压力从篡改响应组装件到篡改响应组装件以及(如果需要)在特定篡改响应组装件的外壳之间变化。如图6B或图6C所示，外壳壁的偏斜可能不利地发信号通知(多个)内部密封隔间已经被正加压或负加压，这是希望保密的信息。
图7A-图11描绘了根据本发明的一个或多个方面的篡改响应组装件的其它实施例。
图7A和图7B描绘了根据本发明的一个或多个方面的篡改响应组装件700、700’的替代实施例。如图7A所示，篡改响应组装件700类似于图6A的篡改响应组装件600，其中外壳620被设置在多层电路板610的一侧上，以有助于限定用于安装到例如多层电路板610的上表面的一个或多个电子组件602的安全容积601。如图所示，在一个或多个实施例中，多层电路板610包括嵌入的篡改响应传感器611，类似于上面结合图1A-图4描述的嵌入的篡改响应传感器111。
在一个或多个实施方式中，外壳620与上面结合图6A讨论的外壳620相同或相似，但是添加了设置在外壳620的密封的内部隔间623内的结构材料701。该结构材料701基本上填充内部隔间(仅在一个实施例中)，并且被选择和配置为有助于抑制由于密封的内部隔间内的压力和在外壳周围的压力之间的压力差而引起的外壳壁的偏斜，如本文所述。
图7B示出了篡改响应组装件700’的另一实施例，其包括安装到多层电路板610的第一侧和第二侧的外壳组装件，类似于图6A的篡改响应组装件600。在该实施例中，结构材料701备设置在外壳620、620’的两个密封的内部隔间623、623’内。结构材料基本上填充相应的内部隔间(仅在一个实施例中)，并且被提供来抑制由于密封的内部隔间内的压力与至少部分在外壳周围的压力之间的压力差而引起的相应的外壳壁的偏斜。
注意，在图7A和图7B的实施例中，结构材料701被配置为在密封的内部隔间的正加压的情况下防止相应的外壳的内壁和/或外壁向外弯曲，并且在密封的隔间的负加压的情况下防止外壳的内壁和/或外壁向内弯曲，同时仍然允许压力感测篡改检测。
与图6A的篡改响应组装件600一样，图7A和图7B的篡改响应组装件700、700’使用压力感测来实施篡改检测，并且具体地，使用对压力变化或压力差变化的检测来实施篡改检测。为了便于这一点，压力传感器640、640’被设置在外壳620、620’的相应密封的内部隔间623、623’内。如上所述，结构材料701基本上填充相应的密封的内部隔间中的可用空间。为了有助于压力感测，该结构材料701是多孔材料。例如，多孔材料可以具有80％或更大(诸如大于90％)的孔隙度。在一个或多个实施方式中，结构材料是具有互连孔的泡沫金属。
图8A和图8B描绘了作为具有互连孔800的泡沫金属的结构材料701的一个实施例。当泡沫金属被固定在外壳内的内壁和外壁之间时，泡沫金属有利地为外壳组件提供结构刚性，同时还允许由于通过钻穿外壳而进入泡沫金属的例如企图进行的篡改事件而导致压力的快速变化。如上所述，在制造期间，密封的内部隔间可以被加压或减压。这种加压或减压提供在密封的内部隔间内的压力和外壳外部周围的压力之间的压差，或者甚至在篡改响应组装件的安全容积内的压差。在一个实施例中，泡沫金属的所有孔是互连的，对于所需的应用，孔尺寸是可控的。在一个或多个实施例中，孔为微米尺寸。此外，在一个或多个实施例中，泡沫金属的物理强度可以通过调节例如泡沫金属的孔隙度来控制。仅作为一个实施例，泡沫金属可以是由加利福尼亚州(USA)的奥克兰的ERG航空航天公司提供的
Figure BDA0003381432550000141
泡沫铝(具有8％标称密度6101-T6)。
如上所述，在制造期间，在诸如本文所公开的压力感测实施方式中，密封的内部隔间可以被加压或减压。这种加压或减压提供在密封的内部隔间内的压力和外壳外部周围的压力之间的压差，或者甚至在篡改响应组装件的安全容积内的压差。此外，如上所述，在一个或多个实施方式中，密封的内部隔间的加压或减压是随机的，并且可以在特定篡改响应组装件的隔间之间变化，或者甚至在篡改响应组装件的特定外壳的腔室之间变化，如下面进一步描述的。有利地，在外壳中提供结构材料701，其中结构材料固定到外壳壁上，抑制了由于密封的内部隔间中的压力和至少部分在外壳周围的压力之间的压力差而引起的外壳壁的任何偏斜。
图9A-图9D示出了制造具有结构材料的篡改响应组装件的过程的一个实施例，在诸如图7A和图7B所示。如图9A所示，结构材料701(诸如泡沫金属)可以预成型为所需的尺寸和形状，诸如机械加工、挖沟或其它成型操作。在所示的实施例中，结构材料形成有内部空间900，其有助于限定安全容积的一部分。在一个特定实施例中，通道的内部空间(或深度)可以在例如4-5mm的范围内。
如图9B所示，基部元件901(诸如基部金属元件)可以通过挤压而预成形，以将结构材料701容纳在通道或间隙内，一旦组装，其将形成外壳的密封内部隔间的一部分。此外，上部元件902(诸如上部金属元件)的尺寸被确定和被配置为安装到基部元件901上，并通过软钎焊和/或硬钎料632固定在适当位置，所得的外壳组装件如图9C所示。如图所示，外壳组装件包括具有内壁621和外壁622的外壳620，在内壁和外壁之间限定了内部密封隔间，并且在所示实施例中，内部密封的隔间填充有结构材料701。仅在一个实施例中，上部板-泡沫金属-基板的厚度可以是1mm-1mm-1mm。而且，在一个或多个实施例中，结构材料701扩散接合到基部元件和上部元件，形成内壁和外壁以将结构材料牢固地接合到外壳壁。
压力传感器640被植入结构材料内部(在一个实施例中)，并且内壁使用紧固件和/或粘合剂围绕传感器导线密封。然后，如果需要，通过填充口(未示出)对密封的内部隔间加压(例如，到1.5-2个大气压)或减压(例如，0-0.5个大气压)。一旦加压或减压，填充口可以使用例如软钎焊或硬钎焊材料堵塞或密封。
一旦制造，任何钻穿外壳组装件的尝试将导致在外壳的密封的内部隔间内的压力变化，该压力变化经由压力传感器检测到，这有助于识别篡改事件。基于识别篡改事件，可以由监测电路发出触发信号或警报，以保护篡改响应组装件的安全容积内的任何机密数据。
如图9D所示，图9C的外壳组装件被安装到电路板的表面上，诸如上述多层电路板610，以将一个或多个电子组件包封在安全容积内，如上所述。在图9D中，如上结合图9A-图9C所述制造的两个外壳组装件被安装到多层电路板610的相对侧，从而产生如上结合图7B所述的双侧篡改响应组装件实施例。
图10A-图10B描绘了替代的篡改响应组装装方法。在图10A中，通过从结构材料701(诸如泡沫金属)开始，并完全围绕结构材料施加聚合物涂层1001(诸如环氧树脂涂层)来制造外壳1000。例如，聚合物涂层1001可以是聚酰亚胺膜，其被加热并物理地缠绕在结构材料周围，然后被固化。如果需要，在固化期间可以施加适当的力以有助于将涂层固定到结构材料上。在一个实施方式中，聚合物材料围绕结构材料缠绕，被加热，并且施加力以将涂层压到结构材料中，从而将层粘附在一起。通过将涂层完全缠绕在结构材料周围并将涂层密封到结构材料上，聚合物涂层本身变成外壳，其限定填充有或基本填充有结构材料701的密封的内部隔间。在用聚合物涂层来密封结构材料以限定密封的内部隔间之前或之后，可以在结构材料内提供一个或多个压力传感器640。
图10B示出了具有使用例如上面结合图10A所述的外壳1000、1000’的外壳组装件的篡改响应组装件1010的一个实施例。如图所示，外壳1000代替图7B的双侧压力感测篡改响应组装件的上述外壳620、620’，篡改响应组装件1010在其它方面类似于或等同于上面结合图7B描述的篡改响应组装件700’。
图11示出了篡改响应组装件1100的另一实施例，其类似于上面结合图7B描述的篡改响应组装件700’。在该实施例中，篡改响应组装件1100与上述篡改响应组装件700’基本相同，但是添加了至少一个分隔壁1101，该分隔壁将密封的内部隔间623分隔成两个或更多个分开的密封的内部腔室1102、1103，每个腔室包含结构材料701，如本文所述。在一个实施例中，这允许外壳620的不同部分被不同地加压，从而进一步抑制篡改外壳的能力。例如，第一密封内部腔室1102可以处于第一压力，并且第二密封内部腔室1103可以处于第二压力，其中第一和第二压力是不同的压力。此外，在一个实施例中，第一压力和第二压力每个都是随机选择的压力。还应注意，如果需要，可以在两个外壳620、620’中提供一个或多个分隔物1101。以这种方式，许多不同的正压和/或负压可以用于不同版本的篡改响应组装件中，这可以有利地阻止打开或钻穿外壳的任何尝试。在一个实施例中，外壳的密封内部隔间的每个密封内部腔室具有相关联的压力传感器640，其可操作地耦合到篡改响应组装件的安全容积内的一个或多个监测电路603、603’。任何钻穿相应的密封内部腔室的尝试都将引起压力变化，这将触发安全容积内的响应，以通过例如擦除安全信息来保持机密信息的安全性。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意图要限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解，术语“包含(comprise)”(以及任何形式的包含，诸如“包含(comprises)”和“包含(comprising)”)、“具有(have)”(以及任何形式的具有，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(以及任何形式的包括，诸如“包括(includes)”和“包括(including)”)和“含有(contain)”(以及任何形式的含有，诸如“含有(contains)”和“含有(containing)”)是开放式的连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或装置拥有那些一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元件拥有那些一个或多个特征，但不限于仅拥有那些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的设备或结构至少以该方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。
如果存在，下面的权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物意图包括用于与具体要求保护的其它要求保护的元件组合执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了本发明的描述，但是该描述不意图是穷举的或者将本发明限制为所公开的形式。在不背离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的一个或多个方面的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的一个或多个方面，以用于具有适合于所设想的特定用途的各种修改的各种实施例。

Claims (20)

1.一种篡改响应组装件，包括：
电路板，所述电路板包括电子组件；
外壳组装件，其安装到所述电路板以将所述电子组件包封在安全容积内，所述外壳组件包括：
外壳，在所述外壳内具有密封的内部隔间；以及
在所述外壳的密封的内部隔间内的结构材料，所述外壳内的结构材料抑制由于所述密封的内部隔间的压力和至少部分在所述外壳周围的压力之间的压力差而引起的所述外壳的偏斜；以及
压力传感器，其感测所述外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
2.如权利要求1所述的篡改响应组装件，其中，所述结构材料基本上填充所述外壳的密封的内部隔间。
3.如权利要求1所述的篡改响应组装件，其中，所述结构材料包括多孔结构。
4.如权利要求3所述的篡改响应组装件，其中，所述多孔结构具有80％或更大的孔隙度。
5.如权利要求1所述的篡改响应组装件，其中，所述结构材料包括具有互连孔的泡沫金属。
6.如权利要求5所述的篡改响应组装件，其中，所述外壳包括具有内壁和外壁的金属外壳，并且所述密封的内部隔间内的泡沫金属扩散接合到所述内壁和所述外壁。
7.如权利要求5所述的篡改响应组装件，其中，所述外壳包括围绕所述泡沫金属的聚合物涂层。
8.如权利要求1所述的篡改响应组装件，其中，所述密封的内部隔间包括第一密封内部腔室和第二密封内部腔室，所述第一密封内部腔室和第二密封内部腔室是分开的密封内部腔室，并且所述结构材料在所述第一密封内部腔室内和所述第二密封内部腔室内。
9.如权利要求8所述的篡改响应组装件，其中，所述第一密封内部腔室处于第一压力，并且所述第二密封内部腔室处于第二压力，其中，所述第一压力和所述第二压力是不同的压力。
10.如权利要求9所述的篡改响应组装件，其中，所述第一压力和所述第二压力都是随机压力。
11.如权利要求1所述的篡改响应组装件，还包括设置在所述安全容积内的监测电路，以经由所述压力传感器监测所述密封的内部隔间内的压力，以识别指示所述篡改事件的压力变化。
12.一种篡改响应组装件，包括：
电路板，其包括第一侧和第二侧，所述第一侧和所述第二侧是所述电路板的相对侧；
多个电子组件，其包括耦合到所述电路板的第一侧的至少一个第一电子组件和耦合到所述电路板的第二侧的至少一个第二电子组件；
第一外壳组装件，其安装到所述电路板的第一侧，以将耦合到所述电路板的第一侧的至少一个第一电子组件包封在安全容积的第一室内，所述第一外壳组装件包括：
外壳，在所述外壳内具有密封的内部隔间；以及
在所述外壳的密封的内部隔间内的结构材料，所述外壳内的结构材料抑制由于所述密封的内部隔间的压力和至少部分在所述外壳周围的压力之间的压力差而引起的所述外壳的偏斜；
第二外壳组装件，其安装到所述电路板的第二侧，以将耦合到所述电路板的第二侧的至少一个第二电子组件包封在所述安全容积的第二腔室内；以及
压力传感器，其感测所述外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
13.如权利要求12所述的篡改响应组装件，其中，所述结构材料包括具有互连孔的泡沫金属。
14.如权利要求13所述的篡改响应组装件，其中，所述泡沫金属基本上填充所述外壳的密封的内部隔间。
15.如权利要求14所述的篡改响应组装件，其中，所述外壳包括具有内壁和外壁的金属外壳，并且所述密封的内部隔间内的泡沫金属扩散接合到所述内壁和所述外壁。
16.如权利要求13所述的篡改响应组装件，其中，所述外壳包括围绕所述泡沫金属的聚合物涂层。
17.如权利要求12所述的篡改响应组装件，其中，所述结构材料包括多孔结构，所述多孔结构具有80％或更大的孔隙度。
18.一种制造篡改响应组装件的方法，所述方法包括：
提供电路板，所述电路板包括电子组件；
将外壳组件安装到所述电路板以将所述电子组件包封在安全容积内，所述外壳组装件包括：
外壳，在所述外壳内具有密封的内部隔间；以及
在所述外壳的密封的内部隔间内的结构材料，所述外壳内的结构材料抑制由于所述密封的内部隔间的压力和至少部分地在所述外壳周围的压力之间的压力差而引起的所述外壳的偏斜；以及
提供压力传感器以感测所述外壳的密封的内部隔间内的压力，以有助于识别指示篡改事件的压力变化。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述结构材料包括具有互连孔的泡沫金属。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述泡沫金属基本上填充所述外壳的密封的内部隔间。
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