DE112020004877T5

DE112020004877T5 - Charakterisierung und steuerung von leckströmen zur verbesserung elektronischer schaltungen

Info

Publication number: DE112020004877T5
Application number: DE112020004877.2T
Authority: DE
Inventors: Matthew Doyle; James Busby; Edward Cohen; John Dangler; Michael Fisher; Arthur Higby; David Clifford Long
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-06-30
Also published as: GB2605717B; US11493565B2; GB2605717A; CN114731281A; US20210165052A1; GB202208603D0; JP2023504480A; WO2021111228A1

Abstract

Ein elektronisches System kann ein elektronisches Modul und eine Leiterbahnschaltung enthalten, die eine Umfassung bereitstellt, die das elektronische Modul umschließt. Eine Erfassungsschaltung innerhalb des elektronischen Systems kann so konfiguriert sein, dass sie eine Unterbrechung in der Umfassung erkennt. Als Reaktion auf ein Erkennen der Unterbrechungen in der Umfassung kann die Erfassungsschaltung ein Antwortsignal aus einer Antworteinheit einleiten.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein elektronisches System. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektronisches System, das so konfiguriert ist, dass es eine Unterbrechung in der Umfassung (perimeter) erkennt, die ein elektronisches Modul umschließt.
Eine Leiterplatte (printed circuit board, PCB) kann verwendet werden, um elektronische Komponenten mechanisch zu tragen und elektrisch zu verbinden, indem leitfähige Bahnen oder Signalwege verwendet werden, die aus Kupferfolien geätzt wurden, die auf nichtleitfähige Substrate laminiert sind. Mehrere Kupfer/Isolator-Schichtpaare, die auch als „Kerne“ bezeichnet werden, können bei der Fertigung der PCB zusammenlaminiert werden. Die Anzahl und die Anordnung von Kernen können so gestaltet werden, dass sie den Bedürfnissen einer Vielfalt von Anwendungen entsprechen.
Vertikale Zwischenverbindungsstrukturen (Durchkontaktierungen) können verwendet werden, um leitfähige Signalwege zwischen verschiedenen leitfähigen Schichten innerhalb der PCB untereinander zu verbinden. Kupferformen oder -bereiche können zur Strom- und Masseverteilung auf Komponenten verwendet werden, die auf der PCB montiert sind. Die Zwischenverbindungsstrukturen in der PCB können so gestaltet sein, dass sie physisch und elektrisch mit den Komponenten der PCB kompatibel sind und zum Zwischenverbinden verwendet werden können.
Flexible Leiterplatten, die auch als „Flexleiterplatten“ oder „Flexkabel“ bezeichnet werden, können allgemein so aufgefasst werden, dass sie einer PCB ähneln, die gebogen werden kann. In der Praxis kann sich der Satz von Gestaltungsregeln, z.B. Leiterbreiten und -abstände, die zum Entwerfen und Fertigen von Flexleiterplatten verwendet werden, erheblich von Gestaltungsregeln unterscheiden, die beim Entwurf und bei der Fertigung von starren oder halbstarren PCBs verwendet werden. Bei einigen Anwendungen können die Leiter einer Flexleiterplatte unter Verwendung eines Prozesses wie z.B. Fotoabbilden oder Laserabbilden als Musterdefinitionsverfahren anstelle eines „Druck“-Prozesses gefertigt werden.
Eine flexible Leiterplatte enthält eine metallische Schicht von Leiterbahnen, oftmals Kupfer, die an eine dielektrische Schicht wie z.B. Polyimid gebunden sind. Die Dicke der Metallschicht kann von sehr dünn, z.B. weniger als 0,0001 Zoll, bis sehr dick, z.B. über 0,010 Zoll, reichen, und die Dicke des Dielektrikums kann in ähnlicher Weise in einem Bereich zwischen 0,0005 Zoll und 0,010 Zoll variieren. Ein Haftmaterial oder andere Arten von Bindung wie z.B. Dampfabscheidung können verwendet werden, um das Metall an das Substrat zu binden. Da Kupfer dazu neigt, in Anwesenheit von Luft schnell zu oxidieren, werden freiliegende Kupferoberflächen oftmals mit einer Schutzschicht bedeckt. Gold oder Lötmittel sind übliche Materialien, die aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und Umweltbeständigkeit zu diesem Zweck verwendet werden. Für Bereiche ohne Kontakte oder nichtleitfähige Bereiche kann ein dielektrisches Material verwendet werden, um die Schaltung vor Oxidation oder elektrischen Kurzschlüssen zu schützen. Leckstrom, d.h. Stromableitung, kann über dielektrische Materialien stattfinden, die sich zwischen benachbarten metallischen Schichten befinden.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen können auf ein elektronisches System gerichtet sein. Das elektronische System enthält ein elektronisches Modul, eine Leiterbahnschaltung, die eine Umfassung bereitstellt, die das elektronische Modul und eine Erfassungsschaltung umschließt. Die Erfassungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie eine Unterbrechung in der Umfassung erkennt. Die Erfassungsschaltung ist ferner so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf eine Erkennung eine Aktion von einer Antworteinheit einleitet.
Ausführungsformen können außerdem auf ein Verfahren zum Ausgestalten eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul gerichtet sein. Das Verfahren enthält ein Empfangen von Ausgestaltungsanforderungen für das elektronische System und ein Charakterisieren dielektrischer Materialien, bei denen es sich um Kandidaten für die Verwendung bei dem elektronischen System handelt. Das Verfahren enthält ferner ein Wählen, aus dielektrischen Kandidatenmaterialien, eines dielektrischen Materials gemäß den Ausgestaltungsanforderungen und ein Entwerfen einer Leiterbahnschaltung, sodass diese ein gewähltes dielektrisches Material enthält. Das Verfahren enthält ferner ein Fertigen der Leiterbahnschaltung gemäß dem Entwurf der Leiterbahnschaltung und ein Integrieren der Leiterbahnschaltung in das elektronische System. Das Integrieren der Leiterbahnschaltung in das elektronische System enthält ein Umgeben des elektronischen Moduls mit der Leiterbahnschaltung, um eine Umfassung bereitzustellen, die das elektronische Modul umschließt und die Leiterbahnschaltung elektrisch mit einer Erfassungsschaltung verbindet.
Ausführungsformen können außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul gerichtet sein. Das Verfahren enthält ein Anlegen, mit einer Erfassungsschaltung, einer Spannung an eine Leiterbahnschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Umfassung bereitstellt, die ein elektronisches Modul umschließt, und ein Messen, mit der Erfassungsschaltung, einer erfassten Spannung auf der Leiterbahnschaltung. Das Verfahren enthält ferner ein Vergleichen der erfassten Spannung mit einem Spannungsschwellenwert, um eine Unterbrechung der Umfassung zu erkennen, und ein Einleiten, mit einer Antworteinheit, die elektrisch mit der Erfassungsschaltung verbunden ist, einer Aktion als Reaktion auf die erfasste Spannung.
Mit der vorstehenden Kurzdarstellung ist nicht beabsichtigt, jede veranschaulichte Ausführungsform oder jede Realisierungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
Figurenliste
Die hierin enthaltenen Zeichnungen sind in die Spezifikation einbezogen und bilden einen Teil davon. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundgedanken der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen lediglich bestimmte Ausführungsformen und schränken die Erfindung nicht ein.

1 stellt ein für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten konfiguriertes System gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bildlich dar.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ausgestalten eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen.
3 enthält ein Diagramm, das Messwerte von dielektrischen Leckströmen für zwei dielektrische Materialien gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen.
4 enthält ein Diagramm, das Veränderungen einer erfassten Spannung auf einer Leiterbahnschaltung gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen.

Zwar können an der Erfindung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, und die Erfindung kann alternative Formen annehmen, jedoch sind deren Besonderheiten beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden ausführlich beschrieben. Es sollte doch klar sein, dass nicht die Absicht besteht, die Erfindung auf die bestimmten beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einschließen, die unter den Schutzumfang der Erfindung fallen.
In den Zeichnungen und in der ausführlichen Beschreibung beziehen sich gleiche Nummern im Allgemeinen auf gleiche Komponenten, Teile, Schritte und Prozesse.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können im Kontext eines Bereitstellens einer Erkennung einer Unterbrechung in einer Umfassung verstanden werden, die ein elektronisches Modul innerhalb von elektronischen Ausrüstungen wie z.B. von Servern umschließt, die verwendet werden können, um Daten für Clients bereitzustellen, die über ein Netzwerk mit einem Server verbunden sind. Zu derartigen Servern können Webserver, Anwendungsserver, Mail-Server und virtuelle Server gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. In diesem Kontext erörterte Ausführungsformen können ein Verständnis verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung erleichtern, sind aber nicht zwangsläufig auf diese beschränkt. Bestimmte Ausführungsformen können außerdem auf andere Ausrüstungen und zugehörige Anwendungen gerichtet sein, wie z.B. auf ein Bereitstellen einer Erkennung einer Unterbrechung in einer Umfassung, die ein elektronisches Modul innerhalb von Datenverarbeitungssystemen umschließt, die in einer breiten Vielfalt von Berechnungs- und Datenverarbeitungsanwendungen verwendet werden können. Zu derartigen Datenverarbeitungssystemen können Supercomputer, Hochleistungs-Datenverarbeitungssysteme HPC-Systeme (HPC = high-performance computing), und andere Arten von Spezialcomputern gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. Ausführungsformen können außerdem auf ein Bereitstellen einer Erkennung einer Unterbrechung in einer Umgrenzung gerichtet sein, die ein elektronisches Modul innerhalb von elektronischen Ausrüstungen für Endverbraucher sowie Klein- und Heimbüros (small office/home office, SOHO) wie z.B. innerhalb von Personal Computern, Laptop-Computern, mobilen Einheiten und Netzwerkservereinheiten umschließt.
Zur Vereinfachung der Erörterung wird der Begriff „FR“ (FR = Fire Retardant) hierin unter Bezugnahme auf eine Klasse von flammenhemmenden Glasfaser-Epoxidlaminatmaterialien verwendet. FR-Materialien, insbesondere FR4, werden vielfältig und häufig beim Aufbau einer breiten Vielfalt von Leiterplatten (PCBs) verwendet. FR4 ist für die Verwendung bei Mehrschicht-PCBs hoher Dichte vorgesehen und zur Großserienfertigung bei Mehrschicht-Anwendungen mit feinen Linien geeignet. In ähnlicher Weise wird der Begriff „AP“ hierin allgemein unter Bezugnahme auf eine Klasse von haftmittelfreien Laminatmaterialien/Hochleistungs-Laminatmaterialien verwendet, zu denen ein mit Kupfer überzogenes Laminat und ein ganz aus Polyimid bestehender Verbundstoff aus einem Polyimidfilm gehören, der an Kupferfolie gebunden ist. Derartige Materialien können beim Aufbauen von mehrschichtigen flexiblen und starr-flexiblen Anwendungen verwendet werden, die ein hochentwickeltes Materialverhalten, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Der Begriff „HT“ wird hierin allgemein unter Bezugnahme auf eine Klasse von Hochtemperatur-Laminatmaterialien verwendet, die sich durch vorteilhafte Materialeigenschaften und elektrische Eigenschaften auszeichnen. Derartige Materialien können eine höhere Glasübergangstemperatur (T_g) und geringere Verlusteigenschaften (z.B. Verlusttangente) als Materialien wie z.B. FR4 aufweisen.
Ein Bedarf bezüglich der Speicherung von sicheren/vertraulichen Daten und bezüglich der Einbeziehung von kryptografischen Funktionen in elektronische Systeme hat zur Realisierung einer Vielfalt von Einheiten und Techniken zum Erkennen und Reagieren auf versuchtes unberechtigtes Manipulieren derartiger Systeme geführt. Zu möglicherweise anfälligen Systemen können Computer, Server, Supercomputer, Personal Computer, Netzwerk- und Telekommunikationssysteme gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. Das Manipulieren derartiger Systeme kann zu einem unberechtigten Zugriff auf vertrauliche und/oder sensible Informationen wie z.B. finanzielle, militärische oder unter Verschluss gehaltene Daten, sensible personenbezogene Informationen (Sensitive Personal Identifying Information, PII) oder Kryptografieschlüssel führen.
Eine Leiterbahnschaltung, die eine oder mehrere Schichten elektrisch leitfähiger Leiterbahnen enthält, die in einer Serpentinenanordnung gefertigt sind, kann nützlich sein, um von außen erfolgende Versuche zum Manipulieren elektronischer Einheiten oder Module zu erkennen. Ein versuchtes Manipulieren, d.h. Durchbohren, Durchschneiden und dergleichen, einer Leiterbahnschaltung kann einen erkennbaren Hinweis, z.B. eine elektrische Unterbrechung, auf ein derartiges Manipulieren bereitstellen. Eine Antworteinheit wie z.B. ein Prozessor oder eine andere Schaltung kann dann auf das erkannte Manipulieren in einer Vielfalt von Arten reagieren, um vor einem Sicherheitsrisiko zu warnen und/oder dieses abzumildern.
Elektrische Strukturen wie z.B. flexible Schaltungen und/oder PCBs, die Serpentinen-Leiterbahnen enthalten, können erhebliche Leckströme zwischen benachbarten Leiterbahnschichten und/oder Stromversorgungsschichten zeigen, insbesondere, wenn Serpentinen-Leiterbahnen in benachbarten parallel-ebenen Ausrichtungen angeordnet sind. Bei einigen Anwendungen kann ein Daten-/Kryptografiesicherheitssystem, das eine oder mehrere Leiterbahnschaltungen enthält, durch eine interne Batterie mit Strom versorgt werden. Leckströme von benachbarten Leiterbahnschaltungen zu anderen Leiterbahnschaltungen und/oder Stromversorgungsebenen können die Standzeit der Batterie effektiv verkürzen, die das Sicherheitssystem mit Strom versorgt. Eine derartige verminderte Batteriestandzeit kann die Sicherheit von Daten innerhalb des Systems gefährden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf ein System zum Überwachen der Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen innerhalb eines elektronischen Systems wie z.B. eines Computers, eines Servers, eines Supercomputers oder eines Netzwerksystems gerichtet. Das System zum Überwachen der Unterbrechungsfreiheit enthält eine Leiterbahnschaltung, die als Umfassung dient, die ein elektronisches Modul umgibt und die einen Hinweis auf eine Unterbrechung der Umfassung bereitstellen kann. Ausführungsformen enthalten eine Leiterbahnschaltung, die mit einem oder mehreren dielektrischen Materialien aufgebaut ist, die charakterisiert, gewählt und in die Leiterbahnschaltung einbezogen sind, um Leckstrom zu steuern und zu minimieren. Ein derartiger gesteuerter dielektrischer Leckstrom kann insbesondere beim Verlängern und Verbessern der Betriebsdauer einer Batterie nützlich sein, die das System zum Überwachen der Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen mit Strom versorgt, was zu einem Verbessern und Verlängern der Sicherheit für sensible, elektronisch gespeicherte Daten und Verschlüsselungsschlüssel/-daten führen kann. Eine derartige verbesserte Sicherheit kann zu einem gesteuerten und minimierten Verlust von sensiblen/vertraulichen Daten und/oder Verschlüsselungsfähigkeiten führen.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung können zum Überwachen der Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen nützlich sein, die so konfiguriert sind, dass sie eine Sicherheitsumfassung für ein elektronisches System bereitstellen. Ein derartiges Überwachen kann eine verbesserte Sicherheit für elektronisch gespeicherte Daten und Verschlüsselungsschlüssel innerhalb des Systems bereitstellen. Ein elektronisches System, das gemäß Ausführungsformen konfiguriert ist, kann im Verhältnis zu anderen derartigen elektronischen Sicherheitssystemen die Unterbrechungsfreiheit derartiger Leiterbahnschaltungen bei geringerem Energieverbrauch verbessern und eine verlängerte Batteriestandzeit bereitstellen. Ausführungsformen können so konfiguriert sein, dass sie auf erkannte Manipulationen/Verletzungen der Sicherheitsumfassung des elektronischen Systems reagieren, indem sie Warnnachrichten senden, Alarme oder optische Anzeigen aktivieren und sichere/vertrauliche Daten und/oder Verschlüsselungsschlüssel zerstören. Derartige Aktionen können beim Verbessern der Sicherheit von elektronischen Daten innerhalb des elektronischen Systems nützlich sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können außerdem nützlich sein beim Verringern des Energieverbrauchs eines Sicherheitsüberwachungssystems, indem dielektrische Leckströme verringert werden, und bei einer sich ergebenden Verringerung der RC-Zeitkonstante (τ) zwischen einer oder mehrerer Leiterbahnen innerhalb des Systems. Die Verringerung von τ kann besonders nützlich beim Verringern der Reaktionszeit von Erfassungsschaltungen sein, was sowohl die Komplexität und den Energieverbrauch derartiger Erfassungsschaltungen verringern kann. Eine Verringerung der dielektrischen Leckströme kann außerdem eine Verringerung des Leiterbahnschaltungswiderstands ermöglichen.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung können beim Ermöglichen des Untersuchens der Erfassungsschaltung über die Verwendung von üblicherweise verwendeten/verfügbaren Voltmetern und/oder Oszilloskopen nützlich sein, die hohe Eingangsimpedanzen aufweisen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können außerdem beim Steuern von Ausgestaltungskosten und Komplexität von elektronischen Systemen nützlich sein, indem bestehende und bewährte PCB-Ausgestaltungsmethodiken und Materialsätze verwendet werden. Ein elektronisches System, das gemäß bestimmten Ausführungsformen ausgestaltet ist, kann mit bestehenden und bewährten Ausgestaltungen von Computern, Surfern, Supercomputern und Personal Computern (PC) sowie Ausgestaltungsmethodiken und Materialsätzen für PCB/flexible Schaltungen kompatibel sein. Ein elektronisches System zur Überwachung der Umfassungssicherheit, das gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, kann innerhalb eines bestehenden Gehäuses für elektronische Ausrüstungen installiert werden.
Bestimmte Ausführungsformen betreffen ein elektronisches System, das so konfiguriert ist, dass es eine gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul bereitstellt und eine Aktion einleitet, wenn eine Unterbrechung in einer Umfassung erkannt wird, die das elektronische Modul umgibt. 1 enthält einander entsprechende Ansichten 100, 125, 150A und 150B, die ein elektronisches System für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten sowie eine Leiterbahnschaltung 150 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bildlich darstellen.
Die Ansicht 100 kann ein Verständnis des elektronischen Systems bereitstellen, das mehrere Abschnitte einer Leiterbahnschaltung 150, eine Erfassungsschaltung 102 und eine Antworteinheit 120 enthält. Gemäß Ausführungsformen ist die Erfassungsschaltung 102 elektrisch so verbunden und so konfiguriert, dass sie die Unterbrechungsfreiheit der Leiterbahnschaltungen 150 überwacht. Als Reaktion darauf, dass die Erfassungsschaltung 102 eine Unterbrechung innerhalb einer Leiterbahnschaltung 150 erkennt, kann die Antworteinheit 120 eine Aktion einleiten, die so ausgestaltet ist, dass sie vor einem Datensicherheitszustand/-problem innerhalb des elektronischen Systems 100, 125 warnt und/oder diesen bzw. dieses abmildert. Bei derartigen Ausführungsformen fungiert das elektronische System 100 als Datensicherheitssystem.
Es wird klar sein, dass das elektronische System 100, 125 in eine breite Vielfalt von elektronischen Einheiten und Systemen wie z.B. in Computern, Servern, Spezialcomputern, Supercomputern und Personal Computern (PCs) integriert sein kann. Derartige Systeme können auf dem Überwachen der Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen beruhen, um eine robuste, kontinuierliche Datensicherheit sicherzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 100 als Kryptografiesicherheitssystem fungieren. Zwar sind eine bestimmte Komponentenanordnung und ein bestimmtes Verbindungsschema in den Ansichten 100, 125 bildlich dargestellt, jedoch ist eine Anzahl von Variationen dieser Schemata möglich, die die hierin bildlich dargestellten und beschriebenen Komponenten enthalten. Ausführungsformen können beim Bereitstellen eines exakten Erfassens und rechtzeitigen Reagierens auf Verletzungen einer Umfassung für ein elektronisches System nützlich sein. Ein derartiges Erfassen und (eine) rechtzeitige Reaktion(en) können besonders nützlich beim Verhindern eines unberechtigten Zugriffs auf in dem elektronischen System gespeicherte sichere Daten und/oder Verschlüsselungsschlüssel und beim Ausgeben diesbezüglicher Warnungen sein.
Gemäß Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150 eine oder mehrere leitfähige Serpentinenleiterbahn(en) enthalten, die auf einer flexiblen Schaltung gebildeten Signalwegen entsprechen, die zum Erkennen von Umfassungsunterbrechungen verwendet werden können. Zum Beispiel könnte eine Unterbrechung in der Leiterbahnschaltung 150 durch Versuche herbeigeführt werden, die Umfassung zu durchschneiden, zu durchbohren oder anderweitig zu unterbrechen, die durch die Abdeckung 128 bereitgestellt wird, die das elektronische Modul 126 umgibt. Im Falle einer derartigen/derartiger Aktion/en kann eine Umfassungsunterbrechung 158, Ansicht 150A, erzeugt werden. Relativ enge Leiterzwischenräume, z.B. 4 mil, innerhalb der Serpentinenleiterbahn(en) 156A, 156B können besonders nützlich bei der Erzeugung einer derartigen Umfassungsunterbrechung 158 als Reaktion auf Versuche sein, eine Umfassung zu durchbrechen/zu verletzen, die durch Leiterbahnschaltung(en) 150 gebildet ist. Der Widerstand, z.B. R1, R2 und/oder R3, kann durch die Erfassungsschaltung 102 erfasst und als Hinweis auf die Unterbrechungsfreiheit der Leiterbahnschaltung 150 verwendet werden.
Bei Ausführungsformen enthält die Leiterbahnschaltung 150 dielektrische(s) Material(ien) 154, die sich zwischen zwei elektrisch leitfähigen Schichten 152A, 152B befinden und mit diesen in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen, die als elektrische Anschlüsse dienen. Gemäß Ausführungsformen kann es sich bei den beiden elektrisch leitfähigen Schichten 152A, 152B um eine ebene Struktur wie z.B. eine Stromversorgungsebene einer PCB oder einer flexiblen Schaltung handeln. Gemäß Ausführungsformen kann es sich bei der Leiterbahnschaltung 150 um einen Abschnitt einer oder mehrerer flexibler Schaltungen handeln, die das elektronische Modul 126 innerhalb des elektronischen Systems 100, 125 mindestens teilweise umgeben. Ebenso kann bei einigen Ausführungsformen die Leiterbahnschaltung 150 für einen Abschnitt einer PCB stehen, die das elektronische Modul 126 mindestens teilweise umgibt, die Ansicht 100 stellt bildlich drei Leiterbahnschaltungen 150 dar, die in einer Reihenkonfiguration elektrisch miteinander verbunden sind.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem elektronischen Modul 126 um ein kryptografisches Modul handeln, und bei einer Umfassung, die durch die Leiterbahnschaltung 150 bereitgestellt ist, kann es sich um eine sichere Umfassung handeln, die das kryptografische Modul umgibt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung erkennt. Gemäß Ausführungsformen kann die Platzierung von Leiterbahnschaltungen 150, die an inneren Oberflächen der Abdeckung 128 angebracht oder diesen benachbart sind, ermöglichen, dass diese als sichere Umfassung wirkt, die das elektronische Modul 126 umgibt oder teilweise umgibt. Eine derartige sichere Umfassung kann besonders nützlich beim Erkennen versuchter Durchbrüche von einer breiten Vielfalt von Stellen sein.
Die Widerstände R1, R2 und R3 der Leiterbahnschaltungen 150 wirken in Zusammenhang mit dem Widerstand R, der elektrisch mit der Erfassungsschaltung 102, dem Erfassungsnetz 112 und Masse (GND) verbunden ist, als Spannungsteilerschaltung. Bei Zusammenschaltung in einer derartigen Schaltung kann die Unterbrechungsfreiheit der in Reihe verbundenen Leiterbahnschaltungen 150, Ansicht 100, wie durch die Summe der Widerstände R1, R2 und R3 dargestellt, durch Messen, mit der Erfassungsschaltung 102, einer Erfassungsspannung Vs an dem Erfassungsnetz 112 gemessen werden.
Gemäß Ausführungsformen ist die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert, dass sie die angelegte Spannung V_A der vorstehend beschriebenen Spannungsteilerschaltung zuführt. In dem Fall, dass Unterbrechungsfreiheit an jeder Leiterbahn 150 vorliegt, beträgt die an dem Erfassungsnetz 112 der Erfassungsschaltung 102 gemessene Erfassungsspannung V_S V_A * (R1 + R2 + R3)/(R + R1 + R2 + R3). In dem Fall, dass eine Unterbrechung in einer beliebigen der Leiterbahnschaltungen 150 vorliegt, beträgt die Erfassungsspannung V_S ca. V_A, zum Beispiel ≈ V_DD. Die Werte von R, R1, R2 und R3 können so gewählt werden, dass sich eine Vs, die aus Unterbrechungsfreiheit an jeder Leiterbahnschaltung 150 entsteht, erheblich von einer Vs unterscheidet, die auf eine Unterbrechung in einer beliebigen der Leiterbahnschaltungen 150 zurückzuführen ist. Ein derartiger Unterschied bei Vs-Werten kann durch die Erfassungsschaltung 102 erkannt und in eine Ausgangsspannung V_O umgewandelt werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 zum Beispiel einen Komparator enthalten, der so konfiguriert ist, dass er die Spannung V_O in ein Logiksignal umwandelt, d.h. entweder in einen logischen Wert „0“ oder „1“. Ein derartiges Signal kann verwendet werden, um der Antworteinheit 120 einen Hinweis auf entweder intakte Unterbrechungsfreiheit an allen in Reihe verbundenen Leiterbahnschaltungen 150 oder auf eine Umfassungsunterbrechung, z.B. 158, bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie die Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen 150 kontinuierlich erfasst, und bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie die Unterbrechungsfreiheit von Leiterbahnschaltungen 150 in regelmäßigen Zeitabständen erfasst.
Gemäß Ausführungsformen kann das elektronische System 100 wie bildlich dargestellt eine Anzahl von Leiterbahnschaltungen 150 in einer in Reihe verbundenen Konfiguration enthalten, um eine robuste Umfassung bereitzustellen, die das elektronische Modul 126 innerhalb der Abdeckung 128 umgibt. Zum Beispiel kann das elektronische System 100 bei einigen Ausführungsformen eine einzige Leiterbahnschaltung 150, zwei Leiterbahnschaltungen 150 oder drei oder mehr Leiterbahnschaltungen 150 enthalten. Die Erfassungsschaltung 102 ist als beispielhafte Schaltung bildlich dargestellt; andere Arten von Erfassungsschaltungen 102 sind möglich. Bei Ausführungsformen kann die Funktionalität der Erfassungsschaltung 102 relativ einfach als diskrete Komponenten oder in einem bestehenden oder neuen IC wie z.B. in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (application specific integrated circuit, ASIC) realisiert sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei einem Ausgang 104 um eine einzelne Analog- oder Digitalsignalleitung handeln. Bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 zusätzliche Komponenten enthalten, nicht bildlich dargestellt, die so konfiguriert sind, dass sie die Ausgangsspannung Vo in eine andere Art von Signal(en) umwandeln, zum Beispiel in ein serielles Hochgeschwindigkeitssignal, das eine Ausgangsspannung V_O darstellt. Bei entsprechenden Ausführungsformen kann der Ausgang 104 zum Beispiel Leiter enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie eine Darstellung von V_O als serielles Hochgeschwindigkeitssignal wie z.B. als USB-Signal (USB = Universal Serial Bus, USB) übertragen.
Die Antworteinheit 120 ist über den Ausgang 104 mit der Erfassungsschaltung 102 verbunden, um die Ausgangsspannung V_O zu empfangen. Gemäß Ausführungsformen kann die Antworteinheit 120 eine Prozessorschaltung, einen Serviceprozessor, das elektronische Modul 126 und eine mit einem Netzwerk verbundene Einheit enthalten. Bei einigen Ausführungsformen ist die Antworteinheit 120 so konfiguriert, dass sie als Reaktion darauf, dass die Ausgangsspannung V_O auf ein Fehlen von Unterbrechungsfreiheit, z.B. die Unterbrechung 158, Ansicht 150A, in einer Leiterbahnschaltung 150 hinweist, eine Aktion einleitet. Gemäß Ausführungsformen kann die Reaktion, ein Senden einer Nachricht, z.B. einer Textnachricht, einer Systemkonsolennachricht oder einer SMS-Nachricht (SMS = Short Messaging Service) enthalten, ohne auf diese beschränkt zu sein, die einen Systembenutzer oder einen Techniker vor einer Unterbrechung in der Umfassung warnt, die das elektronische Modul 126 umgibt. Bei einigen Ausführungsformen können Aktionen außerdem ein Aufleuchten einer Anzeige wie z.B. einer Leuchtdiode (LED), ein Ertönen eines akustischen Alarms und/oder ein Löschen von Verschlüsselungsschlüsseln innerhalb des elektronischen Moduls 126 enthalten. Eine der vorstehend beschriebenen Aktionen oder eine Kombination davon können zum Schützen der Sicherheit von Daten und/oder Verschlüsselungsschlüsseln nützlich sein, die innerhalb des elektronischen Moduls 126 enthalten sind.
Gemäß Ausführungsformen kann das elektronische System (seitliche Querschnittsansicht) 125 beim Bereitstellen eines optischen Verständnisses der Verbindung und Anordnung von Komponenten innerhalb des elektronischen Systems 100, 125 nützlich sein. Die Funktion, die elektrischen Eigenschaften und Verbindungen des elektronischen Systems 125 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das elektronische System 100 beschrieben sind. Die Ansicht 125 kann besonders nützlich beim bildlichen Darstellen von strukturellen Beziehungen, Platzierungsbeziehungen und elektrischen Verbindungsbeziehungen zwischen dem elektronischen Modul 126, der Abdeckung 128, der Leiterbahnschaltung 150, einem Verbinder 136, einer PCB 138 und der Antworteinheit 120 sein.
Gemäß Ausführungsformen kann das elektronische Modul 126 so konfiguriert sein, dass es elektrisch gespeicherte Daten speichert und/oder verarbeitet, die sensibel oder sicher sind. Das elektronische Modul 126 kann ICs 130 wie z.B. Prozessoren, Speichereinheiten, ASICs und Kryptografiechips enthalten, die auf eine PCB 134 montiert und untereinander elektrisch verbunden sind. Eine Erfassungsschaltung 102 kann durch eine Batterie, z.B. 132, mit Strom versorgt werden, die der Schaltung ermöglichen kann, eine kontinuierliche Erkennung einer Umfassungsunterbrechung, z.B. 158, Leiterbahnschaltung 150, in dem Fall bereitzustellen, dass das elektronische Modul 126 von einer Stromversorgung des elektronischen Systems getrennt ist. Der Verbinder 136 stellt elektrische Verbindungen zwischen dem elektronischen Modul 126 und anderen Komponenten und/oder Einheiten innerhalb des elektronischen Systems 125 bereit, zum Beispiel zwischen dem Ausgang 104 von der Erfassungsschaltung 102 zu der Antworteinheit 120, die auf der PCB 138 montiert ist. Gemäß Ausführungsformen kann die PCB 138 integraler Bestandteil eines Computers, Supercomputers Servers, PCs oder eines anderen elektronischen Systems sein. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem elektronischen Modul 126 um ein Kryptografiemodul handeln.
Das elektronische Modul 126 kann durch die Abdeckung 128 umschlossen sein, die so ausgestaltet sein kann, dass sie eine Sichtprüfung und einen physischen Zugang zu dem elektronischen Modul 126 unterbindet. Gemäß Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150 unter Verwendung von zum Beispiel Klebstoffen oder anderen Haftmitteln oder Techniken an (eine) innere Oberfläche(n) der Abdeckung 128 angebracht werden. Bei Ausführungsformen kann eine dielektrische Schicht, z.B. 154, durch einen Entwickler auf der Grundlage von Materialcharakterisierungsdaten gewählt werden, um Anforderungen an die Ausgestaltung elektronischer Systeme zu erfüllen. Zu derartigen Anforderungen kann zum Beispiel eine Vorgabe eines maximalen Leckstroms gehören. Die Verwendung einer dielektrischen Schicht, z.B. 154, die gesteuerte und/oder verringerte Leckstromeigenschaften aufweist, kann besonders nützlich beim Verringern des Stromverbrauchs des elektronischen Systems 100 sein und dadurch die Standzeit der Batterie 132 erhöhen und verlängern, die zur Versorgung des elektronischen Systems 100 mit Strom verwendet wird.
Die Verwendung der Leiterbahnschaltung 150 kann beim Bereitstellen einer kostengünstigen Erkennung eines unberechtigten physischen Zugriffs auf sensible Daten und/oder Verschlüsselungsschlüssel nützlich sein, die in dem elektronischen Modul 126 gespeichert sind. Die Leiterbahnschaltung 150 kann außerdem besonders nützlich beim Steuern und Verringern von Leckstrom zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 152A und 152B sein, was eine gesteuerte und verbesserte Betriebsdauer der Batterie 132 bereitstellen kann. Zu beispielhaften Arten von dielektrischen Materialien, die in der dielektrischen Schicht 154 der Leiterbahnschaltung 150 verwendet werden können, können Schichten aus FR-, HT- und AP-Laminatmaterialien gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. Gemäß Ausführungsformen können die dielektrisch leitfähigen Schichten 152A und 152B der Leiterbahnschaltung 150 die Serpentinen-Leiterbahnen 156A bzw. 156B enthalten, die als Umfassung dienen, die das elektronische Modul 126 umschließt. Gemäß PCB-Ausgestaltungen und -Materialsätzen können die leitfähigen Schichten 152A und 152B Kupfer und/oder andere Arten von Metall enthalten.
Gemäß Ausführungsformen können Serpentinen-Leiterbahnen eine Vielfalt von Mustern haben, wie in 156A, 156B, Ansicht 150A bildlich dargestellt. Eine Leiterbahnschaltung 150 kann eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten enthalten, z.B. 152A, 152B. Bei einigen Ausführungsformen sind elektrisch leitfähige Schichten, z.B. 152A, 152B, durch eine dielektrische Schicht, z.B. 154, elektrisch voneinander isoliert. Bei Ausführungsformen enthält die Leiterbahnschaltung 150 eine dielektrische Schicht 154, die sich benachbart zu, d.h. zwischen beiden leitfähigen Schichten 152A und 152B, befindet. Die Leiterbahnschaltung 150 kann eine einzige leitfähige Schicht enthalten, z.B. 152A, und bei einigen Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150 zwei oder mehr leitfähige Schichten enthalten, z.B. 152A und 152B, wie bildlich dargestellt. Bei Ausführungsformen können verschiedene Arten von Klebstoffen und/oder Haftmitteln verwendet werden, um die Leiterbahnschaltung 150 an innere Oberflächen der Abdeckung 128 zu binden. Die Bezugsnummer 158 ist in der Ansicht 150 als flexible Schaltung bildlich dargestellt, bei einigen Ausführungsformen kann 158 jedoch alternativ eine PCB darstellen. Bei Ausführungsformen können flexible Schaltungen oder PCBs untereinander durch Löten elektrisch verbunden sein, um eine Umfassung zu bilden, die mehrere Seiten umgibt, z.B. oben, unten und Seiten des elektronischen Moduls 126.
1 und die in 1 bildlich dargestellten Komponenten stellen nicht notwendigerweise die tatsächliche Größe der Komponenten oder Teilkomponenten dar, die bei Ausführungen einzeln oder zusammen verwendet werden. Sie sind nicht notwendigerweise eine Darstellung der tatsächlichen oder relativen Größe einer beliebigen Einheit, Komponente oder Teilkomponente. Vielmehr sollen sie bildlich darstellen, wie jede Teilkomponente eines elektronischen Systems im Verhältnis zu anderen Teilkomponenten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeordnet sein kann.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 200 zum Ausgestalten eines elektronischen Systems 100, 125, 1, für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen. Die Ausführung des Verfahrens 200 kann beim Ausgestalten eines elektronischen Systems nützlich sein, das zuverlässige, kostengünstige und energieeffiziente Reaktionen bezüglich Datensicherheitsüberwachung und Korrekturmaßnahmen zur Verwendung bei elektronischen Systemen wie z.B. Computern und Servern bereitstellt. Im Zusammenhang mit einem funktionierenden elektronischen System kann das Verfahren 200 eine verbesserte Energieeffizienz und Batteriebetriebsdauer des elektronischen Systems bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem elektronischen System 100 um ein Kryptografiesicherheitssystem handeln.
Das Verfahren 200 geht vom Start 202 zu Operation 204. Die Operation 204 bezieht sich allgemein auf ein Empfangen von Ausgestaltungsanforderungen für das elektronische System 100, 125, 1, für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten. Gemäß Ausführungsformen können zu Ausgestaltungsanforderungen zum Beispiel vorgegebene Leckstromeigenschaften der Leiterbahnschaltung 150, 1, über einen Bereich von Betriebstemperaturen des elektronischen Systems und ein vorgegebener Impedanzbereich an den elektrisch leitfähigen Schichten, z.B. 152A, 152B, der Leiterbahnschaltung 150, 1, gehören. Zu anderen Ausgestaltungsanforderungen können zum Beispiel eine vorgegebene maximale Spannungsregelungsdifferenz (voltage droop), ein vorgegebener Energieverlust und eine vorgegebene RC-Zeitkonstante (τ) an den leitfähigen Schichten des Dielektrikums 150 gehören. Zu Ausgestaltungsanforderungen kann außerdem eine Mindestbetriebsdauer einer Batterie, z.B. 132, 1, gehören, die zum Versorgen des elektronischen Systems 100, 1, mit Strom konfiguriert ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die Mindestbetriebsdauer einer Batterie durch eine veröffentlichte Kryptosicherheitsspezifikation wie z.B. den U.S. Government Federal Information Processing Standard (FIPS) 140-2 Security Requirements for Cryptographic Modules vorgegeben sein.
Gemäß Ausführungsformen muss möglicherweise jede dieser Anforderungen erfüllt sein, um allen Ausgestaltungsanforderungen für ein elektronisches System zu entsprechen. Bei Ausführungsformen können Ausgestaltungsanforderungen durch einen Schaltungsentwickler oder durch ein EDA-System (EDA = electronic design automation) aus einem Spezifikationsdokument oder einer Spezifikationsdatei empfangen werden. Ein derartiges Dokument oder eine derartige Datei kann zum Beispiel die Form eines gedruckten Exemplars oder einer elektronischen Datei haben. Die elektronische Datei kann eine Vielfalt von Formaten wie z.B. eines Textverarbeitungsdokument, einer Textdatei, einer Tabellenkalkulationsdatei oder einer proprietären oder einer nicht proprietären Spezifikationsdatei haben.
Es sollte klar sein, dass verschiedene elektronische Systeme unterschiedliche Ausgestaltungsanforderungen haben. Zum Beispiel kann eine Art von elektronischem System, z.B. das elektronische Modul 126, 1, transportabel sein und/oder mindestens teilweise von einer Batteriestromversorgung abhängig sein und einen relativ kleinen maximalen dielektrischen Leckstrom erfordern. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem elektronischen Modul 126 um ein Kryptografiemodul handeln. Im Gegensatz hierzu ist eine weitere Art von elektronischem System möglicherweise überhaupt nicht von einer Batteriestromversorgung abhängig, kann eine Leiterbahnschaltung 150 haben, bei der vorgegeben ist, dass sie kompatibel mit einer bestimmten Ausgestaltung der Erfassungsschaltung 102 sein soll, und kann einen höheren vorgegebenen Leckstrom haben. Sobald die Ausgestaltungsanforderungen empfangen wurden, geht das Verfahren 200 zu Operation 206.
Die optionale Operation 206 bezieht sich allgemein auf ein Charakterisieren von dielektrischen und klebenden dielektrischen Kandidatenmaterialien zur Verwendung innerhalb des elektronischen Systems 100, 125, 1. Zu derartigen dielektrischen Materialien können zum Beispiel Platten aus dielektrischem Material mit einem metallischen Überzug, z.B. aus Kupfer, auf beiden Seiten des Dielektrikums und verschiedene klebende dielektrische Materialien gehören. Gemäß Ausführungsformen können dielektrische und klebende dielektrische Kandidatenmaterialien charakterisiert werden, um Entwicklern von PCBs und Schaltungen Parameter bereitzustellen, die beim Treffen Ausgestaltungsentscheidungen und -kompromissen nützlich sind. Zum Beispiel können dielektrische Materialien verschiedenen Frequenzen ausgesetzt werden, die an leitfähige Platten auf ebenen Oberflächen des Materials angelegt werden, und der entstehende Verlust kann aufgezeichnet werden. 3 ist ein beispielhaftes Diagramm, das Kurven des gemessenen Verlustes in Abhängigkeit von der Frequenz für zwei dielektrische Materialien FR und HT enthält. Gemäß Ausführungsformen kann das Charakterisieren von Kandidaten-Dielektrika und -Klebstoffen ein Charakterisieren elektrischer Leckstromeigenschaften, unter anderem der temperaturabhängigen Veränderung des Leckstroms, der dielektrischen und klebenden Kandidatenmaterialien enthalten. Bei Ausführungsformen können zu dielektrischen und klebenden Kandidatenmaterialien FR-, HT- und AP-Materialien gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Die vorstehend beschriebene Charakterisierung kann zum Beispiel durch einen Anbieter oder Zulieferer dialektischer Materialien, durch einen Schaltungsentwickler oder PCB-Entwickler oder durch ein unabhängiges Labor durchgeführt werden. Eine derartige Charakterisierung kann bei einer oder mehreren Temperaturen von Interesse durchgeführt werden, wie z.B. bei einer angenommenen maximalen Betriebstemperatur oder über einen Betriebstemperaturbereich des elektronischen Systems. Sobald die dielektrischen und klebenden Kandidatenmaterialien charakterisiert wurden, geht das Verfahren 200 zu Operation 208.
Die Operation 208 bezieht sich allgemein auf ein Wählen charakterisierter dielektrischer und klebender Materialien gemäß den in Operation 204 empfangenen Ausgestaltungsanforderungen. Gemäß Ausführungsformen werden dielektrische und klebende Materialien durch einen Entwickler aus einer Anzahl charakterisierter dielektrischer und klebender Materialien ausgewählt, zum Beispiel aus den dielektrischen Materialien FR, HT und AP. Bei einigen Ausführungsformen können ein dielektrisches Material und ein ergänzendes dielektrisches Material kombiniert werden, um Vorteile der elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften beider Materialien auszunutzen. Ein oder mehrere dielektrische Materialien können auf der Grundlage einer Vielfalt von Eigenschaften einzelner Materialien und von Eigenschaften von anteilmäßig kombinierten Materialien gewählt werden. Zu diesen Eigenschaften können zum Beispiel temperaturabhängiger Leckstrom und Verlusteigenschaften, Dielektrizitätskonstante und Hafteigenschaften gehören. Gemäß Ausführungsformen kann das Wählen eines dielektrischen Materials gemäß den Ausgestaltungsanforderungen ein Auswählen eines dielektrischen Materials enthalten, das einen charakterisierten Leckstrom hat, der geringer als der vorgegebene Leckstromwert ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das dielektrische Material auf der Grundlage eines charakterisierten Leckstroms gewählt werden, der sich über einen Betriebstemperaturbereich um weniger als einen vorgegebenen Betrag verändert. Auswahlen dielektrischer Materialien können in Verbindung mit einer Analyse der Ausgabe aus einem EDA-Programm wie z.B. Field-Solver oder aus einem anderen elektrischen Simulationsprogramm getroffen werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine von Natur aus lange Serpentinen-Leiterbahn, z.B. 156A, 1, zu einer relativ langen RC-Zeitkonstante (τ) für die Leiterbahnschaltung 150, 1, führen. Ein großer Wert von τ kann zu übermäßigen Einschwingzeiten für eine Erfassungsschaltung 102, 1, und zu übermäßigem Energieverbrauch aus der Batterie, z.B. 132, 1, führen. Leckstrom an einer dielektrischen Schicht 154, 1, kann ebenfalls zum Erhöhen von τ dienen.
Gemäß Ausführungsformen kann das Wählen charakterisierter dielektrischer und klebender Materialien mit verringertem Leckstrom gemäß Ausgestaltungsanforderungen, die in Operation 204 empfangen wurden, besonders nützlich beim Verringern des dielektrischen Leckstroms und infolgedessen von τ sein. Das Verringern des Wertes von τ kann Ansprechzeiten der Erfassungsschaltung 102, 1, und den Energieverbrauch aus der Batterie, z.B. 132, 1, verbessern. Gemäß Ausführungsformen können derartige Verringerungen des dielektrischen Leckstroms einen Bereich von Betriebstemperatur des elektronischen Systems überspannen. Bei Ausführungsformen kann das Wählen einer charakterisierten dielektrischen Spanne zum Beispiel ein Wählen eines dielektrischen HT-Materials anstelle eines dielektrischen FR-Materials enthalten. Andere Auswahlen können im Rahmen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung getroffen werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann beispielhaft eine Auswahl charakterisierter dielektrischer und klebender Materialien mit einem niedrigeren dielektrischen Leckstrom eine Verringerung von τ um ca. 50 % ergeben. Infolge eines verringerten Leckstroms kann der Widerstand der Leiterbahnschaltung um einen Faktor 5 verringert werden, um insgesamt Stromeinsparungen zu ergeben, die die Batteriebetriebsdauer um ca. 10 % erhöhen können. Bei einigen Anwendungen kann eine derartige Verbesserung der Betriebsdauer zu einem zusätzlichen Batteriebetrieb von 6 bis 9 Monaten führen.
Außer den Vorteilen des geringeren Stromverbrauchs kann das Verringern des Leckstroms über die Auswahl dielektrischer Materialien auch eine Erkennung eines erheblich höheren Leiterbahnwiderstands ermöglichen, wodurch das Untersuchen einer Leiterbahnschaltung mit üblicherweise verwendeten oder verfügbaren Voltmetern oder Oszilloskopen möglich wird, die eine Eingangsimpedanz in einem Bereich von 1 MΩ bis 10 MΩ haben. Gemäß Ausführungsformen muss eine Erfassungsschaltung 102 möglicherweise keine Eingangshysterese-Eigenschaften haben, wodurch Komplexität und Stromverbrauch der Erfassungsschaltung weiter verringert werden.
Das Wählen eines dielektrischen Materials auf der Grundlage eines charakterisierten Leckstroms kann besonders nützlich zum Steuern des Leckstroms von einer Serpentinen-Leiterbahn, z.B. 156A, 1, zu einer weiteren Serpentinen-Leiterbahn, z.B. 156B, 1, oder zu einer weiteren Schicht wie z.B. einer Strom- oder Massenverteilungsschicht sein. Dieser gesteuerte Leckstrom kann zu einer verbesserten Betriebsdauer einer Batterie, z.B. der Batterie 132, 1, führen, die zum Versorgen eines elektronischen Moduls, z.B. 126, 1, mit Strom konfiguriert ist. Sobald die charakterisierten dielektrischen und klebenden Materialien gewählt wurden, geht das Verfahren 200 zu Operation 210.
Die Operation 210 bezieht sich allgemein auf ein Entwerfen einer Leiterbahnschaltung, sodass sie charakterisierte dielektrische und klebende Materialien enthält, die in Operation 208 gewählt wurden. Gemäß Ausführungsformen kann das Entwerfen einer Leiterbahnschaltung ein Auswählen eines bestimmten Ebenenpaares in einer Ausgestaltung einer PCB oder einer flexiblen Schaltung einen Umfang/(eine) Menge(n) von charakterisiertem dielektrischen Material enthalten, der/die Anforderungen an die Ausgestaltung des dielektrischen Leckstroms erfüllt. Ein charakterisiertes dielektrisches Material kann eine Kombination aus einem dielektrischen Material und einem ergänzenden dielektrischen Material enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann mehr als nur ein Ebenenpaar verwendet werden und bei einigen Ausführungsformen kann bei dem Entwurfsprozess ein EDA-Programm wie z.B. ein Field-Solver oder eine andere Art von elektrischem Simulationsprogramm verwendet werden. Sobald die Leiterbahnschaltung entworfen wurde, geht das Verfahren 200 zu Operation 212.
Die Operation 212 bezieht sich allgemein auf ein Fertigen einer Leiterbahnschaltung gemäß der in Operation 210 ausgeführten Ausgestaltung der Leiterbahnschaltung. Gemäß Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150, 1, gemäß der Ausgestaltung in Operation 210 gefertigt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150, 1, anschließend an eine andere PCB und/oder an andere Schichten flexibler Schaltungen gebunden werden. Verschiedene Laminier-, Ätz-, Bohr- und andere Prozessschritte, die in Operation 212 verwendet werden, entsprechen allgemein bestehenden Fertigungs- und Montageprozessen für PCBs und/oder flexible Schaltungen. Sobald die Leiterbahnschaltung gefertigt wurde, geht das Verfahren 200 zu Operation 214.
Die Operation 214 bezieht sich allgemein auf ein Integrieren der Leiterbahnschaltung, z.B. 150, 1, in das elektronische System 100, 125, 1. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Integrieren ein Platzieren und Anbringen einer oder mehrerer Leiterbahnschaltungen 150 an innere Oberflächen der Abdeckung 128 enthalten, um das elektronische Modul 126 mit einer Umfassung zu umgeben und zu umschließen. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Umfassung um eine sichere Umfassung, die in das Kryptografiemodul umgibt, und die Erfassungsschaltung 102 ist so konfiguriert, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung erkennt. Verschiedene Arten von Klebstoffen und/oder Hafttechniken können bei dem Anbringungsprozess verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen kann das Integrieren auch ein elektrisches Verbinden einer oder mehrerer Leiterbahnschaltungen 150 in Reihe enthalten, wie durch die Widerstände R1, R2 und R3, 1, dargestellt. Das Integrieren kann außerdem ein elektrisches Verbinden der Leiterbahnschaltungen 150 mit der Erfassungsschaltung 102 enthalten, zum Beispiel über Lötverbindungen in dem Verbinder 136 und an der PCB 134. Sobald die Leiterbahnschaltung in das elektronische System integriert wurde, kann das Verfahren 200 bei Operation 216 enden.
3 ist ein Diagramm, das Messwerte von frequenzabhängigen dielektrischen Leckströmen von zwei dielektrischen Materialien gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen. Derartige dielektrische Materialien können in Schichten verwendet werden, z.B. in der dielektrischen Schicht 154, 1, die in einer Leiterbahnschaltung 150 enthalten sein kann. Die Charakterisierung kann eine breite Vielfalt derartiger dielektrische Materialien enthalten, einschließlich und ohne auf diese beschränkt zu sein, von dielektrischen FR-, HT- und AP-Schichten. Die Charakterisierung und Messung von Eigenschaften wie z.B. des dielektrischen Leckstroms können einem PCB-Entwickler wertvolle Einblicke in Bezug darauf vermitteln, welche dielektrischen Materialien oder Kombination(en) dielektrischer Materialien für eine bestimmte Anwendung zu wählen sind.
Die in 3 bereitgestellten Datenkurvendarstellungen können ein visuelles Verständnis kausaler Beziehungen zwischen Messfrequenz und dielektrischem Leckstrom sowie des/der relativen Unterschieds/Unterschiede beim Leckstrom zwischen verschiedenen Arten von dielektrischen Materialien bereitstellen. Die Vertikalachse von 3 entspricht dem in dB gemessenen Leckstrom der dielektrischen Materialien der Arten FR und HT; ein höherer Wert oder eine höhere Position auf der Vertikalachse entspricht einem höheren Leckstromwert. Die Horizontalachse am unteren Rand von 3 entspricht einer Frequenz (kHz), bei der die Messung vorgenommen wurde. Ein Bereich auf der Vertikalachse kann sich beispielhaft von ca. -92 dB unten bis -70 dB oben erstrecken. In ähnlicher Weise kann sich ein Bereich auf der Horizontalachse von ca. 0 kHz bis 1,0 kHz erstrecken. Leckstrommessungen können bei einer Vielfalt von Temperaturen vorgenommen werden, wie z.B. 25 °C, 85 °C oder 100 °C.
Zu verzeichnen ist, dass die Kurve 302 des FR-Dielektrikums und die Kurve 304 des HT-Dielektrikums beträchtliche Unterschiede bei den Leckströmen zeigen. Zum Beispiel beträgt der Leckstromunterschied zwischen der Kurve 302 des FR-Dielektrikums und der Kurve 304 des HT-Dielektrikums bei der maximalen Messfrequenz (rechte Seite von 4) ca. 13 dB, was einem 20-fachen Unterschied beim Leistungsverlust zwischen dem dielektrischen FR- und HT-Material entspricht. Messungen bei anderen Arten von dielektrischen Materialien können zu anderen relativen Ergebnissen führen. Die Charakterisierung von Eigenschaften dielektrischer Materialien wie z.B. Leckstrom, wie in 3 dargelegt, kann besonders nützlich zum Bereitstellen eines Verständnisses der elektrischen Eigenschaften verschiedener Arten von dielektrischen Materialien sein, die beim Wählen zwischen Arten dielektrischer Materialien verwendet werden können, um sie in eine Ausgestaltung einer Leiterbahnschaltung 150 einzubeziehen.
4 ist ein Diagramm, das zwei Ansichten 400 und 450 enthält, die Veränderungen bei einer Erfassungsspannung, z.B. Vs, einer Leiterbahnschaltung 150, 1, gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen. Veränderungen der Erfassungsspannung können auf Veränderungen beim Leckstrom von dielektrischen Materialien, z.B. der dielektrischen Schicht 154, 1, die in einer Leiterbahnschaltung 150 enthalten sein kann, über einen Temperaturbereich zurückzuführen sein. Zu derartigen Materialien können dielektrische FR-, HT- und AP-Schichten gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die Charakterisierung von dielektrischen Materialien kann einem PCB-Entwickler wertvolle Einblicke und ein Verständnis in Bezug darauf vermitteln, welche dielektrischen Materialien oder Kombination(en) dielektrischer Materialien für eine bestimmte Leiterbahnschaltungsanwendung zu wählen sind. Das Wählen eines dielektrischen Materials mit einem minimalen Leckstrom kann besonders nützlich beim Steuern und/oder Minimieren des Leckstroms und Verbessern der Batteriestandzeit für ein elektronisches Modul, z.B. 126, 1, sein.
Die in 4 bereitgestellten Datenkurvendarstellungen können ein visuelles Verständnis kausaler Beziehungen zwischen Messtemperatur und Erfassungsspannung Vs sowie des/der relativen Unterschieds/Unterschiede bei der Erfassungsspannung Vs bereitstellen, der/die aus der Verwendung verschiedener Arten von dielektrischen Materialien entsteht/entstehen. Die Vertikalachse von 4 für Temperaturkurven 402 entspricht einer in °C gemessenen Messtemperatur der dielektrischen Materialien der Arten FR und HT; ein höherer Wert oder eine höhere Position auf der Vertikalachse entspricht einer höheren Messtemperatur. Die Vertikalachse von 4 für die Spannungskurven 404A und 404B entspricht einer in Volt gemessenen Vs der dielektrischen Materialien der Arten FR und HT, die über den Temperaturbereich der Temperaturkurve 402 gemessen wurde. Ein höherer Wert oder eine höhere Position auf der Vertikalachse entspricht einem höheren Wert von Vs. Die Spannungskurve 404B gibt die gemessene Erfassungsspannung, z.B. Vs, nach dem Anwenden dielektrischer Materialien der vorliegenden Erfindung wieder, deren dielektrischer Leckstrom weitgehend unabhängig von der Betriebstemperatur sein kann. Die Horizontalachse am unteren Rand von 4 entspricht der Zeit, zu der die Messung der Erfassungsspannung vorgenommen wurde. Die Vertikalachse für Temperaturkurven 402, d.h. T_MIN - T_MAX, kann beispielhaft von einer T_MIN von ca. -15 °C bis zu einer T_MAX von ca. 75 °C reichen.
Zu verzeichnen ist, dass die Kurve 402 des FR-Dielektrikums und die Kurve 404 des HT-Dielektrikums beträchtlich unterschiedliche Veränderungen der Erfassungsspannung Vs zeigen, die unterschiedlichen temperaturabhängigen Leckströmen entsprechen. Die Charakterisierung dielektrischer Materialien über die Messung der Erfassungsspannung(en) Vs, wie in 4 dargelegt, kann besonders nützlich zum Bereitstellen eines Verständnisses der elektrischen Eigenschaften verschiedener Arten von dielektrischen Materialien sein, die beim Wählen zwischen Arten dielektrischer Materialien verwendet werden können, um sie in eine Ausgestaltung einer Leiterbahnschaltung 150 einzubeziehen.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zum Betreiben eines elektronischen Systems 100, 125, 1, für gesteuerte Batteriestandzeit und Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul 126, 1, gemäß Ausführungsformen bildlich darstellt, die den Figuren entsprechen. Die Ausführung des Verfahrens 500 kann beim Bereitstellen einer robusten Datensicherheit für elektronische Systeme und innerhalb derartiger Systeme enthaltene Daten bereitstellen, während die effektive Betriebsdauer einer Batterie 132, 1, verbessert wird, die ein derartiges System mit Strom versorgt.
Das Verfahren 500 geht vom Start 502 zu Operation 504. Die Operation 504 bezieht sich allgemein auf ein Anlegen, mit einer Erfassungsschaltung 102, einer Spannung V_A, 1, an eine Leiterbahnschaltung 150, 1. Gemäß Ausführungsformen kann die Leiterbahnschaltung 150, 1, so konfiguriert sein, dass sie eine Umfassung bereitstellt, die ein elektronisches Modul 126 umschließt und eine Anzahl von in Reihe verbundenen Leiterbahnschaltungen enthalten kann, wie durch die Widerstände R1, R2 und R3, 1, dargestellt. Derartige Leiterbahnschaltungen können sich zum Beispiel benachbart zur Oberseite, Unterseite und/oder zu Seiten der Abdeckung 128 befinden. Bei einigen Ausführungsformen kann das elektronische Modul 126 Teile eines elektronischen Systems 100, 125 enthalten, bei dem es sich um ein Kryptografiesicherheitssystem handelt, das ein Kryptografiemodul enthält. Kryptografische Module können einen kryptografischen Coprozessor, einen kryptografischen Beschleuniger, eine kryptografische Adapterkarte, eine kryptografische, vor Ort programmierbare Gatteranordnung (field programmable gate array, FPGA) und einen Speicher enthalten, der Daten des kryptografischen Beschleunigers speichert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann/können die Leiterbahnschaltung/en 150 als flexible Schaltung gefertigt sein und bei einigen Ausführungen kann/können die Leiterbahnschaltung/en 150 als PCB gefertigt sein. Bei Ausführungsformen kann es sich bei der mit der Erfassungsschaltung 102, 1, angelegten Spannung V_A zum Beispiel um V_DD oder um eine durch einen Schaltungsentwickler ausgewählte weitere Spannung handeln. Bei einigen Ausführungsformen kann die Operation 504 auch ein Erwärmen der Leiterbahnschaltung(en) 150 auf eine bekannte Temperatur oder eine „Referenz“-Temperatur enthalten. Ein derartiges Erwärmen kann beim Erkennen geringfügiger Temperaturveränderungen oder beim „Normieren“ der Temperatur der Leiterbahnschaltung 150 zwecks Kompatibilität mit der Erfassungsschaltung 102 nützlich sein. Sobald die Spannung V_A an die Leiterbahnschaltung angelegt wurde, geht das Verfahren 500 zu Operation 506.
Die Operation 506 bezieht sich allgemein auf ein Messen, mit der Erfassungsschaltung 102, 1, einer Erfassungsspannung Vs an einer oder mehreren Leiterbahnschaltungen 150, 1. Wenn an jeder Leiterbahnschaltung 150 Unterbrechungsfreiheit vorliegt, d.h. an den Widerständen R1, R2 und R3, liegt gemäß Ausführungsformen an dem Erfassungsnetz 112 eine entsprechende Erfassungsspannung Vs an, die auf Unterbrechungsfreiheit hinweist. Wenn zum Beispiel die Widerstände R1, R2 und R3 im Vergleich zu dem Wert des Widerstands R jeweils relativ klein sind, beträgt der entsprechende Wert der Erfassungsspannung Vs ca. 0 V.
In einem Fall, bei dem mindestens eine Leiterbahnschaltung 150, z.B. Widerstand R1, R2 oder R3, eine Unterbrechung hat, z.B. 158, 1, liegt eine entsprechende Erfassungsspannung Vs, z.B. ≈ V_A, die auf die Unterbrechung hinweist, an dem Erfassungsnetz 112 an. Gemäß Ausführungsformen kann die Unterbrechung so verstanden werden, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung darstellt, die durch die Leiterbahnschaltung 150, 1, um das elektronische Modul 126, 1, gebildet ist. Sobald die Erfassungsspannung Vs gemessen wurde, geht das Verfahren 500 zu Operation 508.
Die Operation 508 bezieht sich allgemein auf ein Vergleichen, mit der Erfassungsschaltung 102, der an dem Erfassungsnetz 112, 1, empfangenen Erfassungsspannung Vs mit einem Spannungsschwellenwert. Gemäß Ausführungsformen dient die Erfassungsspannung Vs als Hinweis auf eine Umfassungsunterbrechung für eine oder mehrere Serpentinen-Leiterbahn(en), z.B. 156A, 1. Eine Umfassungsunterbrechung, z.B. 158, 1, kann auf Versuche zum unberechtigten Manipulieren der Abdeckung 128 zurückzuführen sein, die das elektronische Modul 126 umgibt. Gemäß Ausführungsformen kann es sich bei der Erfassungsschaltung 102 um einen Komparator, einen Operationsverstärker (operational amplifier, op-amp) oder eine andere Art von Vergleichs- und/oder Verstärkerschaltung handeln, die mit diskreten Komponenten realisiert oder in einen IC wie z.B. in einen ASIC integriert sein kann.
Gemäß Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie eine Erfassungsspannung Vs vergleicht, die mit einem Schwellenwert verglichen wurde, der zum Unterscheiden einer Vs, die der Unterbrechungsfreiheit durch (eine) Leiterbahnschaltung(en) 150 entspricht, von einer Vs dient, die einer Unterbrechung in mindestens einer Leiterbahnschaltung 150 entspricht. Zum Beispiel kann eine derartige Schwellenspannung bei einigen Ausführungsformen V_A/2 betragen. Diesem Beispiel folgend weist eine gemessene Vs, die geringer als ein Schwellenwert ist, auf Unterbrechungsfreiheit an den Leiterbahnschaltung(en) 150, 1, hinweg hin, während eine gemessene Vs, die höher als der Schwellenwert ist, auf eine Unterbrechung an mindestens einer der Leiterbahnschaltungen 150, 1, hinweist. Bei einigen Ausführungsformen könnte es sich bei einer Schwellenwertspannung um einen weiteren Wert handeln, der von den Werten der Widerstände R, R1, R2 und R3 abhängt. Sobald die Ausgangsspannung mit einem Spannungsschwellenwert verglichen wurde, geht das Verfahren 500 zu Operation 510.
Bei Operation 510 wird durch die Erfassungsschaltung 102, 1, eine Ermittlung dahingehend vorgenommen, ob die Erfassungsspannung Vs, die durch die Erfassungsschaltung 102 an dem Erfassungsnetz 112 empfangen wurde, auf eine Unterbrechung durch oben erörterte Verletzungen des Spannungsschwellenwertes hinweist. Wenn zum Beispiel Vs geringer als der Spannungsschwellenwert ist, kann gemäß Ausführungsformen festgestellt werden, dass in keiner der Leiterbahnschaltungen 150 eine Unterbrechung vorliegt. Wenn Vs höher als der Spannungsschwellenwert ist, kann festgestellt werden, dass in mindestens einer der Leiterbahnschaltungen 150 eine Unterbrechung vorliegt. Gemäß Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie eine Ausgangsspannung Vo mit einem logischen Wert „0“ oder „1“ auslöst, der einer erfassten Unterbrechungsfreiheit oder Unterbrechung von Leiterbahnschaltungen 150 entspricht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 102 so konfiguriert sein, dass sie eine Erfassungsspannung Vs verstärkt, um die Ausgangsspannung V_O auszulösen. Wenn die an dem Erfassungsnetz 112, 1, empfangene Erfassungsspannung Vs nicht auf eine Unterbrechung hinweist, kehrt das Verfahren 500 zu Operation 504 zurück. Wenn die an dem Erfassungsnetz 112, 1, empfangene Erfassungsspannung Vs auf eine Unterbrechung hinweist, geht das Verfahren 500 zu Operation 512.
Die Operation 512 bezieht sich allgemein auf ein Einleiten einer Aktion mit der Antworteinheit 120, 1, als Reaktion auf einen Hinweis auf eine Unterbrechung in mindestens einer Leiterbahnschaltung 150. Gemäß Ausführungsformen kann es sich bei der Antworteinheit 120 zum Beispiel um eine Prozessorschaltung, einen Serviceprozessor, eine mit einem Netzwerk verbundene Einheit, ein elektronisches Modul, z.B. 126, 1, oder um eine andere elektronische Einheit handeln. Die Antworteinheit 120 enthält Schaltungen/Funktionalität zum Empfangen der Ausgangsspannung V_O von dem Ausgang 104 und als Reaktion darauf, dass V_O auf eine Unterbrechung hinweist, zum Einleiten einer oder mehrerer Antwortaktion(en). Zum Beispiel kann die Erfassungsschaltung 102, 1, eine Ausgangsspannung Vo, z.B. eine logische „1“, die durch V_DD dargestellt wird, an die Antworteinheit 120 ausgeben, die auf eine Unterbrechung in mindestens einer Leiterbahnschaltung 150 hinweist. Gemäß Ausführungsformen kann die Antworteinheit 120 als Reaktion auf das Empfangen eines derartigen Signals eine Aktion durchführen oder Daten mit einer weiteren Einheit austauschen, z.B. mit einem Computer, einem Prozessor, einem IC, oder mit einer mit einem Netzwerk verbundenen oder mit einer anderen elektrisch verbundenen Einheit, um die Aktion einzuleiten. Zum Beispiel kann die Antworteinheit 120 eine Aktion wie z.B. Senden einer Nachricht, Ausgeben eines Alarms oder Löschen von Verschlüsselungsschlüsseln innerhalb des elektronischen Moduls 126 einleiten. Gemäß Ausführungsformen können zu einer gesendeten Nachricht eine eMail-Benachrichtigung, eine SMS-Benachrichtigung oder eine Systemkonsolennachricht gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein. Zu Alarmen können optische oder akustische Alarme wie z.B. Aufleuchten einer Anzeige wie z.B. einer LED oder einer Leuchte oder Aktivieren eines Summers, einer Hupe, einer Sirene oder dergleichen gehören. Andere Arten von Hinweisen auf eine Umfassungsunterbrechung 158, 1, sind im Rahmen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung möglich.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Erkennung von versuchten, unberechtigten Einsichtnahmen in ein kryptografisches Modul oder in eine kryptografische Einheit und eine Reaktion darauf ermöglichen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen Hinweis auf eine versuchte, physisch eindringende Einsichtnahme in eine sichere oder kryptografische Schaltung bereitstellen, ohne dass dies mit dauerhaften und/oder negativen Auswirkungen auf die Funktionalität der Einheit oder Schaltung verbunden ist, in der diese installiert ist. Sobald die Aktion eingeleitet wurde, kehrt das Verfahren 500 zu Operation 504 zurück.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen der Veranschaulichung dienen, sind jedoch nicht als vollständig oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt gedacht. Für Fachleute sind viele Modifikationen und Variationen denkbar, ohne dass diese eine Abweichung vom Schutzbereich der beschriebenen Ausführungsformen darstellen würden. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung bzw. die technische Verbesserung gegenüber den auf dem Markt vorgefundenen Technologien zu erläutern bzw. anderen mit entsprechenden Fachkenntnissen das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausgestalten eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und gesteuerte Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von Ausgestaltungsanforderungen für ein elektronisches System; Charakterisieren dielektrischer Materialien, bei denen es sich um Kandidaten zur Verwendung bei dem elektronischen System handelt; Wählen, aus dielektrischen Kandidatenmaterialien, eines dielektrischen Materials gemäß den Ausgestaltungsanforderungen; Entwerfen einer Leiterbahnschaltung, sodass sie ein gewähltes dielektrisches Material enthält; Fertigen einer Leiterbahnschaltung gemäß der Ausgestaltung der Leiterbahnschaltung; Integrieren der Leiterbahnschaltung in das elektronische System durch: Umgeben des elektronischen Moduls mit der Leiterbahnschaltung, um eine Umfassung bereitzustellen, die das elektronische Modul umschließt; und elektrisches Verbinden der Leiterbahnschaltung mit einer Erfassungsschaltung. Vorzugsweise handelt es sich bei dem elektronischen System um ein Kryptografiesicherheitssystem; bei dem elektronischen Modul handelt es sich um ein Kryptografiemodul; bei der Umfassung handelt es sich um eine sichere Umfassung, die das Kryptografiemodul umgibt; und die Erfassungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung erkennt; die Anforderungen an die Ausgestaltung des elektronischen Systems enthalten eine Mindestbetriebsdauer einer Batterie, die zum Versorgen des elektronischen Systems mit Strom konfiguriert ist. Die Mindestbetriebsdauer einer Batterie, die zum Versorgen des elektronischen Systems mit Strom konfiguriert ist, ist vorzugsweise durch eine veröffentlichte Kryptosicherheitsspezifikation vorgegeben. Das Charakterisieren von dielektrischen Kandidatenmaterialien enthält vorzugsweise ein Charakterisieren elektrischer Leckstromeigenschaften, unter anderem der temperaturabhängigen Veränderung des Leckstroms, der dielektrischen Kandidatenmaterialien. Die dielektrischen Kandidatenmaterialien enthalten vorzugsweise Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: einem klebenden dielektrischen Material und einer Platte aus einem dielektrischen Material mit einem Überzug. Das Verfahren weist ferner ein Wählen eines ergänzenden dielektrischen Materials gemäß den Ausgestaltungsanforderungen auf und wobei das Ausgestalten der Leiterbahnschaltung das dielektrische Material und das ergänzende dielektrische Material enthält. Das Wählen eines dielektrischen Materials gemäß den Ausgestaltungsanforderungen enthält ein Auswählen eines dielektrischen Materials das aufweist: einen charakterisierten Leckstrom, der geringer als der vorgegebene Leckstromwert ist; und einen charakterisierten Leckstrom, der sich über einen Betriebstemperaturbereich weniger als um einen vorgegebenen Betrag verändert. Das Ausgestalten der Leiterbahnschaltungen enthält vorzugsweise ein Vorgeben von Mengen des dielektrischen Materials und des ergänzenden dielektrischen Materials, die zu einem Leckstrom der Leiterbahnschaltung führen, der geringer als ein Leckstromschwellenwert ist.

Claims

Elektronisches System, das aufweist: ein elektronisches Modul; eine Leiterbahnschaltung, die eine Umfassung bereitstellt, die das elektronische Modul umschließt; und eine Erfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum: Erkennen einer Unterbrechung in der Umfassung; und Einleiten, als Reaktion auf eine Erkennung, einer Aktion aus der Antworteinheit.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei: es sich bei dem elektronischen System um ein Kryptografiesicherheitssystem handelt; es sich bei dem elektronischen Modul um ein Kryptografiemodul handelt; es sich bei der Umfassung um eine sichere Umfassung handelt, die das Kryptografiemodul umgibt; und die Erfassungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung erkennt.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die Aktion, die eine Unterbrechung in der Umfassung signalisiert, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Löschen von Verschlüsselungsschlüsseln innerhalb des elektronischen Moduls, Senden einer eMail-Benachrichtigung, Senden einer Short-Messaging-Service-Benachrichtigung (SMS-Benachrichtigung), Aufleuchten einer Anzeige und Ertönen eines akustischen Alarms.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Unterbrechung in der Umfassung durch Erkennen eines Widerstands der Leiterbahnschaltung erkennt, der auf die Unterbrechung in der Umfassung hinweist.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahnschaltung als flexible Schaltung gefertigt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die Antworteinheit ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer Prozessorschaltung, einem Serviceprozessor, dem elektronischen Modul und einer mit einem Netzwerk verbundenen Einheit.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die Umfassung der Leiterbahnschaltung eine erste elektrisch leitfähige Serpentinen-Leiterbahn enthält.
Elektronisches System nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahnschaltung eine zweite elektrisch leitfähige Serpentinen-Leiterbahn enthält, die durch eine dielektrische Schicht elektrisch von der ersten elektrisch leitfähigen Serpentinen-Leiterbahn getrennt ist.
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Systems für gesteuerte Batteriestandzeit und gesteuerte Sicherheit elektronischer Daten für ein elektronisches Modul, wobei das Verfahren aufweist: Anlegen, mit einer Erfassungsschaltung, einer Spannung an eine Leiterbahnschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Umfassung bereitstellt, die ein elektronisches Modul umschließt; Messen, mit der Erfassungsschaltung, einer erfassten Spannung auf der Leiterbahnschaltung; Vergleichen der erfassten Spannung mit einem Spannungsschwellenwert, um eine Unterbrechung in der Umfassung zu erkennen; und Einleiten, mit einer Antworteinheit, die elektrisch mit der Erfassungsschaltung verbunden ist, einer Aktion als Reaktion darauf, dass die erfasste Spannung auf die Unterbrechung in der Umfassung hinweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: es sich bei dem elektronischen System um ein Kryptografiesicherheitssystem handelt; es sich bei dem elektronischen Modul um ein Kryptografiemodul handelt; die Antworteinheit ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: dem elektronischen Modul, einer Prozessorschaltung, einer mit einem Netzwerk verbundenen Einheit und einem Serviceprozessor; es sich bei der Umfassung um eine sichere Umfassung handelt, die das Kryptografiemodul umgibt; und die Erfassungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine versuchte Verletzung der sicheren Umfassung erkennt, die das Kryptografiemodul umgibt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Antwort, die eine Unterbrechung in der Umfassung signalisiert, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Löschen von Verschlüsselungsschlüsseln innerhalb des elektronischen Moduls, Senden einer eMail-Benachrichtigung, Senden einer Short-Messaging-Service-Benachrichtigung (SMS-Benachrichtigung), Aufleuchten einer Anzeige und Ertönen eines akustischen Alarms.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Leiterbahnschaltung als flexible Schaltung gefertigt ist.