JP4740326B2 - 深彫り加工によってハーフシェルに形成されたプリント基板の形態のハードウェア保護部 - Google Patents

Description

たとえば商用車用のタコグラフや、金融機関、現金自動預払機、航空機、または、デリケートなデータを処理する場所すべてで使用されるような高感度のデータ処理およびデータ保護のためのエレクトロニクスモジュールは、ハードウェア的に外部からの改ざんから保護し、たとえば化学的または物理的な攻撃（たとえば機械的、レーザ、火等）から保護して、データが改ざんされないようにしなければならない。

従来は、保護すべきエレクトロニクスモジュールをいわゆる孔あけ保護フィルムによって全体的にパッケージングする解決手段が存在している。このような孔あけ保護フィルムは、たとえば Gore 社から完成品として提供されているか、または Freudenberg 社から、銀導電ペースト印刷が施されたフィルムとして提供されている。このようなフィルムは、内部にモジュールと電気的に接続されている。エレクトロニクスモジュールは３次元でパッケージングされた後、次に合成樹脂を含む容器内に鋳込まれる。このようなパッケージを開けようとする場合、攻撃が行われた場所において、フィルム上の電気的な導体線路または抵抗線路は必ず損傷または破断され、このことはエレクトロニクスモジュールでは、記憶されたデータが直ちに消去されることに繋がる。このことにより、データが改ざんされることはなく、外部からの攻撃は相応の監視機関によって識別される。

従来技術から公知のこの手法では、２つの問題が生じる。フィルムを使用することは、電子技術による取り付け手法に相応しないという問題。フィルムが取り付け時にすでに損傷されていることが多く、このことによって大きな欠陥が生じるという問題。

上記のことから出発して、本発明の課題は、電子技術による製造に組み込むことができるエレクトロニクスモジュールのハードウェア保護部を提供することである。

前記課題は、独立請求項に記載された発明によって解決される。従属請求項に有利な実施形態が記載されている。

それによれば、保護すべき回路を保護するためのハードウェア保護部は、導電性のフラットな基板を有するか、または非導電性のフラットな基板を有する。しかし、このフラットな基板は平坦ではなく、凹んだ中央領域を有する。この中央領域は有利には完全に、突出領域によって包囲されている。基板の外側および／または内側に、保護すべき回路へのアクセスを検出するための導体構造体が配置されている。回路に不当なアクセスが行われた場合、前記導体構造体が損傷されることによって、コンタクトが形成されるかまたは遮断され、回路へのアクセスが検出される。

有利には突出領域は、凹んだ中央領域に対して平行に延在するマージンを有する。このマージンによって、ハードウェア保護部を回路担体にフラットに配置し、ここで接着するかまたははんだ付けすることができ、ないしは一般的にコンタクトすることができる。

とりわけ、基板はハーフシェルの形状に成形される。

基板は有利には、深彫り加工されたプリント基板および／またはフィルムである。

有利には、導体構造体と面センサの分離間隔とによって、該導体構造体がたとえば幾何学的な構造の形態で延在する格子の形状および／または網の形状および／またはメアンダの形状および／または扇形の目の細かい構成が形成される。その際には、導体線路または導体路の形態の導体構造体が２つ延在する間の分離間隔（メッシュ幅）は、従来のＨＤＩ（High Density Interconnection）構造に相応する。導体構造体の経過の幅にも、同様のことが当てはまる。

導体構造体は印刷によって、特に簡単かつ低コストで形成することができる。このことは有利には、フラットな基板が未だ平坦である間、すなわち未だ深彫り加工されていない間に行われる。

ハードウェア保護部はとりわけ、導体構造体の損傷を検出するための検出手段を接続するために端子を有する。

上記の形式のハードウェア保護部を製造する方法では、フラットな基板に、保護すべき回路へのアクセスを検出するための導体構造体を設ける。その前に、または有利にはその後に、このフラットな基板を、突出領域に包囲された凹んだ中央領域を該基板が有する形状にする。本方法の有利な構成は、ハードウェア保護部の有利な構成から導き出され、その逆もある。

装置は、上記の形式のハードウェア保護部と、保護すべき回路を担持するための回路担体とを有する。このハードウェア保護部は、基板の突出領域とともに回路担体に配置され、凹んだ中央領域と回路担体との間に、保護すべき回路に対する空間が得られる。

回路担体は、有利には回路担体プリント基板であるか、または回路担体プリント基板を含む。しばしば、この裏面が保護されることが多い。こうするために、本装置はとりわけ、上記形式のうち１つの形式による第２のハードウェア保護部を有し、この第２のハードウェア保護部は、回路担体の第１のハードウェア保護部と対向する面に配置される。

さらに、本装置は有利には、未許可のアクセスおよび／または不法な改ざんによる導体構造体の損傷を検出するための検出手段を有する。検出手段も保護するためには、該検出手段は、保護すべき回路の構成部分として構成することができる。

回路担体を有する全体モジュールはとりわけ、タコグラフ、走行データレコーダ、軌道車両および／または非軌道車両で使用され、またたとえば、現金自動預払機、金融機関および航空機のための装置にも使用することができる。とりわけ、回路担体を有する全体モジュールを使用することは、保護すべき暗号鍵（ＲＳＡ，ＤＥＳ）が使用される場合に常に有利である。

実施例の説明に、本発明の別の利点および構成が図面に基づいて記載されている。

図面
図１ 回路担体を有する装置の実施形態を示す。この回路担体の一方の面にハードウェア保護部が配置されており、この一方の面に対向する側に第２のハードウェア保護部が配置されている。

図２ 回路担体を有する装置の択一的な実施例を示す。この回路担体の一方の面にハードウェア保護部が配置されており、この一方の面に対向する側に第２のハードウェア保護部が配置されている。

図３ 導体構造体を有する基板を示しており、該導体構造体からハードウェア保護部が形成される。

図１に、フラットな基板１１，１２を有するハードウェア保護部１０が示されており、該フラットな基板は凹んだ中央領域１１を有し、該中央領域１１は突出領域１２によって完全に包囲されている。基板１１，１２の外側および内側に導体構造体１３，１４が配置されている。こうするために、基板１１，１２は２つのプレプレグ１５，１６を有する。第１のプレプレグ１５は、中央領域１１が凹んでいる方向を向いている基板１１，２１の面を成す。中央領域１１を包囲する領域１２が突出する方向を向いているプレプレグ１５の面に、既述の両導体構造体１３，１４の第１の導体構造体１３が配置されている。

ここには第２のプレプレグ１６も配置されており、このプレプレグ１６の第１の導体構造体１３に対向する面に、第２の導体構造体１４が配置されている。

ハードウェア保護部１０は、導体構造体１３，１４を、別のハードウェア保護部導体構造体と、導体構造体１３，１４の損傷を検出するための検出手段とにコンタクトするための端子１７を有する。

ハードウェア保護部１０は突出領域１２によって、とりわけ該突出領域１２のマージンによって、保護すべき回路２１を担持する回路担体２０に配置されている。図１に示された実施例では、回路担体２０は多層プリント基板として構成されている。

中央領域に対して平行に延在する突出領域１２のマージンが回路基板２０に配置されている領域に、回路担体２０は、保護すべき回路２１を保護するために回路担体導体構造体２２を有し、これによって回路担体２０の端面の孔あけを記録することができる。これは、端子１７を介してハードウェア保護部１０の導体構造体１３，１４に接続されている。

さらに回路担体２０は、保護領域外に入出力端子２３を有し、これは、保護すべき回路２１に線路を介して接続されており、回路担体導体構造体２２の層を貫通する。

回路担体２０において、ハードウェア保護部に対向する面に第２のハードウェア保護部３０が配置されている。第２のハードウェア保護部３０は第１のハードウェア保護部１０と同様に構成され、これも、突出領域３２によって包囲された凹んだ中央領域３１を有する。この基板はたとえばプレプレグ３５，３６によって形成され、両プレプレグ３５，３６間に第１の導体構造体３３が配置され、該導体構造体３３は端子３７を介して第２の導体構造体３４に接続されており、該第２の導体構造体３５は、プレプレグ３６のプレプレグ３５および導体構造体３３と反対側の面に配置されている。第２のハードウェア保護部３０は、第１のハードウェア保護部１０に対して定義された角度だけ回転されて配置されている。

図２に示された実施形態が図１の実施形態と異なる点は、両ハードウェア保護部１０，３０が回路担体２０の多層プリント基板に配置されているのではなく、相互に直接配置されていることである。回路担体２０は多層プリント基板を有するだけでなく、この場合には担体２４も有する。この担体２４によって、保護すべき回路２１と回路担体２０の多層プリント基板とが、ハードウェア保護部１０，３０の凹んだ中央領域１１，３１間に得られるスペースに保持される。

図３に、矩形の中央領域４１を有するフラットな基板４１，４２，４４が示されており、該中央領域４１は４辺で、領域４２，４４によって包囲されている。領域４２，４４はそれぞれ、中央領域４１に隣接する領域を有し、該領域は中央領域に対して、深彫り加工法によって角度を付けられる。さらに、領域４２，４４の中央領域４１から離れたマージンは、中央領域４１に再び平行して延在するように、領域４２の該中央領域４１に隣接する領域に対して角度を付けられている。中央領域４１を包囲する領域４２の相互間には、領域４２，４４の深彫り加工を介して開けられた切欠部４３が設けられており、これによって、領域４２，４４で相互にぶつかる側縁は相互に溶接することができる。事前に構造化された後に深彫り加工された孔あけ保護層の形態の全体基板４１，４２，４４に、メアンダ形の導体構造体が印刷されている。

すなわち、ハードウェア的な改ざん保護部は、たとえば１つまたは複数の深彫り加工部分として成形された１つまたは２つの３次元のハーフシェルに組み込まれ、該ハーフシェルは、保護すべき回路をモジュールとともに完全に包囲するか（図２）、または、回路２１の保護すべきモジュールのプリント基板２０上に取り付けられる（図１）。

特別な実施形態で１つの３次元のハーフシェルのみを使用する場合、第２のハーフシェルの代わりに、平坦なプリント基板２０を第２のハーフシェルの代替として使用することができる。その際には、第１のハーフシェルに対向する面にエレクトロニクス構成要素が配置され、その反対側にハードウェア保護部が導体構造体とともに配置される。

後者の場合には、付加的なハードウェア保護部を、モジュールに使用されるプリント基板２０に組み込まなければならない。こうするためにはたとえば、このプリント基板２０がはんだ付けまたは接着によってハードウェア保護部に結合される領域に、該プリント基板２０自体は導体構造体網２０を有する。このことを実現するためにはたとえば、プリント基板２０を多層プリント基板として構成し、該多層プリント基板は上記領域で、相互に上下に配置されたプリント基板を有し、該プリント基板は端面の孔あけから保護を行う。

ハードウェア保護部１０のハーフシェル１１，１２；３１，３２は、深彫り加工されたプリント基板材料から製造し、たとえば、初期状態では未だ完全に硬化されていないガラス繊維補強されたＦＲ４プレプレグから製造することによって、１度に形成することができる。また、とりわけＲＣＣフィルム（Resin Coatet Copper、部分的に銅が事前構造化された）であるフィルムを使用するか、または金属コーティングを有するかまたは金属コーティングを有さない別の深彫り加工に適したフィルムを使用することもできる。

深彫り加工を行ってその後に完全硬化する前に、片面または両面に、目が細かい線路網ないしは抵抗網を構造化によって形成する。保護網は導体構造体１３，１４；３３，３４から１度に、構造化された金属線路網として、たとえばフォトリソグラフィでエッチングによって、または別の適切な手法によって形成することができる。また、保護網を抵抗網として導体構造体によって形成することもできる。その際には有利には、カーボン充填樹脂系をスクリーン印刷または抵抗印刷で、片面または両面に被着して保護構造体を生成する。

またこのような抵抗網は、カーボンインクによる直接印刷によって被着されるか、または同様の適切な手法によって被着される。

ハードウェア保護部の深彫り部分１１，１２；３１，３２の形状は、多層プリント基板と同様に形成されるように選択することができ、その際には、保護部接続に必要な線路はモジュール側に対向し、外部に繋がる電気的なスルーコンタクトをハーフシェルの外側に有さない。こうするためには、ハードウェア保護シェルおよびモジュールの機能に必要なスルーコンタクトはすべて保護網内に設けられるか、または、埋め込まれたスルーコンタクト（Burried Via）として形成される。かつ／または、サブモジュール配線に必要なビルドアップ層は、レーザ孔あけで形成されたかまたは異なる形成法で形成されたマイクロビアスルーコンタクトを有するＳＢＵ構成体（Sequential Build Up）として形成される。

ハードウェア保護部深彫り加工シェルを、保護すべき回路の回路担体のプリント基板２０の片面または両面に直接被着する場合、これは上記の構成に相応して、端面攻撃から保護する適切なハードウェア保護部２２を有する多層プリント基板として形成しなければならない。

シェル形のハードウェア保護部の導体構造体は、アレイ配置されたコンタクトパッドを有する。これは後に、保護すべき回路のエレクトロニクスモジュールを被覆する両ハードウェア保護シェルを、該保護すべき回路の回路担体に電気的に接続するか、または、保護すべき回路の回路担体の多層プリント基板上で相互に電気的に接続するために使用される。

ハードウェア保護シェルは、１つまたは複数の導電性の層を有する。この層はたとえば、多層の銅層として形成され、これらの銅層はそれぞれ、導体構造体１３，１４；３３，３４の非常に微細に構造化された導体線路を有し、これは層面全体を１度に細かい目で被覆し、また、導体線路の形状に起因して層ごとに延在する。

ここでは１つの層の導体幅は、分離間隔と、誘電体によって分離された所属の層の所属の導体路の一部とをカバーする。

またこれも、埋め込みビアまたはμｍビアを介してモジュールまで、内側に向かって貫通接続されている。

たとえばＸ方向に薄い銅導体路からこのようなメアンダ構造で層を形成し、該層の上または下の層をＹ方向に、このような構造で誘電体層によって分離して形成することにより、回路を機械的な改ざんからハードウェア的に保護する保護部が得られる。このような保護のためには、これらの導体線路は内側に向かってモジュールに接続され、超微細な構造化に起因して損傷される。このことによって線路が分断され、この分断は回路に記録される。択一的に、２つのネットワークを使用し、改ざんによって生じた両ネットワークの短絡を記録することもできる。

導体構造体１３，１４；３３，３４を微細導体として形成することは有利には、カーボン印刷（抵抗ペースト印刷）として、または導電ペースト（銀導電ペースト）として、またはカーボンインクによるインク印刷として、考え得る次のような構造体すべてで行われる。すなわち、少なくとも１つの層上に大面積で目が細かいネットワークを生成し、内側に向かって回路に電気的に接続される構造体すべてで行われる。

両ハードウェア保護シェル１１，１２；３１，３２のうち少なくとも１つを「フレックスリジッド」技術で形成するか、またはデータ伝送のためのフレックス線路を取り付けることもできる。

ハードウェア保護シェルにおけるハードウェア保護層の誘電体間隔は、端面の孔あけが行われた場合にも、その上またはその下に設けられた保護層が損傷し、それによって保護メカニズムがトリガされるように選択しなければならない。

ハードウェア保護シェルの電気的接続および機械的接続を相互間で行うか、または保護すべき回路の回路担体との間で行うためには、はんだ付けを行い、その後に、接着剤、ラミネート、コンタクト接着または同様の手法によってはんだギャップの封止を行うことができる。従来の接続法も使用できる。

上記のハードウェア保護部の利点は、ハードウェア保護シェルと場合によっては保護すべき回路の回路担体の多層プリント基板とに集積されたセンサシステムが、ほぼ従来の「ハイテク」プリント基板技術によって製造され、従来の装着ラインとエレクトロニクスモジュール製造とで装着および加工できることである。また、付加的な手間を伴わない取り付けのために加工すべき確実かつ低コストなセキュリティシステムをエレクトロニクスモジュールに直接設けて組み込み、該セキュリティシステムがハードウェア攻撃を高信頼性で検出できるという利点もある。

回路担体を有する装置の実施形態を示す。 回路担体を有する装置の択一的な実施例を示す。 導体構造体を有する基板を示しており、該導体構造体からハードウェア保護部が形成される。

Claims (16)

1. ハードウェア保護部と、該ハードウェア保護部によって保護される回路（２１）とを備えたタコグラフにおいて、
   前記ハードウェア保護部は、少なくとも１つの凹んだ中央領域（１１，３１）と、該中央領域（１１，３１）を包囲する凹んでいない縁部領域（１２，３２）とを有する２つのフラットな基板（１１，１２；３１；３２）を有し、該中央領域（１１，３１）に前記保護される回路（２１）が設けられ、
   該フラットな基板（１１，１２；３１；３２）の外側および／または内側に導体構造体（１３，１４；３３，３４）が配置されており、該導体構造体（１３，１４；３３，３４）は、前記保護される回路（２１）が攻撃される場合に損傷するように設けられている
   ことを特徴とする、タコグラフ。
2. 前記フラットな基板（１１，１２）のうち１つの基板において、他方の基板（３１，３２）に対向する面に、前記保護される回路が配置されている、請求項１記載のタコグラフ。
3. 凹んだ中央領域を有する２つのフラットな基板（１１，１２；３１；３２）間に、プリント基板に配置された前記保護される回路が設けられている、請求項１記載のタコグラフ。
4. 前記プリント基板はフレキシブルな材料から製造されるか、またはセラミックから製造されている、請求項３記載のタコグラフ。
5. 前記縁部領域（１２，３２）は、凹んだ前記中央領域（１１，３１）に対して平行に延在する、請求項１記載のタコグラフ。
6. 前記フラットな基板（１１，１２；３１；３２）はハーフシェルの形状に成形されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のタコグラフ。
7. 前記フラットな基板（１１，１２；３１；３２）は深彫り加工されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のタコグラフ。
8. 前記フラットな基板（１１，１２；３１；３２）はプリント基板および／またはフィルムを有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のタコグラフ。
9. 前記導体構造体（１３，１４；３３；３４）は網を成す、請求項１から８までのいずれか１項記載のタコグラフ。
10. 前記導体構造体（１３，１４；３３；３４）は、印刷、またはエッチング、またはフォト構造化、またはレーザ構造化等によって形成される、請求項１から８までのいずれか１項記載のタコグラフ。
11. 前記ハードウェア保護部（１０；３０）は、前記導体構造体（１３，１４；３３，３４）の損傷を検出するための検出手段を接続するための端子（１７；３７）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のタコグラフ。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載のタコグラフを有する装置において、
    前記タコグラフの保護される回路（２１）を担持する回路基板（２１）が設けられていることを特徴とする装置。
13. 凹んだ前記中央領域（１１）と前記回路担体（２０）との間に、前記保護される回路（２１）に対する空間が得られるように、前記ハードウェア保護部（１０）は、前記基板（１１，１２）の縁部領域（１２）によって該回路担体（２０）上に配置される、請求項１２記載の装置。
14. 前記ハードウェア保護部（１０）は付加的にもう１つ設けられており、
    前記付加的に設けられたハードウェア保護部（３０）は前記回路担体（２０）の前記ハードウェア保護部（１０）に対向する面に、該ハードウェハ保護部（１０）との間に該回路担体（２０）を挟むように配置されている、請求項１２または１３記載の装置。
15. 前記導体構造体（１３，１４；３３，３４）の遮断を検出するための検出手段（２１）を有する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
16. 前記保護される回路（２１）が前記検出手段を有する、請求項１５記載の装置。

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