DE19515188A1 - Chip-Abdeckung - Google Patents

Chip-Abdeckung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Chip- Abdeckung zur vollständigen oder teilweisen Abdeckung von elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten eines Chips.
Derartige Chip-Abdeckungen schützen die abgedeckten Bereiche des Chips vor Beschädigungen durch mechanische Gewalt und Umwelteinflüsse.
Bei auf Chip Cards, Smart Cards und dergleichen vorgesehenen Chips sind die Chip-Abdeckungen bislang beispielsweise durch chemische Verfahren (z. B. unter Verwendung rauchender HNO₃) entfernbar, so daß auf relativ einfache Weise eine genaue Analyse der Chip-Schaltung und/oder Manipulationen der Chip- Schaltung möglich ist.
Die Möglichkeit der Durchführung derartiger Analysen und/oder Manipulationen der Chip-Schaltung ist unerwünscht, weil damit die Möglichkeit des Mißbrauchs besteht.
Als Beispiel hierfür seien die auf dem Pay-TV-Sektor zum Ein­ satz kommenden Chip Cards bzw. Smart Cards genannt. Gelingt es einem Hacker, die den Zugang zu einem bestimmten TV-Pro­ gramm eröffnende Chip-Schaltung bezüglich der Lage und der Funktion einzelner Komponenten und/oder des Verlaufs der Lei­ terbahnen innerhalb des Chips zu analysieren und Möglichkei­ ten zu finden, diese durch geeignete Überbrückungen oder der­ gleichen zu manipulieren, so kann er dadurch in die Lage ver­ setzt werden, einen kostenpflichtigen Service gratis zu be­ nutzen.
Derartige Manipulationsmöglichkeiten sind nicht nur auf dem Pay-TV-Sektor, sondern bei allen Arten von zu Berechtigungs­ kontrollen dienenden Chips von Bedeutung und eröffnen unzäh­ lige Mißbrauchsmöglichkeiten, welche nicht nur finanzielle Verluste, sondern auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko zur Folge haben können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Chip-Abdeckung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß Fremdanalysen und/oder Manipula­ tionen von Chips zuverlässig verhinderbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchten Merkmale gelöst.
Demnach ist ein Aktivator vorgesehen, der im aktivierten Zu­ stand in der Lage ist, die elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten des Chips ganz oder teilweise zu zerstören, und der durch den Versuch, die Chip-Abdeckung vom Chip zu entfernen, aktivierbar ist.
Damit ist es möglich, mit der Entfernung der Chip-Abdeckung gleichzeitig eine Zerstörung der sicherheitsrelevanten Berei­ che des Chips herbeizuführen.
Fremdanalysen und Manipulationen des Chips sind somit zuver­ lässig verhinderbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt zwei übereinandergesetzte Chips, deren sicherheitsrelevante Bereiche durch eine Chip-Abdeckung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung abgedeckt sind. Es ist zwar ein Schnitt dargestellt, jedoch ist aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Schraffur verzichtet worden.
In der Figur ist mit Bezugszeichen 1 ein erster gehäuseloser Chip in Form eines Controllers bezeichnet. Als Controller ist beispielsweise der Siemens-Baustein SLE 44C20 mit ROM, PROM, EEPROM und RAM einsetzbar.
Der erste Chip 1 ist mittels eines Klebstoffes 2 auf einem Systemträger 3 befestigt.
Der Systemträger 3 kann beispielsweise eine Kunststoffkarte zur Herstellung einer Chip Card oder Smart Card sein; es kann sich aber auch um eine flexible Leiterplatte oder um ein so­ genanntes lead frame handeln.
An der gemäß der Figur oberen Oberfläche des ersten Chips 1 verlaufen Leiterbahnen 4 aus Aluminium.
Die Leiterbahnen 4 sind durch eine ersten Chip-Abdeckungs­ schicht in Form einer Struktur-Si-Nitrid(Si₃N₄)-Schicht 5 bedeckt. Diese Schicht 5 dient dazu, den Chip vor Beschädi­ gungen durch Umgebungseinflüsse, insbesondere vor Beschädi­ gungen durch Feuchtigkeit und Nässe zu schützen.
Über der Si₃N₄-Schicht 5 ist eine zweite Chip-Abdeckungs­ schicht in Form einer Polyimid-Schicht 6 vorgesehen. Die Polyimid-Schicht 6 schützt die darunterliegenden Chip-Struk­ turen vor mechanischen Beschädigungen.
In den genannten Chip-Abdeckungsschichten 5 und 6 sind Aus­ sparungen vorgesehen, an welchen Kontaktstellen 7 aus Alu­ minium (Al-Pads) freigelegt sind.
Über dem ersten Chip 1 ist ein zweiter gehäuseloser Chip 8 in Form eines ASIC-Bausteins (kundenspezifischer Baustein) vor­ gesehen.
Der zweite Chip 8 ist mittels eines Klebstoffes 9 auf die zuvor bereits erwähnte Polyimid-Schicht 6 aufgeklebt.
Der zweite Chip 2 weist an seiner gemäß der Figur oberen Seite ebenfalls Kontaktstellen 7 aus Aluminium auf.
Die Kontaktstellen des ersten Chips und die Kontaktstellen des zweiten Chips sind durch Bonddrähte 10 miteinander ver­ bunden.
Die gesamte vorstehend beschriebene Anordnung ist von einer dritten Chip-Abdeckungsschicht in Form eines sogenannten Globe Top 11 umgeben, welches dazu dient, die Anordnung vor Umge­ bungseinflüssen und mechanischen Beschädigungen zu schützen. Das Globe Top 11 besteht im vorliegenden Fall aus Epoxidharz.
Die vorstehend beschriebene, in der Figur gezeigte Anordnung ist Teil einer Chip Card, Smart Card oder dergleichen.
Die ersten bis dritten Chip-Abdeckungsschichten 5, 6 und 11 und die Klebstoffe 2, 8 bestehen in der Regel aus Materia­ lien, die chemisch entfernbar sind. Hierfür eignet sich beispielsweise rauchende HNO₃, da diese zwar die Chip- Abdeckung, nicht aber die aus Aluminium bestehenden Leiter­ bahnen 4 und Kontaktstellen 7 zerstört.
Um zu verhindern, daß auf diese Weise die Möglichkeit einer Femdanalyse und/oder einer Manipulation von sicherheitsrele­ vanten Bereichen der Chips eröffnet wird, sind über diesen Bereichen Aktivatoren in der Chip-Abdeckung vorgesehen.
Der sicherheitsrelevante Bereich, der vor Fremdanalysen und Manipulation zu schützen ist, ist bei Chip Cards, Smart Cards und dergleichen der bei übereinander angeordneten Chips in der Regel unten liegende Controller-Chip 1. Dieser Bereich soll auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel der sicher­ heitsrelevante Bereich sein.
Der Aktivator ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Stoff, der beim Zusammentreffen mit einem die Chip-Abdeckung chemisch auflösenden Stoff in Form eines Lösungsmittels, eines Ätzmittels oder dergleichen, also beispielsweise beim Zusammentreffen mit rauchender HNO₃ aktiviert wird. Bei der Aktivierung wird eine Substanz mit reduzierender Wirkung freigesetzt, welche aus Aluminium bestehende Chip-Strukturen wie beispielsweise die Leiterbahnen 4 zerstört und somit eine Fremdanalyse und/oder Manipulation der sicherheitsrelevanten Chip-Bereiche unmöglich macht.
Im nicht aktivierten Zustand greift der Aktivator den Chip nicht an.
Die Zerstörung der Chip-Strukturen nach Aktivierung des Akti­ vators erfolgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Auflösung derselben mittels chemischer Reduktion.
Der Aktivator wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch RCl₂ gebildet. Beim Zusammentreffen mit HNO₃ werden nach der Reaktionsgleichung
HNO₃ + RCl₂ → 2Cl⁻ + . . .
freie Radikale gebildet, die infolge ihres reduzierenden Cha­ rakters die unter der Chip-Abdeckung liegenden Strukturen aus Aluminium zerstören.
Die Verwendung von Aktivatoren, die beim Zusammentreffen mit HNO₃ oxidierende Substanzen freisetzen, führt hier nicht zu gewünschten Erfolg, denn oxidierende Substanzen bewirken nur so lange eine Beeinflussung der Aluminium-Strukturen bis diese mit einer Oxidschicht überzogen sind, welche der Alu­ minium-Struktur sodann eine Selbstschutzfunktion verleiht und demnach gerade nicht zu einer Zerstörung der Aluminium-Struk­ turen führt.
Die in der Figur mit dem Bezugszeichen 12 bezeichneten Akti­ vatoren können über dem sicherheitsempfindlichen Bereich in fensterartigen Freiräumen oder Aussparungen vorgesehen wer­ den, die in der Si₃N₄-Schicht 5 und/oder in der Polyimid- Schicht 6 zu diesem Zweck freigelegt sind; im fertiggestell­ ten Zustand der Chip Card, Smart Card und dergleichen ist der Aktivator in diesen Freiräumen bzw. Aussparungen von der Chip-Abdeckung ummantelt.
Alternativ hierzu kann der Aktivator auch in die Polyimid­ matrix eingesetzt werden.
Es ist nicht erforderlich, daß der Aktivator im nicht akti­ vierten Zustand bereits mit den gegebenenfalls zu zerstören­ den Aluminium-Strukturen in Kontakt kommt.
Lage und Ort des Aktivators können den wechselnden Anfor­ derungen bzw. den jeweiligen Chips angepaßt werden.
Die Art des Aktivators ist vorzugsweise an die zur Auflösung der Chip-Abdeckung in Frage kommenden chemischen Substanzen angepaßt, so daß beim Zusammentreffen beliebiger Lösungs­ mittel mit dem Aktivator zuverlässig die gewünschte Aktivie­ rung des Aktivators eintritt.
Die Wirkung der Aktivierung kann jedoch beliebig gewählt wer­ den, solange dadurch nur die Analyse und/oder die Manipula­ tion des Chips verhinderbar ist. Anstelle der vorstehend er­ läuterten Zerstörung der Aluminium-Struktur durch chemische Reduktion derselben könnte so beispielsweise auch vorgesehen werden, den Chip durch Erzeugung von Hitzeenergie oder der­ gleichen zu zerstören.
Es kann auch vorgesehen werden, mehrere verschiedene Aktiva­ toren vorzusehen, welche jeweils mit verschiedenen Lösungs­ mitteln in der bestimmungsgemäßen Art reagieren, so daß selbst unterschiedlichste Arten von Lösungsmitteln zumindest jeweils einen Aktivator aktivieren.
In der Chip-Abdeckung kann neben dem Aktivator getrennt von diesem in der gleichen Weise wie dieser auch eine weitere Substanz vorgesehen werden, welche in der Lage ist, den Akti­ vator bestimmungsgemäß zu aktivieren. Damit kann die Aktiva­ torsubstanz unabhängig von den in Frage kommenden Lösungs­ mitteln gewählt werden, denn beim Entfernen der Chip- Abdeckung werden sowohl der Aktivator als auch die diesen bestimmungsgemäß aktivierende Substanz freigesetzt.
Die zuletzt genannte Möglichkeit bietet den Vorteil, daß eine Zerstörung der sicherheitsrelevanten Chip-Strukturen auch bei dem Versuch erfolgen kann, diese auf eine nicht chemische Art zugänglich zu machen.
Das Vorsehen des vorstehend beschriebenen Aktivators in der Chip-Abdeckung ermöglicht es, daß die sicherheitsrelevanten Bereiche des Chips automatisch zerstört werden, wenn versucht wird, diese durch Entfernen der Chip-Abdeckung zugängig zu machen.
In Anbetracht der Tatsache, daß die dabei zu zerstörenden Strukturen äußerst kleine Ausmaße haben, ist die vorzusehende Aktivator-Menge bei entsprechender Positionierung ebenfalls äußerst gering.
Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit gegen Fremdanalysen und/oder Manipulationen von Chips besteht darin, daß der weniger sicherheitsrelevante Chip, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel der ASIC-Chip 2 genau über dem sicherheitsrelevanten Bereich des anderen Chips, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel genau über dem am meisten sicherheitsrelevanten Bereich des Controller-Chips 1 ange­ ordnet wird. Mangels optischer Zugänglichkeit wird damit auch die Möglichkeit unterbunden, den Chip ohne Entfernen der Abdeckung analysieren und/oder manipulieren zu können.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel betraf einen sogenannten chip-on-chip-on-flex-Aufbau mit einer chip-and- wire-Verbindungstechnologie. Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt ist, sondern auch bei Einzel-Chips und bei jeder beliebigen Anzahl von beliebig angeordneten und beliebig miteinander verbundenen Chips zum Einsatz kommen kann.
Ferner besteht auch keine Einschränkung auf die gemäß der vorstehenden Beschreibung verwendeten Materialien. Diese können durch beliebige andere Materialien ersetzt werden, so lange diese nur den ihnen zugedachten Zweck erfüllen.
Durch die beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung der Chip- Abdeckung ist es weitgehend unabhängig von der Ausbildung der Anordnung auf einfache Weise möglich, Fremdanalysen und Mani­ pulationen des Chips zuverlässig zu verhindern.

Claims (16)

1. Chip-Abdeckung zur vollständigen oder teilweisen Ab­ deckung von elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten eines Chips, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktivator vorgesehen ist, der im aktivierten Zustand in der Lage ist, die elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten des Chips ganz oder teilweise zu zerstören, und der durch den Versuch, die Chip-Abdeckung vom Chip zu entfernen, aktivierbar ist.
2. Chip-Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abdeckung ein auf einer Chip Card oder einer Smart Card vorgesehener gehäuseloser Chip abdeckbar ist.
3. Chip-Abdeckung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip ein Controller- oder ein ASIC-Baustein ist.
4. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator in einer in der Chip-Abdeckung vorgesehenen Aussparung vorgesehen ist.
5. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator in die Abdeckungsmaterial-Matrix eingebun­ den ist.
6. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aktivierung des Aktivators eine Substanz mit re­ duzierender Wirkung freigesetzt wird.
7. Chip-Abdeckung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder mechanischen Komponenten des Chips durch die Sub­ stanz mit reduzierender Wirkung zerstört werden.
8. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen, elektronischen, optoelektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten des Chips Aluminium- Strukturen sind.
9. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator RCl₂ ist.
10. Chip-Abdeckung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aktivieren von RCl₂ ein freies Radikal gebildet wird.
11. Chip-Abdeckung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Radikal die Substanz mit reduzierender Wirkung ist.
12. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Aktivators durch ein die Chip- Abdeckung auflösendes Lösungsmittel erfolgt.
13. Chip-Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Aktivators durch ein innerhalb der Chip-Abdeckung gespeichertes Aktivierungsmittel erfolgt.
14. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über einem sicherheitsrelevanten Bereich des Chips ein zweiter Chip angeordnet ist.
15. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator in der Chip-Abdeckung über dem sicherheits­ relevanten Bereich des Chips vorgesehen ist.
16. Chip-Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Chip-Abdeckung aus mehreren Schichten aufgebaut ist.
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