是否可以从物理示例对模拟 IC 进行逆向工程?

电器工程 模拟 集成电路 逆向工程
2022-01-12 01:38:08

最近我一直在研究 Roland 在 70 年代末/80 年代初为他们的模拟合成器开发的定制 IC。

他们在 1989 年左右停止制造这些组件,没有可用的数据表,他们不会发布,或者没有关于它们的信息。

IR3109 是一款 DIP16 滤波器芯片,由四个级联 OTA 和由一个指数转换器控制的缓冲器组成。一些合成器服务手册中提供了一个粗略的内部图表,人们制作了听起来非常接近的克隆。

我感兴趣的是IR3R01,一个DIP16“包络发生器”芯片。用于响应键盘上的按键并应用于滤波器或放大器而产生直流电压输出。

我想知道是否有可能以某种方式检查这些 IC 并找出其中的组件和值。也许暴露模具并在电子显微镜下对其进行评估?我敢肯定,如果有可能,那将是非常昂贵的。

3个回答

当然有可能。有许多公司提供这些服务。真正的问题是你是否可以在家里做到这一点。

您可能不需要 SEM(扫描电子显微镜)就可以逃脱,该设计可以在 ~3u 几何形状中完成,可以使用可见光成像。

您需要一个湿工作台来蚀刻层,例如 HF 用于 SiO2,但您还必须去除 Si3N4、SiON 和铝。您可能需要干法蚀刻(真空室中的 Ar 等离子体)来去除通孔中的钨塞。

您的主要问题将是测量电阻器和电容器的确切值(如果有的话)。划定衬底植入物的边界(在湿工作台上用更讨厌的化学物质进行装饰)并确定掺杂分布。掺杂分布很容易在 SIMS 单元(二次离子质谱仪)中获得,但 FEOL(线前端)中注入的一些结构细节可能很微妙。

在湿蚀刻损坏或减少厚度之前,需要测量细微的层厚度。

芯片表面会有明显的形貌(当时还没有 CMP),因此焦深可能会使拍照变得复杂。

您不太可能能够轻松获得原始芯片所具有的确切晶体管特性。你真的需要了解的不仅仅是处理,还有晶体管物理和不同植入物的作用。

从积极的方面来说,如果您有多个芯片(您需要),您也许可以解放对晶体管的访问,并能够将其放在曲线跟踪器上直接测量。特征尺寸足够大,并且作为模拟芯片,它可能会有一些大型晶体管。但这并不确定。

另一个好消息是您可以以低成本购买旧的 SEM。只有几美元 10K,即使它们是颗粒状的,这个芯片也有很大的功能。请注意,如果您有一个 SIMS 单元也可以成像(它是一个修改后的 SEM),那么您可能会在不复制 eqt 的情况下逃脱。

您的最后一段基本上是正确的:您可以对芯片进行映像,然后直接复制它或对其进行逆向工程以产生更现代的版本。第一步可能由拥有正确设备的大学实验室完成,但复制过程不会是一个便宜的过程(数十万美元)。

使用现代 IC 工艺甚至可能无法获得“精确”的声音再现。

另一种选择是将其模拟行为表征为黑盒,然后使用 DSP 对其进行仿真。人们不太可能对这种解决方案感到满意。

专利文件中有一些有趣的东西(我相信 Bob Moog 在他的专利中有一些很棒的东西)所以你可能会很幸运。

如上所述,有一些方法可以“去盖”芯片并读取其结构,尽管您可能需要做一些逆向工程、猜测等,才能准确地复制它是模拟部件时的东西。

您可以采用黑盒方法,即不关心盒子里的东西,而是限定其行为并尝试复制它。这可能是也可能不是隐藏,它可以很好地工作,它可能是一个巨大的痛苦,或者你可以在此过程中偶然发明一些更好的东西。

还有(我敢肯定)方法/软件来限定响应,然后将该模型喷射到 DSP、微控制器或类似的东西中。当然,纯粹主义者不会喜欢这样,这有点作弊。

TBH,您的描述听起来像是一个相当简单的功能,因此忽略内部并仅开发执行相同功能的电路的“黑匣子”方法可能是最简单的选择。