Обратный инжиниринг печатных плат: полное руководство

Главная » Обратный инжиниринг печатных плат: полное руководство

Печатные платы (PCB) являются одним из столпов электронной промышленности.

Недавнее быстрое развитие электронных устройств привело к увеличению производства печатных плат.

Для электронных приборов и оборудования, зависящего от печатных плат, ведется производство печатных плат нового поколения, отвечающих требованиям текущей продукции.

Это продвижение может привести к потерям и неэффективности.

Электронные детали и устройства, исправные в рабочем состоянии, могут быть выброшены из-за устаревшей печатной платы или отсутствия дополнительных печатных плат от производителя оригинального оборудования (OEM).

В этом руководстве рассматриваются некоторые практические методы обратный инжиниринг устаревшей печатной платы.

Что такое обратный инжиниринг печатных плат?

Как правило, вы можете получить огромное количество информации о чем угодно, разобрав компоненты.

Это основная концепция обратная инженерия.

Обратный инжиниринг применяется не только в разработке аппаратного обеспечения, но эта концепция также играет решающую роль в разработке компьютерного программного обеспечения и картировании ДНК человека.

В печатной электронике обратный инжиниринг печатных плат подразумевает переход от печатной платы к схемам с целью понимания и анализа печатной платы.

Дизайн печатной платы

Анализ позволит вам создать документацию, определить конструкцию и концепцию работы печатной платы или произвести ее повторно.

Часто документация даже позволяет вам улучшить свой продукт, чтобы превзойти конкурентов.

Основная цель реверс-инжиниринга печатной платы — понять, как компоненты соединяются между собой. Одним из шагов в этой процедуре является доступ и фотографирование каждого слоя печатной платы.

Когда вы соедините все слои, вы сможете определить полную схему схемы.

Обладая этим набором информации, вы можете определить области, в которые можно добавить новые функции или функции, найти определенные соединения или клонировать дизайн.

Кроме того, информация позволяет вам создать схематическую диаграмму, позволяющую понять принцип работы продукта.

Тем не менее, реверс-инжиниринг печатных плат, очевидно, не является простым однодневным учебным занятием. Это не так просто, как знать все это просто из поисковой системы в Интернете. Этот процесс требует многолетнего опыта в проектировании электроники и мастерства в том, как другие инженеры моделируют свои схемы.

Зачем изучать искусство обратного проектирования печатных плат?

Обычно инженеры путают обратный инжиниринг печатных плат и проекты клонов печатных плат. При клонировании печатной платы вы копируете точный дизайн целевой печатной платы.

Итак, если обратный инжиниринг печатной платы не похож на создание клона; тогда что это?

На самом деле, переход от печатной платы к схеме позволяет разработать прототип печатной платы, который имеет тот же принцип работы, что и оригинальная печатная плата, но не является копией.

Давайте рассмотрим причины, по которым важно знать о реверс-инжиниринге печатных плат;

PCB Обратный инжиниринг

· Замените устаревшие компоненты экономичными современными компонентами.

Одной из целей реверс-инжиниринга топологии печатных плат является установка и замена устаревших компонентов.

Эти детали могли быть использованы из-за их доступности на рынке во время производства печатных плат.

Но мы все осведомлены о быстрой эволюции в полупроводниковая технология что используемые оригинальные компоненты могли устареть или иметь проблемы с соблюдением экологических норм.

Обратный инжиниринг печатной платы в схему позволяет повысить функциональность электронных схем.

Вы можете использовать современные компоненты, которые являются экономичными и легкодоступными.

· Анализ и понимание оригинальной печатной платы

Реверс-инжиниринг печатных плат проводится в целях обучения и образования, чтобы лучше осваивать технологии, чтобы вы могли публично предлагать улучшения.

Анализ печатных плат

Деконструкция печатной платы и списки соединений позволяют разобрать компоненты, чтобы изучить, как схема, процесс и целые системы работают в интегрированной установке.

На уровне схемы вы можете изучить взаимосвязи на уровне компонентов и транзисторов.

На уровне процесса вы можете узнать об особенностях компоновки и запатентованной упаковке полупроводников.

Это поможет вам понять технологию и материалы, используемые для создания интегральной схемы. Оценка системы отвечает цели понимания роли печатной платы в любой системе.

· Исправьте поврежденные файлы или перейдите на новую платформу

Ваш текущий Дизайн печатной платы могут быть некоторые поврежденные файлы, которые требуют изменения.

Точно так же может возникнуть острая необходимость перейти на совершенно новую платформу, если у вас нет файлов проекта печатной платы, схем, списков соединений и спецификаций.

Они необходимы для обновления системы. Это тот момент, когда в игру вступает реверс-инжиниринг печатных плат.

· Копирование дизайна

Да, возможно копирование проектов с помощью обратного проектирования печатных плат.

Однако имитировать точные конструкции чрезвычайно сложно из-за сложных конструкций СБИС, используемых в многослойные печатные платы.

Вы можете использовать автоматический рентген и ксерокопию, но все же в переработанной схеме будут отклонения, которые негативно повлияют на работу печатной платы.

Важно отметить, что большинство положений об авторском праве разрешают компаниям воспроизводить функциональность, а не дизайн печатной платы.

Следовательно, вы должны раскрыть новые детали печатной платы, если собираетесь копировать дизайн. Кроме того, вам необходимо определить модификацию трассировки и применение модернизированных электронных компонентов печатной платы.

Лучший способ реконструировать печатную плату

Когда дело доходит до обратного проектирования печатных плат, вы можете использовать множество процессов и процедур.

Все будет зависеть от ваших производственных мощностей и возможностей.

В этом разделе я познакомлю вас с некоторыми из лучших методов обратного проектирования печатных плат.

Давайте сразу погрузимся в:

Макет печатной платы

Ручной процесс обратного проектирования печатных плат

Иногда передовые методы обратного проектирования печатных плат отнимают много времени и средств.

На практике большинство реверс-инженеров печатных плат выполняют ручные процедуры, чтобы узнать, как создается конкретная встроенная система.

Здесь я иллюстрирую ручной рабочий процесс обратного проектирования печатной платы.

i. Идентифицировать компоненты

Самое главное, что вы должны определить, это электронные компоненты, которые вы видите на печатной плате.

Убедитесь, что вы узнали каждый компонент на печатной плате.

Определите как можно больше компонентов, включая конденсатор, транзистор, Микросхемы, резистор, предохранитель, индуктор, диод, разъемы и другие компоненты.

Печатная плата ТВ

Знание их названий и классификации может помочь вам сократить время, необходимое для их идентификации.

В современных печатных платах больше используются микросхемы ИС, чем пассивные компоненты, и все микросхемы ИС кажутся одинаковыми (черная капсула разной формы и размера).

В этом случае крайне важно внимательно изучить номер, напечатанный на микросхеме. Потому что без номера вам потребуется больше опыта и умственных способностей для декодирования печатной платы.

Некоторые производители разработают механизмы для удаления номера на микросхемах, чтобы воспрепятствовать обратному инжинирингу своих печатных плат.

Стирание надписи снижает вероятность копирования их схемотехники.

Номер необходим, так как он помогает вам искать технические характеристики компонентов в Интернете.

В конструкции большинства современных печатных плат используются компоненты для поверхностного монтажа, которые могут быть небольшими, что затрудняет применение традиционной схемы цветовых полос в отношении таких компонентов, как резистор.

Для больших размеров применяется цифровое кодирование, подобное цветовой схеме. SMD резистор. Первые несколько цифр обозначают фактическую цифру, а последняя цифра обозначает количество нулей.

Образец SMD-резистора

Резисторы SMD меньшего размера с меньшей площадью печати применяют стандартную кодированную систему для печати их значения.

Стандартная система кодирования называется кодом маркировки EIA. Система кодирования очень затрудняет определение номинала резистора.

К счастью, Интернет упростил задачу, так как вам нужно только искать и находить базу значений по коду.

Также существуют приложения, которые позволяют вам вводить код EIA, а взамен дают значение сопротивления.

Приложения также имеют дополнительные функции, которые могут помочь вам в процессе обратного проектирования вашей печатной платы.

ii. Сбор и извлечение информации из связанных документов по печатным платам

Сбор данных является следующим этапом обратного проектирования печатной платы, и для успешного обратного проектирования печатной платы необходимо получить как минимум два образца печатной платы.

Получите подробное отсканированное изображение заполненной печатной платы, так как это поможет вам установить полярность и расположение компонентов.

Затем вы собираете подробную информацию о спецификациях и типах компонентов.

Соберите технические руководства и информацию о сборке печатной платы. Кроме того, получите данные об использовании и обслуживании, а также технические характеристики.

Визуально осмотрите блок печатной платы и обратите внимание на несоответствие имеющихся данных реальной печатной плате.

После завершения процесса сбора данных снимите компоненты с платы. После этого, используя растворитель, очистите плату от припоя. Наконец, продуйте сухим воздухом, чтобы удалить грязь и пыль с печатной платы.

iii. Анализировать важные сигналы

Анализ является наиболее утомительной фазой обратного проектирования печатных плат.

Операция включает в себя отображение того, как компоненты взаимосвязаны.

Вы сопоставляете все соединение (называемое трассировкой) компонент за компонентом.

Однако, прежде чем приступить к процедуре трассировки, очень важно определить тип печатной платы, которая подразделяется на однослойную, двухслойную и многослойную. Пример трассировки печатной платы.

Однослойная печатная плата — это простейшая печатная плата, на одной стороне которой имеется только разводка дорожек печатной платы, а другая сторона состоит из электронных компонентов.

Однослойная доска обычно содержит в основном сквозные компоненты, и наметить соединение довольно легко.

Двухслойная печатная плата это второй тип печатной платы, где разводка дорожки может быть найдена на обеих сторонах платы.

В большинстве случаев вы найдете компоненты для поверхностного монтажа на одной стороне платы, а компоненты для сквозного монтажа — на другой стороне.

Обычно трассировка трасс выполняется под сквозными компонентами и интегральными микросхемами.

Этот тип маршрутизации трасс делает невозможным отслеживание соединения невооруженным глазом.

Вам потребуется мультиметр с функцией непрерывности (также называемый тестером непрерывности) для определения соединения.

Как правило, он издает звуковой сигнал в тот момент, когда зонды соприкасаются с двумя точками, соединенными трассой.

Однако вы также можете использовать функцию омметра, которая регистрирует нулевое значение сопротивления при проверке соединения.

Я рекомендую гудение, поскольку, пока вы концентрируетесь на отслеживании цепи, вам не нужно проверять дисплей тестера непрерывности, чтобы подтвердить соединение.

Звуковой сигнал гудка более удобен.

Несмотря на то, что тестер непрерывности является удобным устройством для отслеживания соединения, важно понять, как оно работает.

Гудение звучит при определенном пороге сопротивления в омах.

Это означает, что резистор 10 Ом между двумя точками может вызвать гудение, которое может ввести вас в заблуждение, полагая, что между двумя точками есть связь.

Поэтому важно помнить об этом во время операции зондирования.

Сочетание помощи вашего зрения и тестера непрерывности должно помочь уменьшить количество ошибок.

Вы должны обратить внимание на такие компоненты, как катушки индуктивности, трансформатор, измерительный резистор (обычно больший, чем резисторы других типов), катушку и любую внешнюю проводку или подключение к печатной плате.

Еще одна популярная ошибка — зондирование трассы без отключения питания.

Важно убедиться, что вы отключили все подключения к печатной плате, прежде чем наметить подключение.

Многослойная печатная плата самая сложная плата для трассировки.

Обычно для 4-слойной печатной платы большинство разработчиков предпочитают использовать средний слой для трасс питания, таких как GND и VCC.

Тем не менее, это не всегда определено, но есть более высокие шансы, основанные на опыте работы с различными печатными платами и общей теории схем.

Реверс-инжиниринг печатной платы требует, чтобы вы больше рассуждали, как разработчик печатной платы, которую хотите взломать.

Для многослойной платы практически невозможно проследить печатную плату обычным зрением.

Убедитесь, что соединение контактов компонента соответствует всей печатной плате, сопоставляя по одному контакту с остальными контактами.

В некоторых случаях знание компонентов в сочетании с вашим опытом дизайнера может помочь вам сократить процедуру.

Будут области, в которых вы будете инстинктивно знать, что вам не обязательно пытаться.

Нарисуйте положение и соединение компонентов, отметьте все компоненты и назначьте след в тот момент, когда вы сможете установить его функцию.

Начнем с того, что трассировки источника питания — это самое простое.

Это так, потому что мы всегда знаем, где источник питания подключен к печатной плате.

Оттуда вы можете проследить, куда идет подключение питания.

Вы сможете наметить следующую ступень, которой обычно является регулятор напряжения.

Однако в случае линии электропередачи переменного тока вы обычно размещаете выпрямитель до того, как он соединится с регулятором напряжения.

Но это предложение предполагает стандартный дизайн, поэтому вам придется признать его, поскольку существует множество разновидностей дизайна печатных плат.

Реверс-инжиниринг печатной платы

Анализ таблицы данных микросхемы IC также может помочь вам установить соединение.

Закажите знак компонента в стандартной схеме штампа, которую вы можете идентифицировать.

Благодаря конфигурации вы можете легко распознать общие стандартные схемы, такие как релейные цепи, подтягивающие, входные цепи, регуляторы напряжения, схемы драйверов с использованием транзисторов и другие.

Нарисуйте их в макете, который поможет вам определить функциональные возможности схемного модуля.

Процесс сложен, и это бесконечный разговор о реверс-инжиниринге печатных плат.

Чем больше вы будете реконструировать печатную плату, тем больше вы освоите и продвинете свои методы, реализуя новые методы декодирования и усовершенствования дизайна других схем.

Автоматизированный процесс обратного проектирования печатных плат

Автоматизированный реверс-инжиниринг печатных плат автоматизирует большинство действий, необходимых во время процедуры.

Автоматизированный реверс-инжиниринг печатных плат позволяет:

Автоматическое обнаружение компонентов с помощью машинного зрения
Сбор технической документации из интернета
Изучение технической документации для извлечения необходимой информации

1. Используйте программное обеспечение для обратного проектирования печатных плат

Большинство программ для обратного проектирования печатных плат имеют следующие функции:

Схема чертежа
Многослойная конструкция печатной платы
Генерация чертежей
Моделирование сигналов комбинации цифровых схем и аналоговых схем
Программируемая логическая полупроводниковая конструкция и т. д.

Как правило, программное обеспечение обрабатывает изображения с высоким разрешением с обеих сторон печатной платы.

В частности, он автоматизирует предварительные первые этапы идентификации компонентов, а также сбора и проверки информации, связанной с этими компонентами.

2. Анализ и оценка документов

Камеры с высоким разрешением доступны по цене, и мы обычно делаем снимки для документации.

Вы начинаете с сегментации изображений, определяя общие визуальные особенности микрочипов.

Сегментация генерирует области пакетов чипов.

Затем вы передаете области Оптическое распознавание символов (OCR) с целью извлечения номера детали, напечатанного на корпусе интегральной схемы.

Затем вы сопоставляете результат OCR с известными шаблонами именования производителей и номерами деталей, чтобы свести к минимуму ложные срабатывания.

Образец оптического распознавания текста

После установления действительного номера детали вы ищете в Интернете соответствующую техническую документацию.

Вы можете выполнить поиск в Интернете по номеру детали, используя обычные поисковые системы, помимо специальных поисковых систем, которые индексируют только спецификации.

Загрузите соответствующие документы и извлеките из них основные данные, такие как схемы выводов, описание функций и таблицы сигналов контактов.

Поскольку технические документы обычно поставляются в формате PDF, очень важно преобразовать их в XML, чтобы легко понять структуру документации и соответствующие страницы.

Программное обеспечение отфильтровывает несвязанные документы, такие как маркетинговые брошюры, на основе количества страниц и соответствующих ключевых слов.

Кроме того, приложение затем помещает результаты в хорошо организованную базу данных или структуру файловой системы.

Обработанные данные отображаются в графическом пользовательском интерфейсе, что позволяет быстрее получить доступ ко всей информации.

После определения критических компонентов и анализа технической документации вы исследуете фактические соединения между компонентами на печатной плате.

Вы достигаете этого с помощью мультиметра и вводите их в приложение.

Например, вы можете добавить последовательное соединение, объединяющее два компонента, выбрав оба компонента и назначив их соединение с помощью графического пользовательского интерфейса.

В базе данных хранятся соединения, и вы можете изменить или аннотировать их в любой момент времени.

Это особенно важно для создания визуального отчета обо всех результатах и передачи мнения злоумышленников другим заинтересованным сторонам, таким как инженерные группы или клиенты.

Метод обратного проектирования печатных плат

Реверс-инжиниринг печатной платы включает в себя получение внутренней структуры и соединений всех слоев либо с помощью неразрушающего процесса, либо с помощью деструктивного процесса задержки.

Неразрушающий процесс включает томографию изображений, которую можно применять для получения изображения всей печатной платы без задержки.

С другой стороны, деструктивный процесс влечет за собой отсрочку, за которой следует визуализация каждого слоя, прежде чем приступить к следующему циклу удаления материала.

В любом случае вы можете выполнить анализ вручную или автоматически, результатом которого будет список соединений, который вы можете использовать для воспроизведения печатной платы.

Метод обратного проектирования печатных плат

а) Метод неразрушающего обратного проектирования печатных плат

Сектор выразил заинтересованность в переходе на методы обратного инжиниринга, основанные на неразрушающих методах.

Сдвиг в отрасли произошел из-за снижения затрат на метод и более короткого времени, необходимого для обратного проектирования печатных плат. И возможность разработки теста для обнаружения проблем с доверием или ошибок.

Неразрушающий характер этого метода обратного проектирования печатных плат дает больше прав на ошибку в ходе операции. Обратный инжиниринг печатных плат – Источник фотографии: Semantic Scholar

Кроме того, вы можете впоследствии использовать печатную плату для других целей.

Неразрушающий обратный инжиниринг печатных плат обычно использует рентгеновскую томографию.

Томография — это неинвазивный метод визуализации, который позволяет вам наблюдать внутреннюю структуру вещества, не затрагивая под- и надслоевые структуры.

Рентгеновская томография позволяет извлекать геометрическую информацию о соединениях через отверстия и дорожки на слоях печатной платы.

Сканирование печатной платы — Источник изображения: SMTNet

Этот метод позволяет захватывать все слои печатной платы (передний, внутренний и задний) за один сеанс визуализации.

Концепция томографии заключается в получении набора двухмерных (2D) изображений.

Затем примените математические алгоритмы, такие как теория центрального среза и прямое преобразование Фурье, и регенерируйте трехмерное (3D) изображение.

Вы собираете 2D-проекции под разными углами в зависимости от требуемого качества конечного изображения.

Характеристики печатной платы, такие как плотность материала и размер, жизненно важны для выбора параметров томографии, которые включают:

Мощность источника: относится к степени проникновения и энергии рентгеновского излучения
Объектив детектора: определяет диапазон разрешения и поле зрения
Фильтрация: регулирует дозу, которая позволяет рентгеновским лучам высокой энергии проходить через
Расстояние детектора и источника к образцу: обратно пропорциональна количеству отсчетов
Количество рентгеновских проекций: определяет угловое приращение за каждый оборот образца в процессе томографии
Время воздействия: линейно коррелирует с подсчетами и устанавливает общее время и, в конечном счете, стоимость сканирования.

Эти параметры могут влиять на отношение сигнал-шум и размер пикселя, которые необходимо оптимизировать в зависимости от интересующей области.

Анализ внутренней и внешней структуры возможен после реконструкции 3D-изображения, что требует усиления луча и настройки смещения центра.

Размер пикселя является наиболее важным параметром для определения качества восстановленных 3D-изображений.

На его основе можно настроить многие другие параметры, в том числе объектив детектора (а также оптическое увеличение и расстояние детектора и источника от образца (геометрическое увеличение.

б) Разрушительные методы обратного проектирования печатных плат

Печатная плата может быть одинарной, двойной или многослойной в зависимости от сложности системы.

In деструктивный реверс-инжиниринг печатной платы, вы сначала анализируете внешний слой платы, чтобы определить компоненты, установленные на нем, его порты и его дорожки.

Следовательно, вы затем откладываете многослойную печатную плату, чтобы открыть переходные отверстия, соединения и дорожки внутри ее внутренних слоев.

Реверс-инжиниринг печатной платы

Часто деструктивный реверс-инжиниринг печатных плат включает в себя три процедуры: удаление паяльной маски, задержку и визуализацию.

· Удаление паяльной маски

Целью этого шага является снятие паяльной маски с печатной платы и выявление медных следов на нижнем и/или верхнем слоях с минимальным разрушением.

Несмотря на то, что иногда можно распознать медные дорожки по существующей паяльной маске, извлечение паяльной маски поможет получить более четкое представление.

Процедуру следует выполнять после отсоединения всех компонентов от печатной платы.

Вы можете применить следующие методы для удаления паяльной маски с печатной платы:

Наждачная бумага
Абразивоструйная обработка
Щетка для царапин из стекловолокна
Поставщик
Лазер

· Задержка

Целью этого шага является доступ к внутренним медным слоям многослойной печатной платы посредством физической деструктивной задержки.

Вы также должны выполнять этот процесс после удаления всех компонентов на печатной плате. Ниже приведены некоторые методы задержки печатных плат, которые вы можете применить:

Рентгеновский
Наждачная бумага
Инструмент Dremel
Плоскошлифовальный
Фрезерные

·Визуализация

Целью этого шага является получение отдельных изображений каждого слоя многослойной печатной платы с использованием неразрушающих методов визуализации.

Такие методы могут быть эффективны даже против заполненных или полностью собранных печатных плат.

Вы можете выполнить визуализацию во время обратного проектирования печатных плат, используя либо рентгеновский снимок (2D), либо компьютерную томографию (3D-рентген).

Требования к услугам обратного проектирования печатных плат

Перед тем, как начать процесс реверс-инжиниринга печатной платы, у вас должно быть следующее:

1) Заполненная печатная плата или печатная плата без компонентов

Печатная плата представляет собой ламинированный непроводящий материал, который соединяет электронные компоненты с помощью проводящих медных дорожек.

Рис. 15 Плата с компонентами — Источник изображения: USENIX

Дорожки электрически соединяются с компонентами и микросхемами, установленными на печатной плате.

Печатные платы изготавливаются с тонкими проводящими слоями медной фольги, ламинированными на изолирующие непроводящие слои.

Они составляют физический носитель и предлагают электрический маршрут между электронными компонентами.

Получив доступ к каждому медному слою печатной платы и отобразив его, вы сможете перепроектировать всю компоновку печатной платы.

Традиционная технология изготовления печатных плат позволяет механически просверливать отверстия диаметром 8 мил и шириной дорожек до 3 мил.

Усовершенствованные процессы позволяют просверливать лазером микроотверстия диаметром 0.4 мила, шириной пространства и дорожки менее 1 мила, пассивные электронные компоненты имплантируются в подложку, конструкция переходного отверстия в контактной площадке.

Толщина меди, описываемая как вес меди на квадратный фут, обычно варьируется от 0.7 до 5.6 мил.

Поперечное сечение печатной платы в большинстве случаев намекает на ее конструкцию и сложность.

После изготовления печатной платы ее поверхность покрывается паяльной маской (также называемой паяльным резистом).

Маска для пайки состоит из эпоксидной смолы, материала для сухой фотопечати или жидких чернил для фотоизображения (LPI).

Непроводящий слой припоя обеспечивает защиту печатной платы от окисления и пыли.

Это также обеспечивает доступ к медным зонам на плате, которые должны быть открыты (например, контрольным точкам и контактным площадкам компонентов).

Наиболее часто используемый цвет паяльной маски — зеленый, хотя доступно несколько других цветов.

Более темные цвета затрудняют визуальную идентификацию следов.

Чтобы получить более твердые контактные поверхности и/или улучшить способность к пайке, на открытую медь наносится тонкое покрытие поверхности, состоящее из бессвинцового припоя или припоя на основе свинца, палладия, серебра, золота или олова.

Наконец, производитель печатает легенду компонента (также называемую шелкографией) на плате, используя чернила для печати или эпоксидную смолу.

Этот слой обычно содержит логотипы, идентификационные символы, обозначения деталей и другие производственные этикетки, важные для тестирования/сборки печатных плат и обслуживания на месте.

2) Отсканированное изображение печатной платы

Сканирование является наиболее широко применяемым методом преобразования изображений в электронный макет, дающий растровое изображение. В растровом формате изображение разбивается на матрицу пикселей.

Электронная схема печатной платы

На этом этапе вы захватываете подлинную печатную плату, сканируя ее с помощью сканера с высоким разрешением. Большинство сканеров способны создавать изображения с превосходным цветовым разрешением.

Некоторые могут давать изображения с разрешением до 3200 x 6400 точек на дюйм (dpi) с глубиной цвета 48 бит для более чем 281 триллиона возможных цветов.

Тем не менее, существует более высокая вероятность возникновения проблем при захвате изображения.

Проблема заключается в отражении света от масок и медных дорожек печатной платы. Чтобы уменьшить проблему, используйте черную бумагу с отверстием в центре, которое имеет тот же размер, что и печатная плата.

При сканировании положите бумагу на печатную плату так, чтобы она полностью покрывала все области вокруг нее.

Применяя эту простую технику, вы сможете свести к минимуму отражение света, которое может поставить под угрозу качество отсканированного изображения.

Обратите внимание, что при обратном проектировании многослойной печатной платы рекомендуется предоставить образец платы.

3) Восстановить файлы Gerber

Данные Gerber — это простой общий метод передачи информации о печатных платах на широкий спектр устройств, которые преобразуют электронные данные о печатных платах в изображения, созданные фотоплоттером.

По сути, каждая система САПР и печатных плат создает координаты X, Y, дополненные командами, которые определяют, где начинается изображение печатной платы, какую форму оно примет и где оно заканчивается.

В сочетании с координатами данные Gerber содержат информацию об апертурах, которая определяет форму и размеры отверстий, линий и других свойств.

Версии файлов Gerber

В настоящее время существует три версии Гербер форматы:

Рис. 17. Образец формата файла Garber. Источник изображения: Wikimedia.

Gerber X2 — новейший формат Gerber, содержащий данные и атрибуты стека.
RS-274-X – улучшенная версия формата Gerber, получившая широкое распространение.
RS-274-D — самая старая версия формата Gerber, и RS-274-X постепенно заменяет ее.

Применение обратного проектирования печатных плат

Вот некоторые из ситуаций, когда вы можете применить методы обратного проектирования печатных плат:

Устаревшее устройство, на котором произведения искусства больше не существует.
Устройство переработано для соответствия требованиям WEEE/RoHS
Устаревшие продукты без принципиальных схем
Переход от сквозных компонентов к компонентам SMD
Переход на новые технологии с сохранением логики и основных функций существующих систем.
Модификации дизайна
- Для расширения функциональных возможностей, обслуживания и поддержки старых печатных плат.
- Для повышения производительности.
- Более низкие затраты в течение жизненного цикла и сниженная стоимость системы.

Часто задаваемые вопросы по обратному инжинирингу печатных плат

У вас есть вопросы по реверс-инжинирингу печатных плат?

Что ж, здесь я собрал примеры вопросов и ответов, которые дадут вам более глубокое понимание обратного проектирования печатных плат.

монтажа на печатной плате

1. Что такое обратный инжиниринг?

Обратный инжиниринг — это процедура, целью которой является воспроизведение, дублирование или улучшение микросхем и систем на основе анализа исходного устройства или системы. Для электронных систем вы можете выполнять обратный инжиниринг (RE) на уровне микросхемы, платы и системы. Поскольку такая электроника обычно состоит из нескольких слоев, реверс-инжиниринг влечет за собой получение внутренней структуры и соединений всех слоев либо с помощью неразрушающих процедур, либо с помощью деструктивного процесса задержки.

2.В чем разница между принципиальной схемой и топологией печатной платы?

A принципиальная схема По сути, это электрическая схема, на которой подробно описаны используемые компоненты и их взаимосвязь. Это план.

Принципиальная схема не описывает, как это достигается на практике.

Например, он не отображает физическое расположение компонентов на печатной плате и не показывает, как достигается маршрутизация многочисленных межсоединений (т. е. дорожек печатной платы) между компонентами.

Схема печатной платы — Источник изображения: Stack Exchange

На схематической диаграмме просто указано, что «вывод A компонента X соединен с выводом B компонента Y». В процессе проектирования вы сначала создадите его, прежде чем переходить к разводке печатной платы.

Эпоха Расположение печатных плат является фактическим применением принципиальной схемы. В нем подробно описано, как изготовить печатную плату, которая при соединении с частями физически представляла бы схему, изображенную на схеме.

Он иллюстрирует размер платы, конструкцию печатной платы (количество переходных отверстий, слоев и других компонентов), расположение всех компонентов и разводку многочисленных дорожек, соединяющих части.

Гибкая компоновка печатной платы

Тем не менее, разводка печатной платы не отражает значения компонентов, а только их разводку контактов и физические размеры.

С компоновкой печатной платы очень легко выполнить процесс обратного проектирования печатной платы.

Потенциально, когда у вас есть спецификация и топология печатной платы, вам не потребуется схема, поскольку вы можете использовать одну для обратного проектирования другой, хотя это будет утомительной задачей.

Схему намного легче читать, и вы можете нарисовать ее абстрактно, чтобы упростить понимание.

Поэтому при обратном проектировании печатной платы рекомендуется иметь оба.

Схема поможет вам понять, что вы должны делать и как вы будете соединять компоненты.

С другой стороны, вы будете использовать компоновку в качестве карты, чтобы найти интересующие компоненты/сигналы на реальной печатной плате.

3. Что мне следует разработать в первую очередь, дизайн печатной платы или схему?

Хотя теоретически вы можете начать либо со схемы, либо с печатной платы.

Если вы разрабатываете весь проект, то рекомендуется начать со схемы. Затем вы можете использовать схему для создания содержимого топологии печатной платы.

Хотя есть функция обратного проектирования печатной платы, которая позволяет разработать схему «отправной точки» из проекта печатной платы.

Эта функция обычно предназначена для применения, когда у вас есть проект печатной платы без соответствующей схемы, и вы должны разработать схему как «документацию» для топологии печатной платы.

Любые изменения в «списке цепей» (изменение, добавление или удаление цепей, соединений или компонентов) должны выполняться на схеме.

Вы можете обратно аннотировать только имена компонентов с платы на схему.

4.Как добавить собственные значения в компоненты?

Компоненты могут иметь бесконечное количество значений, что позволяет улучшить информацию, хранящуюся в каждом компоненте, путем добавления таких аспектов, как:

Дистрибьютор
Номер корзины
Среднее время безотказной работы
Терпимость
Номер детали производителя
Производитель, среди прочего

При редактировании компонента в диспетчере библиотек выберите меню «Правка» и альтернативу «Значения», чтобы вставить значения и ряды их значений в компонент.

Не забудьте сохранить компонент в библиотеке после того, как закончите редактирование.

Не забудьте также использовать вкладку «Обновить компонент» в контекстном меню для выбранного компонента в проекте, чтобы перенастроить его после добавления к нему любых новых значений.

Обязательно выполните это как для дизайна печатной платы, так и для схемы.

При добавлении нового компонента в дизайн он будет принимать любые значения, добавленные в редактор библиотеки.

Проверьте значения компонента для компонента, выбрав его в дизайне и применив параметр «Свойства» в контекстном меню.

Точно так же вы можете добавить дополнительные значения компонентов в список частей, используя функцию построителя отчетов, расположенную в меню «Вывод».

5.Что такое список соединений в дизайне печатных плат?

Список соединений состоит из списка электронных компонентов и узлов, с которыми они связаны в схеме.

Сеть (сеть) представляет собой совокупность двух или более взаимосвязанных частей.

Список соединений состоит из схемы между компонентами на печатной плате и обычно хранится в текстовой форме.

При изготовлении печатных плат вы используете список соединений для проведения электрического теста (E-теста) для обнаружения отсутствующих или неправильных соединений.

Сложность, представление и структура списков соединений могут сильно различаться, но основная роль каждого списка соединений заключается в передаче информации о соединении.

Списки соединений обычно не предлагают ничего, кроме узлов, экземпляров и, возможно, некоторых функций используемых компонентов.

Если они показывают больше информации, чем это, то они обычно считаются языком описания оборудования.

Вы всегда должны создавать список соединений во время обратного проектирования печатной платы, так как это обеспечивает дополнительный уровень аутентификации во время процесса проверки CAM.

Это гарантирует, что когда вы завершите электрические испытания печатной платы, работа будет правильно проверена на соответствие предполагаемой конструкции.

6.В чем разница между PCB и PCBA?

Печатная плата (PCB) — это плата, используемая для электрического соединения и механического закрепления компонентов с использованием проводящих дорожек, контактных площадок и различных элементов, штампованных из листов меди, покрытых глазурью, на непроводящих основаниях.

Существует несколько типов печатных плат, включая однослойные, двухслойные и многослойные печатные платы.

И наоборот, сборка печатной платы (PCBA) — это плата, полученная после нанесения паяльной пасты на печатную плату.

И затем монтаж многочисленных компонентов, таких как интегральные схемы (ИС), конденсаторы, резисторы и любые другие компоненты, такие как трансформаторы, в зависимости от применения и требуемых характеристик печатной платы.

Печатная плата обычно подвергается нагреву в печи оплавления для обеспечения механического соединения между компонентами и печатной платой.

7.В чем разница между двухслойной печатной платой и многослойной печатной платой?

·Однослойные печатные платы

Однослойные печатные платы являются самыми простыми типами печатных плат. Они состоят только из одного проводящего слоя, и это ограничивает их применение простыми конструкциями с низкой плотностью.

Кроме того, односторонние печатные платы имеют низкую стоимость и подходят для простых устройств и устройств большого объема.

·Двухслойная печатная плата

Двухслойные печатные платы, возможно, являются наиболее популярными типами печатных плат.

Этот тип печатной платы позволяет прокладывать дорожки относительно друг друга, соединяя нижний и верхний слои с помощью переходных отверстий.

Возможность пересечения путей снизу вверх значительно повышает вашу гибкость при проектировании схем и существенно увеличивает плотность схем.

Двухсторонняя печатная плата сравнительно недорога, но допускает только промежуточный уровень сложности схемы. Уменьшить электромагнитные помехи в печатной плате такого типа сложно.

· Многослойная печатная плата

Многослойные печатные платы повышают плотность и сложность конструкций печатных плат за счет вставки дополнительных слоев помимо нижнего и верхнего, наблюдаемых при формировании двойного слоя.

С более чем 30 слоями в многослойной конфигурации печатной платы этот тип печатной платы позволяет изготавливать очень плотные и чрезвычайно сложные конструкции.

Часто дополнительные слои в многослойных печатных платах действуют как плоскости питания, которые помогают подавать питание на схему и уменьшать электромагнитные помехи, создаваемые конструкциями.

Вы достигаете более низких уровней электромагнитных помех, помещая уровни сигналов между плоскостями питания.

Кроме того, вы должны знать, что если вы увеличите количество слоев питания в конструкции печатной платы, вы повысите уровни тепловыделения, которые может предложить печатная плата.

Эта функция необходима в конструкциях с высокой мощностью.

Целые слои в многослойных печатных платах почти обычно связаны с питанием и заземлением. Поэтому мы группируем слои как плоскости Power, Ground или Signal.

Иногда существует более одной плоскости заземления или плоскости питания, особенно когда различным компонентам на печатной плате требуются разные напряжения питания.

8. Кто обладает правами интеллектуальной собственности на схему печатной платы, полученную путем обратного проектирования?

Если вы реконструируете схему из печатной платы, то вы являетесь разработчиком схемы и, следовательно, разработчиком этой конкретной интеллектуальной собственности.

Любые патенты, которые защищают конечный продукт или систему, представляют собой совершенно другую проблему.

Администрирование патента осуществляется между патентообладателем и производителем устройства и не имеет никакого отношения к реконструированной печатной плате.

Помните, что патентные притязания должны быть обнародованы, поэтому они не должны быть секретом.

Тем не менее, важно, чтобы я говорил о разводках и схемах печатных плат, взятых непосредственно из сервис-мануалов.

Подобные действия считаются нарушением прав интеллектуальной собственности, поскольку вы будете напрямую копировать работу другого автора.

Вы должны понимать, что некоторые компоненты печатной платы могут быть коммерческой тайной компании.

Однако, если вы не связаны с компанией, разработавшей оригинальную схему; вы не обязаны защищать секреты фирмы.

9. Какова важность спецификации при обратном проектировании печатной платы?

"Ведомость материалов», широко известный как спецификация, в основном представляет собой список.

В проекте печатной платы спецификация представляет собой список всех компонентов, необходимых для изготовления печатной платы.

Вы создаете спецификацию печатных плат с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат.

Чтобы сделать это успешно, система САПР уже должна иметь информацию о детали, необходимую для создания спецификации.

Информация о каждой детали всегда хранится в отдельном разделе библиотеки САПР.

Когда вы создаете экземпляр каждой детали в проекте, ее информация помечается вместе с ней из библиотеки САПР.

После включения в проект печатной платы информация о деталях становится доступной для использования в различных элементах спецификации.

Элементы внутри спецификации

В спецификации печатной платы может быть несколько видов информации, хотя для начала необходимо, чтобы спецификация содержала основную группу элементов.

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее популярных основных элементов, которые вы увидите в спецификации печатной платы:

Комментарий: Каждый тип детали должен иметь четкую идентификацию, которая регистрируется как комментарий в спецификации. Обычно в качестве комментария применяется номер детали с маркой компании, хотя это не является предварительным условием. Вместо этого можно использовать номера деталей поставщика или другие этикетки. Например, номер детали компании может быть комментарием «27-0477-03».
Описание: Это основная иллюстрация детали. С точки зрения вышеупомянутого комментария 27-0477-03 описание может быть «CAP 10uF 20% 6.3V».
Обозначение: Каждая отдельная часть на печатной плате будет иметь свое четкое условное обозначение. По отношению к конденсатору 10 мкФ обозначение может быть «C27».
Footprint: Это обозначение физического посадочного места CAD, которое использует деталь. Например, C27 может использовать посадочное место САПР, обозначенное как «CAP-1206».

В большинстве случаев вы организуете спецификацию по значению элементов комментария.

Затем вы должны включить другие основные элементы, связанные со спецификацией, в ту же строку.

Например, давайте воспользуемся значениями основных элементов из приведенных выше иллюстраций и приведем в качестве примера небольшой однострочный отчет о спецификации:

Комментарий: 27-0477-03
Описание: CAP 10uF 20% 6.3V
Обозначение: C19, C26, C27, C31, C46
След: CAP-1206

В зависимости от ваших потребностей, спецификация может также состоять из дополнительных элементов информации.

Они могут содержать значения и допуски или любую другую информацию, относящуюся к компоненту.

Единственным недостатком является то, что отчет BOM может стать очень длинным в зависимости от количества элементов, которые вы решили включить в него.

Расширенное использование спецификации

До сих пор мы обсуждали основы BOM. Существуют и более продвинутые свойства, о которых мы также должны упомянуть.

Вы также можете организовать PCB BOM по элементам, отличным от комментариев, и вы также можете использовать их для отображения дополнительной информации о проекте.

Вот несколько примеров:

Измените формат спецификации: Вы можете изменить внешний вид своей спецификации, упорядочив ее по-другому. По сути, вы будете классифицировать спецификацию по информации из комментария, хотя вы могли бы организовать ее по информации о посадочном месте.

Включить неустановленные детали: У вас есть возможность добавить компоненты, помеченные как незаполненные в спецификации.

Создание спецификаций для различных видов плат: Когда вы разработали различные варианты набивки (установленные или не установленные) для компонентов в разных версиях платы, вы можете создать разные спецификации для этих разных версий.

10. Как происходит слияние слоев при реверс-инжиниринге печатной платы?

Для двухслойной платы вы найдете список соединений каждого слоя независимо. Затем вы объединяете списки цепей, размещая соответствующие цепи по обе стороны от каждого сверла. Вот как вы должны выполнять процедуру слияния для каждого упражнения:

Найдите сеть верхнего слоя с дрелью.
Найдите эквивалентное сверло на нижнем слое.
Найдите сеть нижнего слоя с этим сверлом.
Переместите группу контактных площадок, связанных с сетью нижнего слоя, в список соединений сети верхнего слоя.

Если вы не можете найти эквивалентное сверло на нижней стороне, считайте, что сверло является ложным обнаружением, и игнорируйте его. После обработки всех упражнений объедините два списка соединений, и в результате получится полный список соединений.

11. Каково основное назначение переходных отверстий для печатных плат?

Основная роль любого переходного отверстия на печатной плате состоит в том, чтобы обеспечить токопроводящий маршрут для передачи электрического сигнала от одного слоя схемы к другому через металлизированную стенку отверстия.

Тем не менее, существуют различные виды переходных отверстий и различные варианты окончательного появления переходных отверстий на поверхности печатной платы.

Несмотря на то, что у переходных отверстий в основном одинаковые роли, вы должны правильно определить каждый тип в своей документации, чтобы убедиться, что ваша сборка прошла успешно, а печатная плата работает эффективно.

Существует три основных типа переходных отверстий, которые включают в себя:

· Через переходы

Это отверстие, перфорированное на всем протяжении от верхнего до нижнего слоя печатной платы.

Отверстие открыто с обоих концов, чтобы облегчить протекание гальванического раствора для нанесения покрытия, чтобы сделать его проводящим.

Нет никаких сокращений для сверления переходных отверстий. Вы должны соблюдать правила, касающиеся смежности (наименьшее допустимое расстояние между краем одного переходного отверстия и ближайшим переходным отверстием), минимального диаметра и максимального соотношения сторон.

· Слепые переходы

Это отверстие, перфорированное в нижнем или верхнем слое, но останавливающееся в заданной точке, прежде чем пройти полное расстояние через печатную плату.

Вы можете использовать механически просверленные глухие отверстия, чтобы соединить внешний слой с соседним слоем.

В некоторых случаях вы можете использовать глухое переходное отверстие для соединения внешнего слоя с другим слоем под ним, хотя это требует тщательного планирования, чтобы получить хороший результат.

Глухое отверстие открыто только с одного конца, в отличие от сквозного отверстия.

Таким образом, раствор для покрытия не может полностью пройти через отверстие. Это усложняет процедуру нанесения покрытия.

·Скрытые переходные отверстия

Этот тип переходного отверстия используется только для соединения структур внутренних слоев. Сначала вы сверлите их как сквозные отверстия сверху вниз внутренней глазурованной конструкции (как из L2-L7 8-слойной платы), затем листаете и заливаете, готовясь к окончательной ламинации.

·Лазерные микроотверстия

Это наименьший тип переходных отверстий, обычно диаметром около 003–004 дюйма.

Самым большим преимуществом микропереходных отверстий является их способность фиксироваться на очень узких поверхностях, часто в виде переходных отверстий в контактных площадках внутри посадочных мест BGA или SMT с малым шагом.

Вы выравниваете контактные площадки до их первоначального гладкого состояния после покрытия, восстанавливая поверхность контактной площадки, чтобы ее можно было использовать для пайки компонентов.

за 12 г. Как сгенерировать список соединений при обратном проектировании печатной платы?

Как только вы нашли компоненты и цепи и определили расположение контактных площадок компонентов, вы можете создать список цепей.

Для каждой контактной площадки на каждом компоненте вы находите цепь, имеющую центральную точку контактной площадки, а затем добавляете контактную площадку и компонент в список соединений в цепи.

Контактная площадка представляет собой связанную медную область, каждая контактная площадка является частью ровно одной сети.

Теперь вы можете распечатать список соединений для однослойной платы, и каждая строка списка соединений принимает форму:

сеть_name: компонент1–площадка1 компонент2 –площадка2

Вы можете применить множество инструментов для захвата схем, чтобы создать список соединений той же формы.

Несмотря на то, что имена компонентов, контактных площадок и цепей различаются, вы должны сопоставить соединения этого списка цепей со сгенерированными из правильной схемы платы.

В сценарии с двухслойной платой второй слой обрабатывается так же, как и первый. Затем вы будете использовать процедуру слияния для создания полного списка соединений.

13. Почему важно создавать файлы Gerber?

Несмотря на то, что реконструированные 3D-изображения содержат ценную информацию, вы не можете использовать их напрямую для детального количественного контроля или производства печатных плат.

Вам требуется последовательность этапов обработки изображения, чтобы преобразовать изображение в системный файл CAD (автоматизированное проектирование).

Преобразование изображений в системный файл САПР является необходимым условием для изготовления печатных плат.

В частности, чтобы печатать схемы на плате, вы должны создать файлы Gerber для каждого слоя.

Файлы представляют собой двухмерные двоичные карточные файлы, содержащие геометрическую информацию.

Сегментация изображения является наиболее важным этапом преобразования 3D-рентгеновского снимка в файл Gerber.

Сегментация изображения — это назначение меток каждому пикселю (каждому вокселу в случае 3D) для извлечения информации об облаке точек (x, y, z).

Было проведено множество исследований по обработке изображений печатных плат с целью обратного проектирования печатных плат.

14. Могу ли я реконструировать любую печатную плату?

Выбор возможного реверс-инжиниринга печатной платы зависит от технической сложности, экономики и количества доступных данных.

Печатные платы, которые имеют широкое применение и высокую стоимость за единицу, но сравнительно минимальную техническую сложность, являются лучшими вариантами для обратного проектирования.

15. Есть ли ограничения у компьютерной томографии?

Незначительным недостатком компьютерной томографии является размер поля зрения рентгеновской системы.

Вы получите меньше деталей или разрешения на полученных изображениях с увеличением поля зрения.

Следовательно, вам нужно будет найти баланс между качеством изображения и достаточной видимостью платы, которая в большинстве случаев не будет охватывать всю область печатной платы.

Чтобы обработать всю печатную плату, вам нужно будет создать и сшить вместе несколько «сегментов».

за 16 г.Чем технология поверхностного монтажа лучше, чем сквозной монтаж?

· Сквозная технология

В течение многих лет производители применяли технологию сквозных отверстий при изготовлении почти всех печатных плат.

Этот метод монтажа повлек за собой использование проводов к электрическим компонентам.

Затем вы должны вставить выводы в отверстия, просверленные на печатной плате, а затем припаять их к контактным площадкам, расположенным на другой стороне печатной платы.

Монтаж в сквозное отверстие чрезвычайно надежен, так как обеспечивает прочное механическое соединение, тем не менее дополнительное сверление значительно удорожает изготовление плат.

Кроме того, наличие отверстий в печатной плате создает барьеры в плане доступных областей трассировки для сигнальных трасс на слоях.

Они находятся непосредственно под верхним слоем на многослойной печатной плате.

Эти две причины являются одними из многих причин, по которым технология поверхностного монтажа стала настолько популярной в 1980-х годах.

Технология поверхностного монтажа

В качестве альтернативы сверлению отверстий технология поверхностного монтажа позволяет монтировать электрические компоненты или размещать их непосредственно на поверхности печатной платы.

Как правило, компоненты для поверхностного монтажа меньше, чем компоненты для сквозного монтажа.

Это связано с тем, что компоненты SMT либо имеют меньшие выводы, либо полностью лишены выводов.

Более высокая плотность схем практична на меньшей печатной плате устройства для поверхностного монтажа, поскольку компоненты более компактны и не требуют нескольких просверленных отверстий.

Это особенно важно, поскольку современная электроника становится все более сложной и компактной.

Кроме того, технология поверхностного монтажа относительно экономична, чем сквозной монтаж.

Заключение

Реверс-инжиниринг позволяет реконструировать печатную плату из первоначальных концепций. Когда вы делаете это с набором планов, вы можете успешно выполнить обратный инжиниринг печатной платы, несмотря на растущую сложность.

Использование услуг профессиональных реверс-инженеров может позволить вам оптимизировать свои услуги по производству электронной продукции, выполнив наиболее сложную часть требований.