用于保护电子元件的防入侵系统.pdf

本发明的主题是用于保护电子元件(3)的防入侵系统，包括在其上放置电子元件的基板(2)、封装基板(2)的表面上的电子元件的导电罩体(1)，所述系统还包括报警设备，其特征在于其至少包括：位于基板(2)的表面上的发射天线，和一个电容式机电微动开关，所述电容式机电微动开关通过信号线与报警设备连接，以便能够激励所述报警设备。

1、  一种用于保护电子元件(3)的防入侵系统，包括在其上放置电子元件的基板(2)、封装基板(2)表面上的电子元件的导电罩体(1)，所述系统还包括报警设备，其特征在于其包括在所述罩体(1)中的封装的入侵检测电路，所述入侵检测电路至少包括：
-位于基板(2)的表面上并发射功率信号的发射天线(4)，
-与接收所述功率信号的装置连接的电容式机电微动开关，所述电容式机电微动开关能够检测信号功率下降以及在适当的时候激励入侵报警设备，
-发射信号的接收装置，所述接收装置在入侵进入罩体时发射信号下降，所述接收装置与所述电容式机电微动开关连接。

2、  如权利要求1所述的防入侵系统，其特征在于接收装置包括：位于基板(2)的表面上并与电容式机电微动开关连接的接收天线(5)。

3、  如权利要求1所述的防入侵系统，其特征在于接收装置包括：与导电罩体(1)以及电容式机电微动开关连接的导电元件(31)。

4、  如权利要求1所述的防入侵系统，其特征在于接收装置包括：
-位于基板(2)的表面上并与第一电容式机电微动开关(86)连接的接收天线(85)，
-与导电罩体(1)和第二电容式机电微动开关(82)连接的导电元件(81)。

5、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于电容式机电微动开关的至少之一是串联型的。

6、  如权利要求3至5任一项所述的防入侵系统，其特征在于导电元件的至少之一位于基板(2)的表面上。

7、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于电容式机电微动开关的至少之一包括：包括柔性膜(101)的结构和包括介质层(104)的组件，以及共面放置在彼此的延长线上的两条信号线(107)和(108)，所述两条信号线的端部形成第一金属层(105)，通过介质间隙将所述膜与组件隔开。

8、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于电容式机电微动开关的至少之一包括位于介质(104)上的第二金属层(106)。

9、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于发射天线(4，33)发射功率信号，从而对于电容式机电微动开关(6，32，82，86)，施加在膜(101)与电极(105)之间的电压Veq处于激励电压Vp与释放电压Vr之间，所述激励电压和释放电压分别满足下列方程式：
Vp=8kg0327ϵ0wW]]>
其中w是信号线的宽度，W是膜的宽度，g₀是未施加电压的介质间隙的厚度，ε_o是真空的介电常数，k是膜的刚度系数，
Vr=2k(g0-td)td2ϵ′ϵ0Aϵr2]]>
其中t_d是将金属层与膜隔开的介质厚度，ε_r是介质的相对介电常数，ε’是能够考虑改变电极的介电常数的介质间隙的存在所造成的影响的常数，A等于乘积wW。

10、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于导电罩体(1)是由金属制成的。

11、  如前述权利要求任一项所述的防入侵系统，其特征在于发射和接收天线是双向型的。

用于保护电子元件的防入侵系统
本发明的领域是用于保护电子元件的防入侵系统以及它们在电信领域的应用的领域。
防入侵系统的目的是检测任何试图进入被保护的电子设备的入侵并且在适当的时候激励报警系统。防入侵系统用于保护要保密的电子设备。
根据防入侵系统领域的状态，可以通过使用包括集成在树脂中的导线网的罩体提供保护。这样，通过导线中断裂的出现检测由罩体的穿孔(perforation)所表明的入侵。这类系统的性能并不令人完全满意，特别是因为这类系统不能防御使用X射线的入侵。
特别是为了克服X射线的入侵问题，本发明提出使用一种完全导电的罩体，该完全导电的罩体由电磁屏蔽构成并且包括用于检测入侵的微型元件。
更具体的，本发明涉及用于保护电子元件的防入侵系统，该系统包括在其上放置电子元件的基板、封装基板表面上的电子元件的导电罩体，所述系统还包括报警设备，其特征在于其至少包括：在所述罩体中的封装的入侵检测电路，所述入侵检测电路至少包括：
-位于基板表面上并发射功率信号的发射天线，
-与接收所述功率信号的装置连接的电容式机电微动开关，所述微动开关能够检测信号功率下降以及在适当的时候激励入侵报警设备，
-发射信号接收装置，所述接收装置在入侵进入罩体时发射信号下降，所述接收装置与所述微动开关连接。
根据本发明的第一变化示例，接收装置包括：位于基板表面上并与电容式机电微动开关连接的接收天线。
根据本发明的第二变化示例，接收装置包括：与导电罩体以及电容式机电微动开关连接的导电元件。
根据本发明的第三变化示例，接收装置包括：
-位于基板表面上并与第一电容式机电微动开关连接的接收天线，
-与导电罩体和第二电容式机电微动开关连接的导电元件。
根据本发明的变化示例，电容式机电微动开关的至少之一是串联型的。
根据本发明的变化示例，电容式机电微动开关的至少之一包括：包括柔性膜的结构和包括介质层的组件、以及共面放置在彼此的延长线上的两条信号线，所述两条信号线的端部形成第一金属层，通过介质间隙将所述膜与组件隔开。
根据本发明的变化示例，发射天线发射功率信号，从而施加在膜与电极之间的电压Veq处于激励电压Vp与释放电压Vr之间，所述激励电压和释放电压分别满足下列方程式：
Vp=8kg0327ϵ0wW]]>
其中w是信号线的宽度，W是膜的宽度，g₀是膜上未施加电压时介质间隙的厚度，ε_o是真空的介电常数，k是膜的刚度系数。
Vr=2k(g0-td)td2ϵ′ϵ0Aϵr2]]>
其中t_d是将隔开金属层与膜的介质厚度，ε_r是介质的相对介电常数，A等于乘积wW，而ε’是能够考虑改变电极的介电常数的介质间隙的存在所导致的影响的常数。
有利地，发射和接收天线是双向型的。
通过阅读接下来以非限制性示例的方式给出的描述并通过附图，将能更好地理解本发明，其他益处也将显而易见，其中：
图1图解说明了在横截面中所见的根据本发明的第一防入侵系统变化示例，其包括至少一个与电容式机电微动开关连接的接收天线；
图2图解说明了从罩体内部上方所见的根据本发明的第一防入侵系统变化示例；
图3图解说明了从上方所见的串联型的电容式机电微动开关；
图4图解说明了在横截面所见的串联型的电容式机电微动开关；
图5图解说明了当串联型的电容式机电微动开关被激励时作为施加到串联型的电容式机电微动开关的电压的函数的介质间隙的厚度的趋势；
图6图解说明了在横截面中所见的根据本发明的第二防入侵系统变化示例，其中机电微动开关通过导电元件与导电罩体连接；
图7图解说明了从罩体内部上方所见的根据本发明的第二防入侵系统变化示例；
图8图解说明了在横截面中所见的根据本发明的第三防入侵系统变化示例，其包括至少一个与第一电容式机电微动开关连接的接收天线以及通过导电元件与导电罩体连接的第二电容式机电微动开关。
根据本发明的用于保护电子元件3的防入侵系统，包括在其上放置电子元件的基板2、封装基板2表面上的电子元件的导电罩体1。入侵检测电路被封装在所述罩体1中。所述入侵检测电路至少包括：
位于基板2的表面上并发射信号的发射天线4，
电容式机电微动开关，所述微动开关通过信号线与报警设备连接，以便能够激励所述报警设备，所述微动开关能够检测信号功率下降，以及
发射信号接收装置，所述接收装置在入侵进入罩体时发射信号下降，所述接收装置与所述微动开关连接。
物理完整的导电罩体1上的任何入侵或攻击导致从发射天线4到接收装置的信号发射的干扰，因此降低发射信号的功率并引起微动开关状态的改变。
在图1和图2中图解说明了根据本发明的用于保护电子元件的防入侵系统的第一变化示例，其使用串联型的电容式机电微动开关。
根据本发明的系统的第一变化示例，包括基板2表面上的密封并导电的罩体1、发射天线4、通过两条传输线7和8与未示出的报警系统连接的接收天线5，其中在传输线7和8上方存在串联型的电容式机电微动开关6。
防入侵系统的工作方式如下。系统使用由密封并导电的罩体1的侵害(violation)所产生的参考信号的变化来触发报警设备。实际上，通过将串联型的电容式机电微动开关6置于低状态(导通状态)来操作串联型的电容式机电微动开关6，从而来防护系统。然后通过发射天线4发送信号，由接收天线5接收信号，然后通过传输线7和8将信号传输到报警设备。报警设备被配置为当不再接收信号时被触发。此外，通过这样的方式确定该信号的功率：根据下一段所解释的被称作自保持的原则，将串联型的电容式机电微动开关6保持在低(导通)状态。物理完整的导电罩体1上的任何入侵或攻击将导致从发射天线4到接收天线5的信号发射的干扰，因此降低发射信号的功率。通过串联型的电容式机电微动开关6的信号的这一功率降低引起串联型的电容式机电微动开关6到高状态(不导通)的转换。与串联型的电容式机电微动开关6的输出连接的报警设备不再接收任何信号，并被触发。
接下来对串联型的微动开关结构进行更详细的说明，其包括：
●柔性膜，
●介质层，
●金属层。
图3表示这种微动开关的俯视图，图4表示剖面图。
串联的第一微动开关的结构包括：共面放置在彼此的延长线上的第一信号线107(与信号线7连接)和第二信号线108(与信号线8连接)，通过开关区域将第一信号线107和第二信号线108隔开，第一信号线107和第二信号线108的端部形成金属层105，金属层105位于基板2上并充当底部电极，介质材料104位于金属层105上。膜101悬于信号线之上，连接位于基板上的柱102和103。膜与接地层(groundplane)9绝缘。
微动开关的工作方式如下：
对膜101施加激励电压将微动开关从断开(不导通停止状态)切换到闭合(导通)状态。微动开关具有用于将电位差加到金属层105和膜101之间的特定装置(未描述)。在激励电压的作用下，膜发生变形，直到其接触到介质104。于是两条信号线107和108通过电容效应互连。图5图解说明了当串联型的电容式机电微动开关工作时作为施加到串联型的电容式机电微动开关的电压的函数的介质间隙的厚度的趋势，g₀是膜101与介质104之间的介质间隙的初始厚度。
串联微动开关的特征在于两个电压：激励电压Vp和释放电压Vr。通过下面的方程式确定Vp：
Vp=8kg0327ϵ0wW]]>
其中w是信号线的宽度，W是膜的宽度(乘积wW则表示面对信号线和膜的表面面积)，g₀是膜上未施加电压时介质间隙的厚度，ε_o是真空的介电常数，k是膜的刚度系数。
通过下面的方程式确定Vr：
Vr=2k(g0-td)td2ϵ′ϵ0Aϵr2]]>
其中t_d是将线与膜隔开的介质厚度，ε_r是介质的相对介电常数，A等于乘积wW，而ε’是能够考虑改变电极的介电常数的介质间隙的存在所导致的影响的常数。
系数ε’在0.4和0.8之间。通过将测量结果与平面电容的理论计算进行比较可以凭经验确定系数ε’。
令P为通过串联微动开关的信号功率，Veq为与该功率对应的平均电压。则有下面的关系式：
P=Veq2R]]>
其中R是信号线的阻抗。串联微动开关可以有三种可能的状态：
●Veq＞Vp：这代表自激励状态。这意味着信号通过微动开关的简单事实引起微动开关到低状态(导通状态)的转换。
●Vr＜Veq＜Vp：这代表自保持状态。这意味着信号通过微动开关的简单事实防止膜在激励后再次升高。
●Veq＜Vr，微动开关以简单方式操作，信号不干扰处于高(不导通)状态的微动开关的操作。
对于根据本发明的防入侵系统，度量信号功率，从而第二种和第三种情况的极限适用。如果信号的功率有微小的下降，则微动开关能够从自保持状态切换到高状态。
有利地，机电微动开关的至少之一包括位于介质104上的第二金属层106。第二金属层106的益处在于克服了在介质层104上最终随时间发生放电的问题，该问题表示信号功率变化检测水平的降级。
接下来特别通过图6和7的图解，对根据本发明的第二防入侵系统变化示例进行说明，其中机电微动开关32通过第一导电元件31与导电罩体1连接。同样，机电微动开关32通过第二导电元件34与报警设备连接。
第二防入侵系统变化示例的工作方式如下。系统使用罩体上的天线33产生的涡电流的干扰。这些涡电流的变化反映了罩体的侵害。如同第一防入侵系统变化示例中那样，该变化将用来改变机电微动开关32的状态。通过信号的信号功率的降低使开关从低(导通)状态切换到导致报警设备被激励的高(不导通)状态，其中所述报警设备被配置为当不再接收任何信号时被触发。
接下来对并联使用两个前述变化示例的根据本发明的第三防入侵系统变化示例进行说明。根据本发明的第三防入侵系统变化示例包括位于基板2上的密封并导电的罩体1；第一检测组件，该第一检测组件包括发射天线84、通过未示出的传输线与未示出的报警系统连接的接收天线85，在传输线上方存在第一串联型电容式机电微动开关86；以及第二检测组件，该第二检测组件包括通过第一导电元件81与密封并导电的罩体1连接并通过未示出的第二导电元件与报警设备连接的第二串联型电容式机电微动开关82。
第三防入侵系统变化示例的工作方式如下。两个检测组件并联操作。第一检测组件对应于第一检测系统变化示例。第二检测组件对应于第二检测系统变化示例。两个检测组件能够使用同一发射天线84。
有利地，导电元件的至少之一位于基板2的表面上。
有利地，发射和接收天线是双向型的。
根据用于根据本发明的防护系统的机电微动开关的示意性实施例，膜101具有0.7μm的厚度，由两层金属层构成：0.5μm的第一铝层和0.2μm的第二钛-钨合金层。膜101呈现约100μm的宽度和取决于共面线的长度。
共面线是由基板(通常是硅，成本低并且基板的质量对共面线的性能造成的影响非常小)构成的微波信号导体，该基板上存在金属导线(通常是金)和位于该线的任一侧的两个接地层(通常也是金)。共面线通过下列量限定：线和接地层的厚度，中心线的宽度以及中心线与接地层之间的距离。从而获得关于中心线对称的结构。
充当用于电容式机电微动开关的支撑的共面线107和108具有3μm的厚度，共面线107和108在膜下被细化为0.7μm的厚度。在该处，共面线107和108被厚度在0.2和0.4μm之间变化的介质覆盖。
3μm高的柱102和103位于信号线107和108的任一端以充当膜101的支撑，并且独立于地9，地9是中空的，以便能够在与所述地相同水平面上具有柱102和103。将信号线107和108隔开的间隔是10μm。