Весной 2022 о заморозке своей деятельности на территории РФ заявили основные мировые производители программного обеспечения для компьютерной томографии (КТ). От "хорошей" жизни нам пришлось запустить проект разработки собственного КТ‑реконструктора совместно с командой Unicore Solutions.
Кратко - mission completed, получилось интересно и сейчас идёт активный этап отладки и сбора обратной связи. Статья посвящена одному из пользовательских кейсов для томографической реконструкции - реверс инжинирингу печатных плат.
Жми под кат, дабы погрузиться в суровый мир микротомографии и узреть красивые картинки реверс инжиниринга.
Мы разрабатываем и производим системы рентгеновской визуализации, в том числе настольные микротомографы. Подробно про метод рассказывал тут. Захват сырых данных мы делаем на своем железе через свое же ПО proDIS, но для реконструкции и рендера трехмерной модели использовали покупной софт (Siemens CERA, Volume Graphics VGSStudio). Минутка ностальгии с красивыми картинками – здесь.
Да, небольшой комментарий, основной текст статьи написал Артём Авакян, наш исследователь и "дока" в микротомографии. Мои 5 копеек больше в области редактуры и марафета.
Отлаживать новый программный продукт идеально на прикладных задачах. На выставке ExpoElectronica 2022 на наш стенд подошел представитель компании‑производителя плат по технологии LTCC – низкотемпературная совместно отжигаемая керамика. Люди в повседневной работе используют рентген‑телевизионную систему Nikon XTV160 для реверс инжиниринга импортных керамических многослойных плат и для контроля топологии собственных плат.
Насущная проблема реверса методом КТ – изображения соседних слоев накладываются друг на друга, теряется полезная информация. Заказчик достиг необходимого разрешения слоев на промышленном томографе Nikon XT H 320, однако его стоимость далеко за пределами бюджета, плюс под вопросом сама возможность поставки и обслуживания в РФ.
Кризис – время возможностей, и мы получили шанс помериться силами с мировыми грандами в области как железа, так и софта для томографии.
Пациент номер 1
Заказчик передал платы (микромодули) малого форм‑фактора 3.2×1.6 мм. На рисунках показаны их рентгеновские проекции. На боковой проекции видны 9 внутренних слоев металлизации, запечатанные между слоями керамики толщиной около 100 мкм и соединенные сквозными переходными отверстиями. Сложную пространственную топологию платы невозможно разделить на проекционных изображениях, требуются методы послойного анализа. Ламинография (томосинтез aka планарная томография) показала совсем неудовлетворительный результат (и на Nikon, и у нас), поэтому используем полноценную взрослую томографию.
Сбор датасета мы проводили на собственном настольном томографе ПРОДИС.Компакт (напряжение до 110 кВ, размер фокуса – 2 мкм, детектор 6,7 МП, пиксель – 50 мкм). Реконструкция проекций в собственном ПО, визуализация программах со свободным доступом ImageJ и TomViz.
Оказалось, что слои металлизации имеют сложную пространственную конфигурацию, поэтому при 2D‑отображении неизбежно возникает наложение топологии. Ниже примеры срезов томограммы на Nikon и нашем томографе. На момент исследования в июне‑июле реконструктор еще был сыроват, поэтому на изображениях заметны артефакты. Сейчас мы научились их компенсировать автоматизированной калибровкой геометрии, но ради исторической правды показываем оригиналы.
Несмотря на заметные артефакты реконструкции, полученное пространственное разрешение и разделение слоев металлизации оказались достаточными для восстановления топологии. Заказчик остался доволен и приехал в гости, чтобы передать более сложные образцы.
Пациент номер 2 — тяжелый случай
На втором этапе заказчик предоставил для оценки внутренней структуры импортный смеситель частот с габаритными размерами 7,62х6,35х0,9 мм, на основе многослойной керамической платы, изготовленной по технологии LTCC. На Nikon ранее была визуально оценена внутренняя структура и основные геометрические размеры: 8 керамических слоев толщиной ≈ 110 мкм, ширина проводника ≈ 100 мкм, диаметр межслойных переходов ≈ 140 мкм.
На следующем этапе заказчику было необходимо рассмотреть послойную структуру платы. Для этого была проведена съемка на томографе ПРОДИС.Компакт, получена томограмма и проведена реконструкция в нашем ПО proDIS с дальнейшей визуализацией в ПО ImageJ. Качество полученных срезов томограммы многослойной керамической платы позволило заказчику разделить структуру платы на отдельные слои, которые представлены на рисунке:
Из набора 2D-срезов построена трехмерная модель керамической платы. Красотища!
Профит производителя — уменьшен срок разработки аналога с учетом собственных технологических возможностей, все довольны.
Данных получилось много, шустрый рендер такого массива — уже следующий челлендж. Мы же не хотим, чтобы заказчики встретили пенсию, смотря в экран. 2D-срезы обрабатывать одно удовольствие, а вот когда до визуализации дело дойдет — придется попотеть.
В общем — каждому производству по томографу! Наличие томографии и полноценная аналитика внутренней структуры объекта, может помочь как с изделиями «сторонних производителей», так и в задачах контроля различных этапов технологического цикла изготовления собственных продуктов.
Заключение
Проект реконструктора активно развивается. По сути, в данной статье описаны результаты debuga в ходе черновой работы с MVP, спасибо заказчику за возможность такой отладки. Сейчас реконструктор имеет уже сносный вид с первой версией UI. Быстродействию позавидуют даже многие иностранные бренды, за это особое спасибо @titovmaxim
Да, кстати, для ВУЗов мы планируем академическую лицензию. Поддержим отечественную науку, чем сможем.
Надеюсь, вам было интересно; пишите - возможно еще что-нибудь интересное отреверсируем;)
Комментарии (43)
primogengrout Автор
14.12.2022 10:33+10Что делает заказчик работ с рентгеновскими снимками - его дело;)
maeris
14.12.2022 10:42+3В общем — каждому производству по томографу!
Ох, боюсь подумать, насколько семизначно он стоит. Расскажите нам, пожалуйста, хотя бы как он работает. Всё равно руками потрогать такое нам не дадут. Например, как вообще можно сфокусировать рентген до нескольких микрон?
vassabi
14.12.2022 10:50кстати да - цену этой установки нам так и не сказали :)
Возможно даже, что второй такой нет вообще (и она такая нежная, что работает только в руках изобретателя)
primogengrout Автор
14.12.2022 10:59+5В текущих реалиях - от 10 млн рублей за микротомограф
Конкретно эта конфигурация - 17 млн
Raah
14.12.2022 11:42+3Это серийная система - не нежная и относительно простая для пользователя, но конфигурация компонентов (источник - детектор) подбирается под задачи - цена может отличаться в разы. Принцип работы и ПО везде одинаковые.
vassabi
14.12.2022 12:58конфигурация компонентов (источник - детектор) подбирается под задачи
хмм ... то есть - без лаборанта не будет работать?
Raah
14.12.2022 15:11+2зависит от задачи - если однотипная - нажать старт любая домохозяйка сможет. Если задачи каждый раз разные и сложные - нужно пару дней на инструктаж, потом два месяца самостоятельной работы с подержкой спецов - обучение дня на три и еще пол года опыта. За пол года ежедневной работы можно стать гуру микротомографии) Сложность связана в первую очередь с пониманием физики процесса и влияния различных факторов на результат. Ах да... Отснять - это пол дела! Нужно же еще обсчитать нужные пространственные параметры по геометрии статистике - но это совсем другая история.
corvair
15.12.2022 08:43+1Обычная практика для исследовательского оборудования, установка собирается из серийных модулей под задачи клиента, иногда что-то кастомизируется. Лаборант у клиента будет в любом случае.
ebt
14.12.2022 16:31+1В высокоточной порошковой диффрактографии размер кристаллического образца может как раз и составлять микроны. Для этого нужны синхротронные источники излучения, которых в мире буквально пара десятков. Насколько мне известно, один синхротрон есть под Москвой, в Дубне.
titovmaxim
15.12.2022 12:23+1Микровокусные рентнгеновские трубки для рентгеновской томографии вещь серийная. К дифрактографии они, правда, отношения совсем не имеют. Там другие трубки и задачи.
vassabi
14.12.2022 10:58+3Ох боюсь только, что надо буде делать скриншоты этой заметки - слишком много секретов тут рассказано и показано :)
(поставил плюс в карму автора - как говорится "чем могу")
medvedel
14.12.2022 11:09+2Нет никаких технических данных. Разрешение по оптике, разрешение по слоям, ошибка определения разрешения.
Если бы тех данные превосходили Никоновский Томограф (о чем умалчивается, видимо чтобы финансирование не терять), то может овчинка выделки стоит. О чем конечно судить заказчику. Но с точки зрения разработки гм, существуют промышленные системы контроля, и изобретение велосипеда это замечательные тактический но не стратегический выход.
Люди режут ионными пучками и меряют сканирующими электронными микроскопами, коих в РФ "кот наплакал". Поправьте если ошибаюсь.
primogengrout Автор
14.12.2022 11:40+1По разрешению на JIMA эталоне мы смогли догнать никон, по макс анодному напряжению у нас более простой рентген аппарат
medvedel
14.12.2022 12:02+1Да я только радуюсь за отличный новоизобретенный "велосипед", в таком случае.
Но вы уж простите, имея опыт работы с рентгеновскими и электронными пучками, и терминами "глубина выхода" и "глубина проникновения" в цифрах, я такие картинки без тех. данных только на рекламах видел.
Как бы индустрия реверс инжиниринга вроде чуть в другом направлении идет. Или?
primogengrout Автор
14.12.2022 14:25Решать заказчику. Задачу он выполнил. Ребята с платами, приходившие ранее, тоже закрыли свои потребности по анализу топологии и перешли к производству.
medvedel
14.12.2022 14:35+1С заказчиком разобрались. Кстати, Знаю истории когда разработчики и себе сами заказчика организовывали.
Меня интересует рыночная оценка, перспективы, развитие. Потому и спрашиваю. Идея базисная не нова, но точные данные, product datasheet and product comparison with competitors, интересны.
Как и перспектива!
Ничего страшного если этот проект "сделать и забыть." Мне как человеку вне отрасли интересно место проекта в общей картине мира.
primogengrout Автор
14.12.2022 14:52-2Это серийное изделия, у нас целая линейка томографов, систем инспекции плат и счетчиков компонентов. Посмотрите другие мои статьи.
Конкретные даташиты по почте предоставляем только для ЮЛ
Raah
14.12.2022 15:21+3С перспективой все хорошо, системы уже работают на реальных производствах и в лабораториях, были планы выходить на экспорт.... но они перенеслись)
Это продукт для существующего рынка в конкретную нишу со своими уникальными фичами - если будет интересно - расскажу о них подробнее, но это будет задротство) Факт в том, что системы успешно конкурируют в реальных рыночных условиях с иностранными топами, которые на рынке по 20+ лет (и это было до февраля)
titovmaxim
15.12.2022 06:41+3Мне кажется здесь вовсе не про изобретение велосипеда, а про создание качественного отечественного прибора. Принципы-то они известны, а вот реализация и доступность готового оборудования, это другой вопрос. Плюс не нужно забывать, что реверс вряд ли является единственной целью данного класса оборудования. Это, скорее, один из вариантов применения.
tormozedison
14.12.2022 16:43-1Так КТ бывает разное. Производители точно таких же аппаратов, но медицинского назначения, никуда не ушли. Можно ведь попроситься ночью, когда они простаивают, не по назначению их использовать что-нибудь на них реверсить? Или разрешения не хватит даже на реверс простых аналоговых микросхем с во-от такими компонентищами?
gashopper
14.12.2022 18:42+2В далеком 11 году именно на аппарате КЛКТ с разрешением 5 mil и была выведена на чистою воду буржуйская контора VICOR, поставлявшая на территорию РФ свои изделия (модули BCM) с "незначительными" отличиями в топологии.
titovmaxim
15.12.2022 06:42+1Медицинская и промышленные томографии - две абсолютно разные темы. Они абсолютно не взаимозаменяемы из-за разных ТТХ.
KbRadar
15.12.2022 07:46Что за труба с фокусом 2 мкм? При каком анодном токе это достигается?
primogengrout Автор
15.12.2022 13:32Там на микрофокусе мощность 1-2 Вт, ток микроА. Только так.
Меньше фокус, меньше мощность. Единственный нестандартный микрофокус с большой мощностью - где анод из жидкого металла, качает помпа. Там мощность выше
rsashka
Очень круто, но разве топология микросхем не является интеллектуальной собственностью?
hhba
Скорее всего это проблема не автора статьи, а его клиентов))
angrysioux
Спорное утверждение. Это как скупка краденного. Вроде сам не воровал, значит молодец.
Раньше топологию микросхем воровали в Томилино. После института некоторых моих знакомых направили туда, поэтому знаю из первых рук. Но тогда это не особо афишировалось. Теперь, надо понимать, это доблесть.
angrysioux
Чот я не пойму недовольства товарищей)))
Допустим я придумал кишку, которая может пробираться в квартиры и тырить деньги. В кишке 100500 супермодных контроллеров, соединенных CANом, USB, магнитной индукцией, пластилином и астрологическими прогнозами на неделю одновременно. Там же есть неонка и ротор градуирует себя вдоль спина.
И вот я тиснул статейку сюда, на хабр. Мне летят восторженные отзывы и полезные советы:
Вау
У вас ротор повернут не туда, переставьте
неонка слабая
пластилин нужно заменить на замазку и будет лучше.
И тут неожиданно робкий коммент: "ээээ....так вы ж деньги тырите".
И начинается:
"Человек трудился, а ты тут с хернёй какой-то, минусую однозначно", "Этому изобретению цены нет. При чем тут деньги?",
"Ах, какое полезное изобретение! Не мешай академику".
vassabi
ну, любое изобретение можно использовать аморально.
поэтому критика только про способ использования, а не про саму установку рентгеноскопии или ПО для построения 3-мерных структур.
shasoftX
И ответ: я не тырю. Я просто придумал кишку для проникновения в квартиру и продаю её. А использовать её можно для вскрытия квартир в случае потери ключа/заклинивания двери. А уж для чего использует покупатель, это потом суд решит.
amartology
На самом деле вскрывать и смотреть полностью легально. Нелегально может быть использовать результаты просмотра.
А вот например для проверки того, не нарушили ли конкуренты ваш патент, такие методы вполне используются легально.
pbo
Риверс инженеринга всегда был есть и будет
Да это нарушение всех прав, но уже все нарушено что только можно. Посмотрите что происходит внутри страны….
aax
Правительство РФ вправе ограничить возможности защиты прав на объекты интеллектуальной собственности, для тех кто отказался от легальных поставок в Россию. Это если без воды про юридический аспект.
blik13
Автор статьи может вообще не иметь понятия что именно он анализирует, прислали микросхему с уничтоженными обозначениями и всё, что там в этом кусочке прячется, кто это произвёл и кто является собственником интеллектуальной собственности неизвестно.
Вполне возможно в каких то странах такое "незнание" не прокатит, но не здесь и не сейчас.
maeris
Если я правильно понимаю, этот смеситель частот -- кусок какого-то военного радара, который в РФ даже параллельным импортом не привезти. Не думаю, что заказчику сейчас есть дело до ИС.
foxyrus
Hidden text
shasoftX
vassabi
Скажите, а вы спрашивали производителей кухонных ножей - что они думают, про свои изделия?
tormozedison
Интеллектуальной собственностью топология микросхем является, но срок действия права на неё - всего 10 лет.