Устройство инициирования Российский патент 2024 года по МПК F42B1/02 

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа, а именно к устройствам уничтожения носителей информации путем термического на них воздействия и последующего уничтожения до состояния невозможности восстановления информации.

Одним из эффективных способов защиты информации от несанкционированного доступа являются устройства, основанные на уничтожении носителя защищаемой информации под воздействием высокой температуры. Имеется ряд российских патентов, направленных на создание устройств и технологии термического уничтожения носителей информации.

Так, например, в [1] описан способ, заключающийся в том, что над корпусом микросхемы формируют слой из взрывчатого вещества (ВВ), помещенного внутри микрокумулятивного заряда, электрически соединенного с мостиковым электродетонатором. За счет локального подрыва и образования кумулятивной струи микросхема разрушается. Недостатками этого способа и реализуемого устройства на его основе являются: использование взрывчатых веществ, образующих при взрыве кумулятивную струю, что может привести к нежелательному разрушению соседних компонентов; использование для инициации взрывчатого вещества мостиковых проволочных электродетонаторов, требующих больших затрат электроэнергии и приводящих к громоздкости конструкции; низкая надежность мостиковых проволочных электродетонаторов.

В [2] описано средство уничтожения, состоящее из прочного металлического корпуса, пластин из пиротехнического состава, подпружиненной пружиной кнопки-бойка, размещенной во вворачиваемой в корпус втулке, капсюля воспламенителя, кумулятивного заряда, расположенного вдоль закрытых мембранами отверстий, предназначенных для истекания кумулятивных струй внутрь камеры. Устройство позволяет уничтожить носитель защищаемой информации под воздействием высокой температуры, создаваемой кумулятивной струей в замкнутом объеме. Недостатком этого средства уничтожения является использование взрывчатых веществ, образующих при взрыве кумулятивную струю, что может привести к нежелательному разрушению соседних компонентов; громоздкость конструкции средства уничтожения.

В [3] описано устройство, которое содержит герметичный корпус, в котором установлены рабочий заряд, элемент задействования рабочего заряда и инициирующий элемент, содержащий токоведущие электроды с перегораемым мостиком накаливания, причем рабочий заряд и элемент задействования выполнены из пиротехнических составов.

Недостатками этого устройства являются:

- использование мостиковых (проволочных) электродетонаторов, требующих больших затрат электроэнергии,

- громоздкость конструкции.

Все это приводит к тому, что применение выше приведенных устройств для уничтожения носителей информации на основе миниатюрных микросхем памяти, например, на основе стандартной флэш памяти, мало пригодны.

Наиболее близким к заявляемому объекту является аналог [4], в котором приведено устройство где в качестве основного состава используется термитный состав с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), а для инициирования основного состава используется дополнительный СВС-состав с температурой горения достаточной для поджига (инициирования СВС реакции) основного состава (температура более 1000°С) и с температурой поджига не превышающей 1000°С. Эти составы в устройствах для поджига термитных составов [5, 6] называются как зажигательный (основной) и воспламенительный (дополнительный) составы. Инициирование воспламенительного состава в аналоге-прототипе [4], как ив [1, 2, 3, 5, 6] производится при помощи проволочных электродетонаторов, которые нагреваются при перегорании до температуры не менее 1000°С и поджигают воспламенительный СВС-состав, который в свою очередь поджигает зажигательный СВС-состав. При сгорании составов температура повышается до 2400-5000°С (в зависимости от рецептуры используемого СВС-состава) и при этом происходит термическое разрушение корпуса и внутренностей носителя информации.

Недостатками такого устройства являются:

- использование мостиковых (проволочных) электродетонаторов, требующих больших затрат электроэнергии;

- высокая температура (более 1000°С), необходимая для поджига воспламенительного состава образуется лишь непосредственно вдоль линии проволочного мостика, что снижает эффективность поджига воспламенительного состава из-за малой площади соприкосновения материала проволочного инициатора с этим составом;

- громоздкость конструкции из-за необходимости использования нескольких проволочных воспламенителей, как это приведено на рис. 1 в [4].

Все это приводит к тому, что их применение для малогабаритных устройств уничтожения информации на основе стандартной флэш памяти мало пригодно.

Задача изобретения - оптимизация имеющихся аналогов, заключающаяся в использовании в устройстве уничтожения носителей информации реакционной энергетической нанофольги, обладающей эффектом СВС, совместно с прессованными пиротехническими составами из зажигательного СВС-состава и воспламенительного СВС-состава.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве инициирования, содержащем герметичный корпус с токоведущими электродами, в котором размещены зажигательный и воспламенительный пиротехнические составы, согласно изобретению на поверхности воспламенительного состава размещена пластина из реакционной многослойной нанофольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), которая соединена с токоподводящими проводами токоведущих электродов.

Поставленная задача также достигается тем, что в устройстве инициирования реакционная многослойная нанофольга с эффектом СВС выполнена из чередующихся нанослоев Ni-Al, Pd-Al, Pt-Al, Ti-Al и других СВС материалов, температура горения которых выше температуры инициирования воспламенительного и зажигательного составов. Толщина реакционной многослойной СВС нанофольги выбираная не менее 40 мкм. Масса зажигательного состава составляет не менее 1 г, а масса воспламенительного состава выбирается из условия (40-60) % от массы зажигательного состава. Между пластиной реакционной многослойной нанофольги и дном герметичного корпуса размещается тонкая изоляционная прокладка из нетеплопроводного материала (клей эласил, фторопласт, полиимид и т.п.), толщиной (0,01-0,05) мм.

Технический результат, достигаемый изобретением - повышение эффективности действия устройства термического уничтожения носителей информации, конструкция которого позволяет увеличить надежность за счет использования вместо проволочных инициаторов - пластины плоской энергетической нанофольги, что позволяет увеличить площадь соприкосновения реагирующей нанофольги в десятки раз по сравнению с площадью соприкосновения проволочных инициаторов с воспламенительным составом.

Другое преимущество использование нанофольги - малая толщина (40-80 мкм) и низкое электропотребление. Для инициирования нанофольги достаточно на нее подать ток от заряженного миниатюрного конденсатора с напряжением от 2 В. Это позволяет уменьшить габариты устройства и энергопотребление.

Реакционная энергетическая нанофольга представляет из себя чередующиеся нанослои (например, Ni-Al, Pd-Al, Pt-Al, Ti-Al) с общим количеством в несколько сотен или тысяч штук. Толщина каждого из чередующихся слоев (30-50) нм. Общая толщина фольги (40-80) мкм. Суть процесса СВС в следующем - при воздействии на край фольги локального импульса энергии (от источника постоянного тока или пятном лазерного излучения) происходит вспышка фольги и по ее объему распространяется так называемый фронт безгазового горения со скоростью (2-10) м/с.Температура фольги повышается до 1500°С в течении долей секунд с выделением значительного количества тепла. Для горения фольги не требуется кислород. Она воспламеняется в вакууме и в воде. Проволочные нагреваемые воспламенители в воде работать не смогут, что также является недостатком прототипа.

Технический результат, достигаемый изобретением - повышение эффективности действия устройства термического уничтожения носителей информации, конструкция которого позволяет увеличить надежность за счет использования вместо проволочных инициаторов - пластины плоской энергетической нанофольги, что позволяет увеличить площадь соприкосновения реагирующей нанофольги в десятки раз по сравнению с площадью соприкосновения проволочных инициаторов с воспламенительным составом.

Другое преимущество использование нанофольги - малая толщина (40-80 мкм) и низкое электропотребление. Для инициирования нанофольги достаточно на нее подать ток от заряженного миниатюрного конденсатора с напряжением от 2 В. Это позволяет уменьшить габариты устройства и энергопотребление.

На фиг. 1 приведена схема устройства для экстренного уничтожения носителей информации на основе микросхемы памяти. Габариты устройства для каждого конкретного случая будут различными и будут определяться габаритами и количеством носителей информации.

Здесь 1 - носитель информации (микросхема памяти); 2 - герметизирующая крышка из легкоплавкого тонкого материала (алюминий, пластмасса и т.п.), которая устанавливается над микросхемой памяти и одновременно герметизирует корпус 3, выполненный из материала с высокой температурой плавления (керамика, металл); 4 - зажигательный СВС-состав; 5 - воспламенительный СВС-состав; 6 - нанофольга СВС; 7 - тонкая изоляционная прокладка из нетеплопроводного материала (клей, фторопласт, полиимид и т.п.); 8 - проволочные выводы к поверхности нанофольги СВС; 9 - плата; 10 - крепление устройства к плате при помощи клея.

Устройство работает следующим образом:

На нанофольгу СВС 6 через проволочные выводы 8 от источника напряжения подается импульс тока (от заряженного конденсатора), при этом нанофольга вспыхивает, температура ее повышается в течении долей секунд до (1350-2500)° С (в зависимости от состава нанофольги). Выделяющееся тепло от СВС реакции нанофольги передается на воспламенительный СВС-состав 5, который также вспыхивает от температуры более 1350°С (для нанофольги Ni-Al), выделяющееся тепло передается на зажигательный СВС-состав 3, который вспыхивает до температуры от 2600°С до 5000°С (в зависимости от состава используемых компонентов). Выделяющееся тепло и высокая температура расплавляют герметизирующую крышку 2 и термически разрушают микросхему 1 (вплоть до расплавления), тем самым осуществляется уничтожение конфиденциальной информации, записанной в микросхеме.

Работоспособность заявляемого устройства подтверждается следующим примером конкретного выполнения. Было изготовлено устройство в виде опытного образца цилиндрической формы, диаметром 30 мм и высотой 3,5 мм из тонкой (0,1 мм) стали. На дно формы (корпуса) приклеивалась клеем типа эласил квадратная полоска 20 мм × 20 мм, толщиной 40 мкм из многослойной реакционной СВС нанофольги Ni-Al. Снизу к полоске присоединялись провода, предназначенные для подачи импульса тока. На полоску нанофольги напрессовывался воспламенительный состав, состоящий из смеси порошков кремния (50%) и окиси свинца (50%), толщиной 1 мм. Указанный воспламенительный состав выделяет температуру около 1600°С, достаточную для надежного воспламенения зажигательного СВС-состава. Возможно применение других пиротехнических воспламенительных составов, используемых в подобных конструкциях. На воспламенительный состав напрессовывался слой зажигательного СВС-состава, состоящего из порошков окиси меди и алюминия с температурой горения 2600°С, с толщиной 2 мм. Возможно применение других зажигательных составов, используемых в подобных устройствах. Эта конструкция закрывалась тонкой крышкой (0,1 мм) из алюминиевого сплава и одевалась на микросхему памяти размером 16×16×1 мм. На нанофольгу подавался ток от заряженного до 9 В конденсатора, нанофольга вспыхивала по всему объему (скорость распространения фронта горения нанофольги Ni-Al составляет (2-10) м/с), после чего вспыхивал воспламенительный состав и зажигательный состав. При этом корпус микросхемы термически прожигался до кремниевого кристалла, на котором сгорали соединительные проводники. Конфиденциальная информация надежно уничтожалась. Результаты экспериментов показали, что (1-2) грамма СВС материала способны термически уничтожить (расплавить) микросхему памяти с корпусом из оксида алюминия с размерами 16 мм × 16 мм × 1 мм. Устройство с несколькими десятками граммов СВС-состава способно полностью уничтожить носитель информации с большим количеством компонентов. На фиг.2 показана фотография поверхности крышки корпуса устройства в процессе горения СВС составов. Белое пятно - температура нагрева не менее 1000°С.

На фиг. 3 приведена фотография термически разрушенной микросхемы памяти. Наблюдалось разрушение корпуса микросхемы и сгорание проводников на кремниевой подложке.

Эффективность термического воздействия на носитель информации можно повысить путем применения в качестве зажигательного состава термитный состав [7], состоящий из порошка алюминиевой пудры (33,2-31,2 масс, доли); порошка дисульфида вольфрама (1,0-3,0 масс, доли); порошка перхлората калия (65,8 масс, доли) и имеющий температуру горения 5600К.

При использовании в качестве СВС нанофольги, состоящую из нанопленок Pd-Al, имеющую температуру горения 2380°С [8, с. 163], возможно в конструкции устройства экстренного уничтожения носителей информации обойтись без применения слоя из воспламенительного состава. Температуры горения нанофольги Pd-Al и выделяющейся примерно в 2 раза больше теплоты, чем при горении нанофольги Ni-Al, достаточно для воспламенения зажигательной смеси.

Результаты экспериментов показали, что минимальная толщина нанофольги может составлять от 10 мкм, при этом она инициирует процесс зажигания и горения воспламенительного и зажигательного составов. Однако нанофольга такой толщины хрупкая и требует бережного обращения. С практической точки зрения целесообразно использовать нанофольгу толщиной не менее 40 мкм. Возможно использование нанофольги с толщиной до 0,1 мм, но это приведет к удорожанию устройства из-за увеличения цикла изготовления нанофольги методами вакуумного напыления. Минимальная масса зажигательного состава составляет обычно 1 г, а минимальная масса воспламенительного состава составляет от 40% до 60% от массы. Использование менее 40% зажигательного состава не позволяет смеси полностью прореагировать. При массе зажигательного состава меньше 1 г тепловые потери на стенки корпуса и экрана приводят к затуханию реакции горения.

Для уменьшения тепловых потерь при вспышке и горении нанофольги желательно ее термически изолировать от верхней поверхности корпуса. Это осуществляется при помощи тонкого слоя (0,05 мм) клея типа эласил-137-83 или путем использования тонкой (0,01-0,05 мм) изоляционной прокладки из нетеплопроводного материала (фторопласт, полиимид). Использование более толстых прокладок приводит к нежелательному выделению большого количества газов, образующихся при их сгорании.

Источники информации

1. Патент РФ №2527241. «Способ разрушения интегральных схем памяти носителей информации», опубл. 27.08.2014 г.

2. Патент РФ №2630487. «Средство экстренного уничтожения носителей информации» опубл. 11.09.2017 г.

3. Патент РФ №2690781. «Устройство уничтожения кристалла микросхемы памяти», опубл. 05.06.2019 г.

4. Боборыкин С.Н., Рыжиков С.С. Термохимическое уничтожение носителей информации. Опубл. 02.07.2003 г. Электронный ресурс.URL: http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=528&lvl=04.04.&p=1 (Дата обращения: 20.12.2021 г.)

5. Патент РФ №2490104. «Устройство для поджига термитного состава», опубл. 20.08.2013 г.

6. Патент РФ №2518750. «Герметичное устройство для поджига термитных составов», опубл. 10.06.2014 г.

7. Патент РФ №2660862. «Термитный состав для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций», опубл. 10.07.2018 г.

8. Weihs Т.Р. Fabrication and characterization of reactive multilayer films and foils // Metallic Films for Electronic, Optical and Magnetic Applications. Structure, Processing and Properties, 2014. P. 160-243.

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа, а именно к устройствам инициирования. Устройство инициирования содержит герметичный корпус с токоведущими электродами, в котором размещены зажигательный и воспламенительный пиротехнические составы. На поверхности воспламенительного состава размещена пластина из реакционной многослойной нанофольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), которая соединена с токоподводящими проводами токоведущих электродов. Технический результат заключается в повышении эффективности действия устройства термического уничтожения носителей информации. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство инициирования, содержащее герметичный корпус с токоведущими электродами, в котором размещены зажигательный и воспламенительный пиротехнические составы, отличающееся тем, что на поверхности воспламенительного состава размещена пластина из реакционной многослойной нанофольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), которая соединена с токоподводящими проводами токоведущих электродов.

2. Устройство инициирования по п. 1, отличающееся тем, что реакционная многослойная нанофольга с эффектом СВС выполнена из чередующихся нанослоев Ni-Al, Pd-Al, Pt-Al, Ti-Al.

3. Устройство инициирования по п. 1, отличающееся тем, что толщина реакционной многослойной СВС нанофольги выбирается не менее 40 мкм.

4. Устройство инициирования по п. 1, отличающееся тем, что масса зажигательного состава составляет не менее 1 г, а масса воспламенительного состава выбирается из условия 40-60% от массы зажигательного состава.

5. Устройство инициирования по п. 1, отличающееся тем, что между пластиной реакционной многослойной нанофольги и дном герметичного корпуса размещается изоляционная прокладка из нетеплопроводного материала, выполненная из клея эласила, или фторопласта, или полиимида, толщиной 0,01-0,05 мм.