基于MicroSIM卡和NanoSIM卡的二切三切卡的研究及新工艺开发过程中问题解决

俞斌

上海交通大学微电子学院



基于MicroSIM卡和NanoSIM卡的二切三切卡的研究及新工艺开发过程中问题解决

俞斌

上海交通大学微电子学院

介绍了SIM卡的内部结构以及工作原理，和其主要功能，而后介绍了SIM卡的扩展延伸产品Micro-SIM以及Nano-SIM卡.对现有行业中主流的二切三切卡工艺流程中存在的主要问题进行了研究分析，并在此基础上进行了一卡六芯新工艺流程的开发.在此开发过程中碰到的典型问题亦进行了分析解决改善，由此得出普遍适用于本行业的解决方案。

SIM卡 Micro-SIM卡 Nano-SIM卡 二切三切工艺

1　前言

随着这两年来电信、联通开始推广iPhone 5和6，越来越多的用户发现，iPhone 首次使用了比上一代更小、更薄的nano-SIM（subscriber identity module，客户识别模块）卡。iPhone 5和6不支持普通SIM卡和Micro—SIM卡.即使剪出来的卡也无法使用。这让众多用户头痛不已。苹果公司之所以极力推崇nano-SIM卡。除了因为nano—SIM卡体积小.便于为其他手机的零件腾出使用空间外，还因为nano—SIM卡能增加其特色、提升其技术含量、增加其模仿难度，防止仿造手机进入市场。

本论文的目的是对现存的各种SIM卡（Mini SIM，Micro SIM，Nano SIM）进行系统的研究，分析其各自本身的尺寸特性，适用原理，工艺流程以及影响其性能和可靠性的主要因素，并在后文中着重讨论二切卡（Mini SIM+Micro SIM/Mini SIM+Nano SIM）与三切卡（Mini SIM+Micro SIM+Nano SIM）的工艺生产流程，并就其间可能会影响正常生产流程与产品质量的因素进行研究。并且就二切卡与三切卡的新型工艺生产流程—一卡六芯的开发进行研究讨论，过程中发现的问题如何进行改善解决等。

2　SIM卡的内部结构，Micro-SIM及Nano-SIM

SIM卡是带有微处理器的芯片，里面有5个模块，每个模块对应一个功能：CPU（8位）、程序存储器ROM（6-16kbit）、工作存储器RAM（128-256kbit）、数据存储器EEPROM（2-8kbit）和串行通信单元，这5个模块集成在一个集成电路中。SIM卡在与手机连接时，至少需要5个连接线：电源（Vcc） 、时钟（CLK）、数据I/O口（Data） 、复位（RST） 、接地端（GND）。

Micro-SIM卡，通常被人们称为USIM卡，它以小型的Micro-SIM卡，替代我们平常所使用的标准大小的SIM卡。Micro-SIM卡不但可以做单纯的认证功能，而且能够支持多种应用，USIM卡还在安全性方面对算法进行了升级，并增加了卡对网络的认证功能，方便了人们的使用。

Nano SIM卡为一种4FF的SIM卡，由apple公司最早提出，向欧洲电信标准协会（ETSI）提交。这种Nano SIM卡比起Micro SIM卡小三分之一，比起普通SIM卡则小了60%，另外厚度也减少了15%。其更小的尺寸将会为增加的内存和更大的电池与更密集的主板排布释放空间，有助于手机厂商创造更轻薄的产品。

图1　SIM卡物理结构-管脚

3　一卡六芯开发过程中的问题及其解决

在一卡六芯三切卡的试生产过程中，我们发现最大的问题有两个：电性能测试良率低和3FF铳切力过低导致产品可靠性受影响。在本节中，我们将分别对两个问题展开讨论和研究。

在一卡六芯产品的试生产过程中，我们发现在最终个人化数据写入过程中的ATR（模块电性能）测试中，各产品试运行批均产生了低良率的现象，由此，我们使用品管七工具中最适用于寻找主要因素，抓住主要矛盾的柏拉图来进行分析。

图2　柏拉图分析ATR测试良率低的问题

由图分析得知，电性能良率低的主要问题集中在模块功能不良的问题，此问题占据了所有不良中的78.26%，解决此异常状况即能解决电性能良率低的问题。

由FA分析结果可知，导致Bin5（Open/Short）失效产生的本质原因是模块内部wire broken， wire broken属于封装过程中一种比较常见的failure mode，我们将流程中最有肯能导致wire broken产生的因素集中在一起设计一组DOE进行差别对比，甄别出失效真因。

由表1DOE试验组得出在三大变动因子中，铳切方式的变动是造成wire broken并导致ATR良率低的主要因素，后续根据这个结论优化铳切方式，最终得到最适于新工艺生产的方案。

前文提到，由于产品设计原因考虑，2FF与3FF，4FF之间只能以摩擦力连接，连接力远远不如2FF与卡体本身之间以支脚连接的方式强.而在一卡六芯流程中我们亦碰到了同样的问题，大部分的产品在铳切的后续工序中因为3FF摩擦力偏小而出现了掉卡的问题。对于此摩擦力我们可以通过改变3FF铳切模具来得到优化方案。

表2　对不同模具设计的DOE实验组

在不影响2FF和4FF铳切力的前提下，我们能得到能满足我们铳切力需求的条件为挂脚模具，并通过这个结论将实验条件应用到实际生产中，优化工艺流程。

4　结论

通过对新工艺流程中出现的主要问题分析发现，SIM卡工艺流程中常出现的问题集中在铳切利不良和电性能良率低这两个方面，通过稳重所提的挂脚和优化铳切方案的方式，可以比较完善的解决这两个问题。

［1］Sara Yin.Report：Apple Creating an Even Smaller Micro SIM Card［J］.PC Magazine Online， May 17，2011.

［2］http：//www.docin.com/p-212835032.html

［3］Close-up Inc. Inside Secure Introduces PicoPulse Solution. Wireless News， Nov 11， 2012

［4］Stephanie Mlot.T-Mobile Awaits iPhone 5 Nano SIM Card Addition.PC Magazine Online，Sep 17，2012

［5］Ricknas，Mikael.New SIM card will lead to thinner phones.（HARDWARE）.Computer world，Dec 5，2011，45（22），p.2（1）

表1　基于模块类别，铳切方式，材料三大变动因子设计的DOE试验组