SWP-SIM卡實現方式與模塊加工

上海交通大學機械與動力工程學院 山東山鋁電子技術有限公司 成 聰

山東齊芯微系統科技股份有限公司 譚 琨

SWP-SIM卡實現方式與模塊加工

上海交通大學機械與動力工程學院 山東山鋁電子技術有限公司 成 聰

山東齊芯微系統科技股份有限公司 譚 琨

本文較為詳細的闡述了SWP-SIM卡模塊實現原理與方式，通過對SWP標準的說明和SWP工藝在SIM卡的應用，簡述了SWP-SIM技術實現移動支付和近距離通信（NFC）等功能進而被市場認可的理由。本文通過對SWP-SIM卡模塊的加工分析，進一步梳理加工難點，解決SWP模塊加工中的問題，為SWP-SIM卡模塊大批量加工和投放市場提供準備。

移動支付；SWP-SIM卡模塊；模塊加工分析

進入二十一世紀，手機已經不再是簡單的通信工具，它已經成為便攜的娛樂工具，將來有望發展為可信賴的支付工具，在消費、購物、交通等領域通過手機方便、快捷地完成支付。基于手機的新需求，移動支付應運而生，并逐漸成為移動運營商、手機制造商、SIM卡制造商研究的熱點問題。移動支付的解決方案比較多，其中雙界面SIM卡方案和使用SWP-SIM卡模塊的近距離通信（Near Field Communication，NFC）方案比較可行。

1. SWP-SIM 卡模塊的實現原理與方式

1.1NFC方案的優勢

與雙界面SIM卡方案相比，NFC方案的優勢體現在以下方面：（1）NFC方案可以實現更多的應用；（2）在NFC芯片與SIM卡的連接使用C6（SWP）觸點，并不影響SIM卡高速空中數據下載；（3）NFC方案是一套完善的解決方案，可以提供可靠、安全、便捷的通信；（4）NFC方案完全兼容現有的讀寫器，不需要對讀寫器進行任何更改。綜上所述，近距離通信NFC是移動非接觸支付業務最可行的解決方案，而SWP連接方案則是NFC技術的一部分。

1.2SWP標準及連接方案

1.2.1SWP標準簡介

SWP連接方案基于ETSI（歐洲電信標準協會）的SWP標準，該標準規定了SIM卡和NFC芯片之間的通信接口。

SWP（單線協議）是在一根單線上實現全雙工通信，即S1和S2這兩個方向的信號，如圖2所示。通信的雙方是UICC（Universal Integrated Circuit Card，通用集成芯片卡）和CLF（Contactless Front擬end，非接觸前端）。S1是電壓信號，SIM卡通過電壓表檢測S1信號的高低電平，采用電平寬度調制；S2信號是電流信號，采用負載調制方式。S2信號必須在S1信號為高電平時才有效，S1信號為高電平時導通其內部的一個三極管，S2信號才可以傳輸。S1信號和S2信號疊加在一起，在一條單線上實現全雙工通信［1］。

圖1

圖2

近距離通信是短距離非接觸式的一種，工作于13.56 MHz頻帶，傳輸距離在10 cm以內；傳輸速度目前可以達到106 kbps、212 kbps、424 kbps，理想速率可以達到1 Mbps左右。NFC所使用的頻率與目前流行的非接觸智能卡相同，同時兼容以ISO14443 A/B為基礎的感應式非接觸通信，以及PHILIPS公司的MIFARE技術和索尼公司的FeliCa技術。根據ISO18092標準，近距離通信可以工作在主動模式和被動模式。進行通信之前，可以選擇傳輸速率106 kbps、212 kbps、424 kbps中的一種，并可以在這三者間任意切換。就近距離通信應用的角度而言，其應用模式分為3種：標簽模式、閱讀器模式、點對點模式。標簽模式，即NFC芯片作為被動設備使用，其作用相當于應答器。為了保證數據的安全性，在更換手機后不至于重新設置密鑰信息，需要在SIM卡中保存移動支付的密鑰信息。通信設備包括閱讀器、NFC芯片和SIM卡。此時，NFC芯片提供射頻接口，負責轉發射頻數據給SIM卡。對SIM卡而言，不需要像雙界面SIM卡那樣增加非接觸接口，而使用SWP接口實現與NFC芯片的連接。在標簽模式下，NFC芯片類似于橋接器，在閱讀器和SIM卡之間轉發數據。NFC芯片是嵌入手機中的芯片，由手機的電源系統供電。為了保證手機沒電時移動支付的正常進行，標簽模式需要支持無源工作，其工作原理基于電磁感應。閱讀器的天線線圈產生高頻的強電磁場，這種磁場穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。發射磁場的一部分磁力線穿過距閱讀器線圈有一定距離的應答器的天線線圈。通過感應在天線線圈上產生電壓，將其整流后作為電源提供給NFC芯片和SIM卡。

1.2.2SWP標準在SIM卡中的連接方式

NFC芯片與SIM卡的連接方案有多種，這里提出的是基于C6引腳的SWP（單線協議）方案。SWP協議連接手機NFC芯片與SIM卡，規定兩者之間的通信接口。圖4是SWP連接方案的示意圖：

2. 簡述SWP-SIM卡模塊加工情況和發展現狀

SWP-SIM卡模塊大多使用現有NFC功能芯片（例如SLE系列，NXP系列等），通過含C6腳條帶進行UV膠形式進行封裝，有異于常規電信模塊封裝：由于SWP芯片尺寸較大（約2.76*2.59mm），為確保條帶模塊面可以有足夠容積，所以我們基本選擇無腔體條帶例如FCI 9X13101/12413或13601等專用條帶來做；由于芯片來料均經過減薄工藝的加工，已經將芯片厚度控制在150微米以下，為了給貼片膠和打線預留空間，我們必須壓低UV膠體整體厚度，來似的SWP模塊整體符合電信要求。

圖3

2.1貼片工藝

通過上文我們得知，SWP芯片尺寸較大。這樣我們在拾取芯片時，需要通過較大尺寸的吸嘴進行匹配，例如使用090*090規格的吸嘴，這樣的目的是避免吸嘴吸力過小，導致的碰片或者拾取困難等問題產生；同時，頂針的選擇也是至關重要，在生產過程中，頂針若力量過大，則容易從鏡面頂壞芯片造成失效。

在貼片膠的選擇上，由于對應的是與硅晶體和無腔體條帶PET環氧樹脂面材料進行粘合，我們需要非導電膠即可。通過對整體貼片厚度小于190微米的控制，我們貼片膠厚度可定在20-30微米之間。

2.2打線工藝

打線工藝中，我們需要在C6端的打線。即在VPP端需要增加連線，以實現SWP功能。我們為了在符合質量要求的情況下控制成本，在生產過程中普遍使用20微米直徑金絲進行焊接。通過增加的1條VPP線，使得每一模增加8次打線動作和16次燒球動作，為了盡可能減少增加打線數量造成的效率損失，在焊接力質量控制中，我們在ball點使用參數為：impact force：330，bond force：350，US：33%，bond time：5ms，wedge點使用參數：impact force：800，bond force：900，US：50%，bond time：6ms，思路是在滿足工藝指標的同時，用較短的焊接時間提高效率。所有的線弧使用SMART弧型，其中有兩個難點：（1）CLK和SIO的線弧較長貼在芯片上方，弧高不穩定比較難控制，通過調整線弧拐向和拐彎幅度，讓兩個長線弧大部分線體離開芯片表面，在調整線弧轉角和線弧張緊度控制線弧高度在指標范圍內。（2）VCC和GND兩條線弧太短，線弧緩沖空間小，容易線弧碰芯片邊，通過調整線弧第一、第二轉角以及線弧背部參數，抬高線弧脖子處高度，使線弧離開芯片邊，避免碰邊。

2.3封裝與測試工藝

模塊整體的高度控制關鍵在封裝工序。我們通過對前面貼片和打線工藝的操作，實現了載帶厚度160微米，貼片厚度190微米，線弧高度120微米，在進入封裝前的模塊厚度是470微米。根據SWP的要求，以及電信現行的2FF/3FF/4FF不同標準的厚度要求，我們可以完成的封裝厚度區間（模塊整體厚度）基本為480-580微米。當然，在現在手機越做越薄的趨勢下，電信模塊也是越薄越好。因此，我們實際生產控制基本在480-520微米之間。通過UV膠推送單元和滴膠工藝的設定，我們可以確保UV滴膠時膠量控制在3.0-3.2ml/顆，膠頭軌跡線需要24-26條，膠頭行動時Z軸從邊緣低點畫起，畫至中間時Z軸需提高100微米以上，將整體的UV封裝形狀畫成一個丘陵狀，且Z軸方向觀察邊緣是圓形。然后通過UV燈照射，在120Mw/cm2光強度的情況下，持續照射50-60秒，即可完成UV封裝。

在測試工序的控制上，我們主要從測試程序入手，增加了C6引腳VPP的電性能和功能測試，通過加電測試，挑選出封裝C6成功的模塊，并進行最終包裝和發貨。

2.4結語

依據2013年9月銀聯相關官員在中國金融展的講話，2014年基于NFC的SWP-SIM卡出貨將超過1億張。2013年，全國移動支付卡出貨量在千萬級別，若2014年移動支付卡出貨量達到1億張以上，同比增長約1000%。2013年12月，中國銀聯宣布攜手中國銀行、建設銀行、中信銀行、光大銀行、浦發銀行、民生銀行、北京銀行等7家發卡機構，啟動基于銀聯移動支付平臺的NFC手機支付全國推廣活動。這意味中國銀聯聯合通信運營商、商業銀行等機構共同推動的移動支付布局，已從局部試點進入全國推廣階段。

在當前經濟形勢下，SWP-SIM卡模塊的發展符合供給側改革所提出的要求，通過我們在國內的SWP-SIM卡模塊封裝，將會進一步拓展我國NFC移動支付的應用范圍和應用市場，從而促進我國電子金融繼續蓬勃發展。

［1］石亦欣，李蔚.NFC芯片與SIM卡連接的方案研究［J］.中國集成電路，2007，16（7）：23.