基于MicroSIM卡和NanoSIM卡的二切三切卡的研究及新工藝開發過程中問題解決

俞斌

上海交通大學微電子學院

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基于MicroSIM卡和NanoSIM卡的二切三切卡的研究及新工藝開發過程中問題解決

俞斌

上海交通大學微電子學院

介紹了SIM卡的內部結構以及工作原理，和其主要功能，而后介紹了SIM卡的擴展延伸產品Micro-SIM以及Nano-SIM卡.對現有行業中主流的二切三切卡工藝流程中存在的主要問題進行了研究分析，并在此基礎上進行了一卡六芯新工藝流程的開發.在此開發過程中碰到的典型問題亦進行了分析解決改善，由此得出普遍適用于本行業的解決方案。

SIM卡 Micro-SIM卡 Nano-SIM卡 二切三切工藝

1　前言

隨著這兩年來電信、聯通開始推廣iPhone 5和6，越來越多的用戶發現，iPhone 首次使用了比上一代更小、更薄的nano-SIM（subscriber identity module，客戶識別模塊）卡。iPhone 5和6不支持普通SIM卡和Micro—SIM卡.即使剪出來的卡也無法使用。這讓眾多用戶頭痛不已。蘋果公司之所以極力推崇nano-SIM卡。除了因為nano—SIM卡體積小.便于為其他手機的零件騰出使用空間外，還因為nano—SIM卡能增加其特色、提升其技術含量、增加其模仿難度，防止仿造手機進入市場。

本論文的目的是對現存的各種SIM卡（Mini SIM，Micro SIM，Nano SIM）進行系統的研究，分析其各自本身的尺寸特性，適用原理，工藝流程以及影響其性能和可靠性的主要因素，并在后文中著重討論二切卡（Mini SIM+Micro SIM/Mini SIM+Nano SIM）與三切卡（Mini SIM+Micro SIM+Nano SIM）的工藝生產流程，并就其間可能會影響正常生產流程與產品質量的因素進行研究。并且就二切卡與三切卡的新型工藝生產流程—一卡六芯的開發進行研究討論，過程中發現的問題如何進行改善解決等。

2　SIM卡的內部結構，Micro-SIM及Nano-SIM

SIM卡是帶有微處理器的芯片，里面有5個模塊，每個模塊對應一個功能：CPU（8位）、程序存儲器ROM（6-16kbit）、工作存儲器RAM（128-256kbit）、數據存儲器EEPROM（2-8kbit）和串行通信單元，這5個模塊集成在一個集成電路中。SIM卡在與手機連接時，至少需要5個連接線：電源（Vcc） 、時鐘（CLK）、數據I/O口（Data） 、復位（RST） 、接地端（GND）。

Micro-SIM卡，通常被人們稱為USIM卡，它以小型的Micro-SIM卡，替代我們平常所使用的標準大小的SIM卡。Micro-SIM卡不但可以做單純的認證功能，而且能夠支持多種應用，USIM卡還在安全性方面對算法進行了升級，并增加了卡對網絡的認證功能，方便了人們的使用。

Nano SIM卡為一種4FF的SIM卡，由apple公司最早提出，向歐洲電信標準協會（ETSI）提交。這種Nano SIM卡比起Micro SIM卡小三分之一，比起普通SIM卡則小了60%，另外厚度也減少了15%。其更小的尺寸將會為增加的內存和更大的電池與更密集的主板排布釋放空間，有助于手機廠商創造更輕薄的產品。

圖1　SIM卡物理結構-管腳

3　一卡六芯開發過程中的問題及其解決

在一卡六芯三切卡的試生產過程中，我們發現最大的問題有兩個：電性能測試良率低和3FF銃切力過低導致產品可靠性受影響。在本節中，我們將分別對兩個問題展開討論和研究。

在一卡六芯產品的試生產過程中，我們發現在最終個人化數據寫入過程中的ATR（模塊電性能）測試中，各產品試運行批均產生了低良率的現象，由此，我們使用品管七工具中最適用于尋找主要因素，抓住主要矛盾的柏拉圖來進行分析。

圖2　柏拉圖分析ATR測試良率低的問題

由圖分析得知，電性能良率低的主要問題集中在模塊功能不良的問題，此問題占據了所有不良中的78.26%，解決此異常狀況即能解決電性能良率低的問題。

由FA分析結果可知，導致Bin5（Open/Short）失效產生的本質原因是模塊內部wire broken， wire broken屬于封裝過程中一種比較常見的failure mode，我們將流程中最有肯能導致wire broken產生的因素集中在一起設計一組DOE進行差別對比，甄別出失效真因。

由表1DOE試驗組得出在三大變動因子中，銃切方式的變動是造成wire broken并導致ATR良率低的主要因素，后續根據這個結論優化銃切方式，最終得到最適于新工藝生產的方案。

前文提到，由于產品設計原因考慮，2FF與3FF，4FF之間只能以摩擦力連接，連接力遠遠不如2FF與卡體本身之間以支腳連接的方式強.而在一卡六芯流程中我們亦碰到了同樣的問題，大部分的產品在銃切的后續工序中因為3FF摩擦力偏小而出現了掉卡的問題。對于此摩擦力我們可以通過改變3FF銃切模具來得到優化方案。

表2　對不同模具設計的DOE實驗組

在不影響2FF和4FF銃切力的前提下，我們能得到能滿足我們銃切力需求的條件為掛腳模具，并通過這個結論將實驗條件應用到實際生產中，優化工藝流程。

4　結論

通過對新工藝流程中出現的主要問題分析發現，SIM卡工藝流程中常出現的問題集中在銃切利不良和電性能良率低這兩個方面，通過穩重所提的掛腳和優化銃切方案的方式，可以比較完善的解決這兩個問題。

［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　基于模塊類別，銃切方式，材料三大變動因子設計的DOE試驗組