上海交通大學機械與動力工程學院 山東山鋁電子技術(shù)有限公司 成 聰

山東齊芯微系統(tǒng)科技股份有限公司 譚 琨

SWP-SIM卡實現(xiàn)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(shù)有限公司 成 聰

山東齊芯微系統(tǒng)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(xiàn)原理與方式，通過對SWP標準的說明和SWP工藝在SIM卡的應(yīng)用，簡述了SWP-SIM技術(shù)實現(xiàn)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(jīng)不再是簡單的通信工具，它已經(jīng)成為便攜的娛樂工具，將來有望發(fā)展為可信賴的支付工具，在消費、購物、交通等領(lǐng)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(yīng)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(xiàn)原理與方式

1.1NFC方案的優(yōu)勢

與雙界面SIM卡方案相比，NFC方案的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下方面：（1）NFC方案可以實現(xiàn)更多的應(yīng)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(yè)務(wù)最可行的解決方案，而SWP連接方案則是NFC技術(shù)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(xié)會）的SWP標準，該標準規(guī)定了SIM卡和NFC芯片之間的通信接口。

SWP（單線協(xié)議）是在一根單線上實現(xiàn)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(diào)制；S2信號是電流信號，采用負載調(diào)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)；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(chǔ)的感應(yīng)式非接觸通信，以及PHILIPS公司的MIFARE技術(shù)和索尼公司的FeliCa技術(shù)。根據(jù)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(yīng)用的角度而言，其應(yīng)用模式分為3種：標簽?zāi)Ｊ?、閱讀器模式、點對點模式。標簽?zāi)Ｊ?，即NFC芯片作為被動設(shè)備使用，其作用相當于應(yīng)答器。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，在更換手機后不至于重新設(shè)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(shè)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(zhuǎn)發(fā)射頻數(shù)據(jù)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(xiàn)與NFC芯片的連接。在標簽?zāi)Ｊ较?，NFC芯片類似于橋接器，在閱讀器和SIM卡之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。NFC芯片是嵌入手機中的芯片，由手機的電源系統(tǒng)供電。為了保證手機沒電時移動支付的正常進行，標簽?zāi)Ｊ叫枰С譄o源工作，其工作原理基于電磁感應(yīng)。閱讀器的天線線圈產(chǎn)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(fā)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(yīng)答器的天線線圈。通過感應(yīng)在天線線圈上產(chǎn)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(xié)議）方案。SWP協(xié)議連接手機NFC芯片與SIM卡，規(guī)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(fā)展現(xiàn)狀

SWP-SIM卡模塊大多使用現(xiàn)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(guī)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(jīng)過減薄工藝的加工，已經(jīng)將芯片厚度控制在150微米以下，為了給貼片膠和打線預(yù)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(guī)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(chǎn)生；同時，頂針的選擇也是至關(guān)重要，在生產(chǎn)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(yīng)的是與硅晶體和無腔體條帶PET環(huán)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(xiàn)SWP功能。我們?yōu)榱嗽诜腺|(zhì)量要求的情況下控制成本，在生產(chǎn)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(shù)量造成的效率損失，在焊接力質(zhì)量控制中，我們在ball點使用參數(shù)為：impact force：330，bond force：350，US：33%，bond time：5ms，wedge點使用參數(shù)：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(wěn)定比較難控制，通過調(diào)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(diào)整線弧轉(zhuǎn)角和線弧張緊度控制線弧高度在指標范圍內(nèi)。（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(diào)整線弧第一、第二轉(zhuǎn)角以及線弧背部參數(shù)，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(guān)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(xiàn)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(jù)SWP的要求，以及電信現(xiàn)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(qū)間（模塊整體厚度）基本為480-580微米。當然，在現(xiàn)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(chǎn)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(shè)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(xù)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(fā)貨。

2.4結(jié)語

依據(jù)2013年9月銀聯(lián)相關(guān)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(lián)宣布攜手中國銀行、建設(shè)銀行、中信銀行、光大銀行、浦發(fā)銀行、民生銀行、北京銀行等7家發(fā)卡機構(gòu)，啟動基于銀聯(lián)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(lián)聯(lián)合通信運營商、商業(yè)銀行等機構(gòu)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(jīng)濟形勢下，SWP-SIM卡模塊的發(fā)展符合供給側(cè)改革所提出的要求，通過我們在國內(nèi)的SWP-SIM卡模塊封裝，將會進一步拓展我國NFC移動支付的應(yīng)用范圍和應(yīng)用市場，從而促進我國電子金融繼續(xù)蓬勃發(fā)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.