俞斌

上海交通大學(xué)微電子學(xué)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(kāi)發(fā)過(guò)程中問(wèn)題解決

俞斌

上海交通大學(xué)微電子學(xué)院

介紹了SIM卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理，和其主要功能，而后介紹了SIM卡的擴(kuò)展延伸產(chǎn)品Micro-SIM以及Nano-SIM卡.對(duì)現(xiàn)有行業(yè)中主流的二切三切卡工藝流程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了研究分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一卡六芯新工藝流程的開(kāi)發(fā).在此開(kāi)發(fā)過(guò)程中碰到的典型問(wèn)題亦進(jìn)行了分析解決改善，由此得出普遍適用于本行業(yè)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(lái)電信、聯(lián)通開(kāi)始推廣iPhone 5和6，越來(lái)越多的用戶發(fā)現(xiàn)，iPhone 首次使用了比上一代更小、更薄的nano-SIM（subscriber identity module，客戶識(shí)別模塊）卡。iPhone 5和6不支持普通SIM卡和Micro—SIM卡.即使剪出來(lái)的卡也無(wú)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?yàn)閚ano—SIM卡體積小.便于為其他手機(jī)的零件騰出使用空間外，還因?yàn)閚ano—SIM卡能增加其特色、提升其技術(shù)含量、增加其模仿難度，防止仿造手機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)。

本論文的目的是對(duì)現(xiàn)存的各種SIM卡（Mini SIM，Micro SIM，Nano SIM）進(jìn)行系統(tǒng)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(chǎn)流程，并就其間可能會(huì)影響正常生產(chǎn)流程與產(chǎn)品質(zhì)量的因素進(jìn)行研究。并且就二切卡與三切卡的新型工藝生產(chǎn)流程—一卡六芯的開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究討論，過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題如何進(jìn)行改善解決等。

2　SIM卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，Micro-SIM及Nano-SIM

SIM卡是帶有微處理器的芯片，里面有5個(gè)模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)功能：CPU（8位）、程序存儲(chǔ)器ROM（6-16kbit）、工作存儲(chǔ)器RAM（128-256kbit）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM（2-8kbit）和串行通信單元，這5個(gè)模塊集成在一個(gè)集成電路中。SIM卡在與手機(jī)連接時(shí)，至少需要5個(gè)連接線：電源（Vcc） 、時(shí)鐘（CLK）、數(shù)據(jù)I/O口（Data） 、復(fù)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(biāo)準(zhǔn)大小的SIM卡。Micro-SIM卡不但可以做單純的認(rèn)證功能，而且能夠支持多種應(yīng)用，USIM卡還在安全性方面對(duì)算法進(jìn)行了升級(jí)，并增加了卡對(duì)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（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(huì)為增加的內(nèi)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(jī)廠商創(chuàng)造更輕薄的產(chǎn)品。

圖1　SIM卡物理結(jié)構(gòu)-管腳

3　一卡六芯開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題及其解決

在一卡六芯三切卡的試生產(chǎn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)最大的問(wèn)題有兩個(gè)：電性能測(cè)試良率低和3FF銃切力過(guò)低導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性受影響。在本節(jié)中，我們將分別對(duì)兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論和研究。

在一卡六芯產(chǎn)品的試生產(chǎn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在最終個(gè)人化數(shù)據(jù)寫入過(guò)程中的ATR（模塊電性能）測(cè)試中，各產(chǎn)品試運(yùn)行批均產(chǎn)生了低良率的現(xiàn)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(lái)進(jìn)行分析。

圖2　柏拉圖分析ATR測(cè)試良率低的問(wèn)題

由圖分析得知，電性能良率低的主要問(wèn)題集中在模塊功能不良的問(wèn)題，此問(wèn)題占據(jù)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(wèn)題。

由FA分析結(jié)果可知，導(dǎo)致Bin5（Open/Short）失效產(chǎn)生的本質(zhì)原因是模塊內(nèi)部wire broken， wire broken屬于封裝過(guò)程中一種比較常見(jiàn)的failure mode，我們將流程中最有肯能導(dǎo)致wire broken產(chǎn)生的因素集中在一起設(shè)計(jì)一組DOE進(jìn)行差別對(duì)比，甄別出失效真因。

由表1DOE試驗(yàn)組得出在三大變動(dòng)因子中，銃切方式的變動(dòng)是造成wire broken并導(dǎo)致ATR良率低的主要因素，后續(xù)根據(jù)這個(gè)結(jié)論優(yōu)化銃切方式，最終得到最適于新工藝生產(chǎn)的方案。

前文提到，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)原因考慮，2FF與3FF，4FF之間只能以摩擦力連接，連接力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如2FF與卡體本身之間以支腳連接的方式強(qiáng).而在一卡六芯流程中我們亦碰到了同樣的問(wèn)題，大部分的產(chǎn)品在銃切的后續(xù)工序中因?yàn)?FF摩擦力偏小而出現(xiàn)了掉卡的問(wèn)題。對(duì)于此摩擦力我們可以通過(guò)改變3FF銃切模具來(lái)得到優(yōu)化方案。

表2　對(duì)不同模具設(shè)計(jì)的DOE實(shí)驗(yàn)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(guò)這個(gè)結(jié)論將實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，優(yōu)化工藝流程。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)新工藝流程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題分析發(fā)現(xiàn)，SIM卡工藝流程中常出現(xiàn)的問(wèn)題集中在銃切利不良和電性能良率低這兩個(gè)方面，通過(guò)穩(wěn)重所提的掛腳和優(yōu)化銃切方案的方式，可以比較完善的解決這兩個(gè)問(wèn)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(dòng)因子設(shè)計(jì)的DOE試驗(yàn)組