分析智能卡非接触模块封装技术

　　1.智能卡模块封装技术简介

　　智能卡是一种符合IS07810、7816规范的集成电路芯片卡片。法国人Roland Moreno在1974年发明。此后经过几十年的发展，智能卡已经进入我们生活的各个领域。

　　依据数据传输方式智能卡可分为：接触式智能卡(Contact card)、非接触式智能卡(Contactless card)和双界面式智能卡(Hybridcard或Combi—card)。接触式智能卡最常用的形式为手机SIM卡;非接触智能卡最常用的形式为公交一卡通;双界面智能卡现在为刚刚起步阶段，未来将主要应用在金融银行卡方面。

　　智能卡模块封装作为智能卡产业链条中的关键一环，对智能卡产品质量起着决定性作用。智能卡芯片由芯片设计公司设计完成后交由芯片制造公司来制作，芯片制作公司先将其加工成一张晶圆(wafer)，再将其切割成无数个分离的芯片(die)，用环氧树脂胶水将芯片与基材(1eadframe)通过加热的形式固定在起(此道工序称为贴片工序，Die Attaching)。

　　然后，使用直径为1mi1的金丝(金含量为99.99%)将芯片上的焊点(pad)与载带上的第二焊点连接起来(此道工序称为焊线工序，Wire Bonding)。而后，使用环氧树脂塑封料(EMC，epoxy molding compound)或者环氧树脂填充料(UV—curing encapsulant)将芯片和金丝包裹起来， 起到保护芯片和金丝的作用(此道工序称为模封工序Molding或者滴胶工序Encapsulation)，此时的产品即称之为智能卡模块。最后对封装后的模块进行电性能的检测，将有问题的模块挑选出来(此道工序称为电性能测试工序，ElectrICal Performancetesting)。

　　智能卡封装包含上述所述的贴片工序、焊线工序、模封或滴胶工序和电性能测试工序。因产品类型的不同，接触式产品和非接触式产品在模封或滴胶工序实现保护芯片和金丝的方式是不相同的。接触式产品是使用含有uV(紫外线)感光的环氧树脂填充料附着在芯片和金丝表面经过UV照射固化为固体后起到保护作用;非接触式产片是使用含有热敏感的环氧树脂材料附着在芯片和金丝表面经过加热至175'C后固化为固体起到保护作用。

　　2.非接触模块封装趋势及所面临的困境

　　随着技术的发展，非接触式智能卡的应用领域越来越广，我国第二代居民身份、公交一卡通都为非接触式智能卡的实际应用。

　　按照摩尔定律的发展， 芯片的尺寸在朝着两个极端的方向发展，对于功能固定的应用，芯片尺寸原来越小(chip slze已经低于0.5mm*0.5mm);对于功能越来越复杂的应用，芯片尺寸越来越大(chiP Size已经超过3.5mm*3.5mm)。而基材上放置芯片的chip pad标准尺寸为3.5ram*3.4mm。

　　面对小尺寸的芯片，存在金丝从芯片上的焊点连接到基材上的第二焊点距离过长的情况，线弧过长弧高的稳定性越差。弧高的波动范围要控制在90um~120um之间，对焊线工序是一个很大的挑战，弧形(Loop)的选择以及各项工艺参数之间的配合优化必须非常到位。金丝在连接到第二焊点的过程中非常容易出现金丝和chip pad边缘垂直距离小于30um的情况，在后续模封工序中非常容易出现热敏的环氧树脂液体冲击金丝导致其~Uchip pad相触碰的情况，此情况一旦发生，会造成非接触模块功能失效，造成无法避免的损失。对于芯片尺寸超过chip pad的情况，在模封完成后，非常容易出现芯片的边缘因触碰到基材导致芯片损伤进而造成非接触模块失效的问题，同样会造成无法避免的损失。

　　除了上述两个问题外，非接触模块封装存在一个普遍性的问题就是经过模封和电性能测试工序后第二焊点容易出现和金丝分离的现象。此种情况和基材以及EMC本身的性质有很大关系。基材是由6O或者80um厚的铜箔经过冲压后，将其表面均匀电镀一层非常薄的银构成。因基材表面的银非常容易氧化，金丝在经过加热、冲击力和超声波作用下和基材上的银进行键和的过程中容易出现键和不充分，导致虚断情况发生。进而在后道工序的生产加工中因为EMC和基材、金丝之间热膨胀系数的巨大差异以及温度导致的机械特性变大出现断裂的情况，造成非接触模块失效不合格。

　　3.非接触式模块封装面临的问题的解决方法

　　针对芯片尺寸偏小的情况，可以将芯片放置在chip pad偏向第二焊点一侧 对于芯片尺寸长宽在0.5mm*O.5mm左右的产品，在贴片工序中将芯片贴至chip pad中心偏向第二焊点一侧约0.3-0.4mm左右，将线弧的线程缩短就可以在很大程度上解决线弧过长导致弧高不稳定的情况，同时也可以在一定程度上提高金丝和chip pad边缘之间垂直距离，避免金丝和chippad边缘触碰导致模块失效的情况发生。

　　针对芯片尺寸偏大的情况，有两种解决方案。一种是专门针对此款芯片设计研发一款相匹配的基材，但此种方案价格昂贵且周期长，对于常规小批量应用并不可行 另·种方案，需要在贴片工序使用的胶水(Die，attachadhesive)上进行调整。胶水中的间隔粒子的直径直接控制着胶层的厚度。常规使用的间隔粒子的直径为lO-15um，将其替换为直径为25-45um的间隔粒子|，可将胶层厚度提高1O-20um，就可以在很大程度上避免芯片碰触基材的情况发生，进而避免出现模块失效情况的发生。

　　对于第二焊点牢固度不稳定，容易出现虚断的情况，所使用的金丝和基材是一定的无法进行改变，只能从使用的焊线工艺上进行优化。为了避免类似情况的发生，可以在用金线连接芯片上☆争焊点之前，先在基材第二焊点上进行焊接，并将其截断，然后再开始常规的先焊接芯片上的焊点再焊接基材上的第二焊点。通过此种方法可可以将基材和金丝烧制成的金球(Free Air BaH，一FAB)之间的接触面积扩大，更充分的实现金丝和基材之间的键和，再次焊接第二焊点时实现的是金丝与基材上的金球之间的分子键和，从而很大程度上避免出现内部融合不良，导致虚断情况的发生。使用此种方案随之而来的一个有优点是将金丝和chiPpad之间的垂直距离提高(可提高15-20tua)，可以更好的避免在后道工序的加工过程中出现金丝和chip pad边缘相触碰导致模块功能失效的情况发生。

　　4.总结

　　今后智能卡的封装形式将会更加多样化，相信今后会有越来越多的新工艺新技术涌现，实现智能卡的功能持续提升和成本的逐渐降低。