智能卡非接觸模塊封裝技術
學術交流
作者：馬亮
【摘要】簡要介紹了IC封裝中智能卡（Smart Card）模塊封裝這一專門領域總體的概況。對智能卡模塊封裝領域中非接觸模塊（MOA4）封裝中出現的常見問題進行探討並給出相應部分可行的解決方案。
【關鍵詞】智能卡模塊封裝；非接觸模塊（MOA4）封裝
1.智能卡模塊封裝技術簡介
智能卡是一種符合ISO7810、7816規範的集成電路芯片卡片。法國人Roland Moreno在1974年發明。此後經過幾十年的發展，智能卡已經進入我們生活的各個領域。
依據數據傳輸方式智能卡可分為：接觸式智能卡（Contact card）、非接觸式智能卡（Contactless card）和雙界麵式智能卡（Hybrid card或Combi-card）。接觸式智能卡最常用的形式為手機SIM卡；非接觸智能卡最常用的形式為公交一卡通；雙界麵智能卡現在為剛剛起步階段，未來將主要應用在金融銀行卡方麵。[1]
智能卡模塊封裝作為智能卡產業鏈條中的關鍵一環，對智能卡產品質量起著決定性作用。智能卡芯片由芯片設計公司設計完成後交由芯片製造公司來製作，芯片製作公司先將其加工成一張晶圓（wafer），再將其切割成無數個分離的芯片（die），用環氧樹脂膠水將芯片與基材（leadframe）通過加熱的形式固定在一起（此道工序稱為貼片工序，Die Attaching）。
然後，使用直徑為1mil的金絲（金含量為99.99%）將芯片上的焊點（pad）與載帶上的第二焊點連接起來（此道工序稱為焊線工序，Wire Bonding）。而後，使用環氧樹脂塑封料（EMC，epoxy molding compound）或者環氧樹脂填充料（UV-curing encapsulant）將芯片和金絲包裹起來，起到保護芯片和金絲的作用（此道工序稱為模封工序Molding或者滴膠工序Encapsulation），此時的產品即稱之為智能卡模塊。最後對封裝後的模塊進行電性能的檢測，將有問題的模塊挑選出來（此道工序稱為電性能測試工序，Electrical Performance testing）。
智能卡封裝包含上述所述的貼片工序、焊線工序、模封或滴膠工序和電性能測試工序。因產品類型的不同，接觸式產品和非接觸式產品在模封或滴膠工序實現保護芯片和金絲的方式是不相同的。接觸式產品是使用含有UV（紫外線）感光的環氧樹脂填充料附著在芯片和金絲表麵經過UV照射固化為固體後起到保護作用；非接觸式產片是使用含有熱敏感的環氧樹脂材料附著在芯片和金絲表麵經過加熱至175℃後固化為固體起到保護作用。[2]
2.非接觸模塊封裝趨勢及所麵臨的困境
隨著技術的發展，非接觸式智能卡的應用領域越來越廣，我國第二代居民身份、公交一卡通都為非接觸式智能卡的實際應用。
按照摩爾定律的發展，芯片的尺寸在朝著兩個極端的方向發展，對於功能固定的應用，芯片尺寸原來越小（chip size已經低於0.5mm*0.5mm）；對於功能越來越複雜的應用，芯片尺寸越來越大（chip size已經超過3.5mm*3.5mm）。而基材上放置芯片的chip pad標準尺寸為3.5mm*3.4mm。
麵對小尺寸的芯片，存在金絲從芯片上的焊點連接到基材上的第二焊點距離過長的情況，線弧過長弧高的穩定性越差。弧高的波動範圍要控製在90um～120um之間，對焊線工序是一個很大的挑戰，弧形（Loop）的選擇以及各項工藝參數之間的配合優化必須非常到位。金絲在連接到第二焊點的過程中非常容易出現金絲和chip pad邊緣垂直距離小於30um的情況，在後續模封工序中非常容易出現熱敏的環氧樹脂液體衝擊金絲導致其和chip pad相觸碰的情況，此情況一旦發生，會造成非接觸模塊功能失效，造成無法避免的損失。對於芯片尺寸超過chip pad的情況，在模封完成後，非常容易出現芯片的邊緣因觸碰到基材導致芯片損傷進而造成非接觸模塊失效的問題，同樣會造成無法避免的損失。