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【屏下指紋識別】技術(shù)分類、封裝及工藝流程匯總

編輯：songqiuxia 2017-11-20 09:56:39 瀏覽：5999 來源：未知

前段時間，半導(dǎo)體巨頭博通提出收購要約，擬斥資1000 億元收購高通，該交易一旦成功將是半導(dǎo)體行業(yè)最大的一筆并購案。

　　而生物識別公司FPC 也在瑞典發(fā)布了屏內(nèi)指紋識別方案，該技術(shù)可以在智能手機顯示面板的任意位臵補貨與識別應(yīng)用者的指紋。這種屏內(nèi)指紋識別技術(shù)基于超聲波傳感器技術(shù)，可以穿透2cm 厚度的玻璃獲取指紋信息，支持OLED 和LCD 顯示屏。

什么是指紋識別呢？

　　指紋識別過程

　　主流指紋識別技術(shù)分類

　　電容式指紋識別

　　電容式指紋識別是利用手指皮膚表面作為一極，脊線和谷由于與芯片表面距離不同，形成不同的電容值，從而電容式指紋識別傳感器獲取指紋圖像信息。

　　電容式指紋識別對于濕手指和臟手指的識別較弱，原因是手指或者芯片表面有水、汗液等雜物，使脊線和谷無法與傳感器充分接觸，導(dǎo)致電容值偏弱。

　　電容式指紋識別第一次采集指紋需要多次按壓，這是因為目前按壓式采集會有采集指紋面積小的問題，需要多次按壓拼出較大面積的指紋圖像。

　　獲得合格的指紋圖像之后，還需要通過算法對圖像進行強化和細(xì)化，獲得比較清晰的圖像，然后進行特征提取。

　　用戶之后再次使用指紋識別時，只要通過特征點校對，手機就自動解鎖。

　　電容式指紋識別又分蓋板式、coating 鍍膜式、隱藏式三種。

　　蓋板是指芯片保護材料是藍(lán)寶石、玻璃或者陶瓷的電容式指紋識別；

　　Coating 鍍膜是指在指紋芯片表面鍍一層保護膜，相對于蓋板更容易磨損，但成本比較低；

　　隱藏式又分三種，Under Glass 需要在玻璃蓋板上挖盲孔，目前工藝要求高，良率比較低；In Glass 將Sensor 融合進玻璃之中，工藝難度大，目前不具備量產(chǎn)條件；Under Cover Glass 方案達到電容識別極限，目前效果比較差。

　　超聲波指紋識別

　　超聲波指紋識別的原理與聲吶類似，先發(fā)出超聲波，然后接收靠特定頻率的信號反射來探知指紋的具體形態(tài)，具體來講就是利用超聲波穿透材料的能力，根據(jù)不同材料產(chǎn)生的回波來區(qū)分指紋脊線與谷所在的位置。

　　超聲波指紋識別能夠穿透金屬，玻璃等材料，能夠在不開孔的情況下實現(xiàn)屏下指紋識別。

　　同時，超聲波指紋識別受手指表面的污垢、水等的影響較小，依舊能夠準(zhǔn)確識別。

　　光學(xué)指紋識別

　　光學(xué)指紋識別是目前使用最廣泛的指紋識別技術(shù)，它的原理是將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)臵光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上，進而形成脊線呈黑色、谷呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。

　　但由于需要較長的光程和足夠大的尺寸，到目前為止在智能手機中使用較少。并且光學(xué)指紋識別只能掃描到死性皮膚層，不能深入真皮層所以容易受指紋的潔凈程度影響。

　　紋識別技術(shù)分類比較

　　指紋芯片封裝

　　wire bonding（打線）工藝

　　目前大多數(shù)的指紋識別芯片封裝還是采用wire bonding 工藝，采用wire bonding 工藝會有金屬引線的存在，為了保證指紋識別芯片表面與蓋板材料或者coating 貼合，則需要進行塑封，保證芯片表面平整并將金屬引線掩埋。

　　但塑封之后會增加芯片厚度，一定程度影響識別精度。

　　廠商出于成本和TSV 產(chǎn)能限制的考慮，目前中低端產(chǎn)品更加趨向于使用wire bonding 工藝，特別是coating 方案，技術(shù)比較成熟，對于封裝的要求比較低也更趨向使用wire bonding 封裝工藝。

　　同時，雖然塑封對識別精度有影響，但開孔式指紋識別方案，手指與指紋識別傳感器表面是有接觸的，仍然可以保證比較好的用戶體驗。

　#p#分頁標(biāo)題#e#開孔式指紋識別剖面圖

　　TSV 封裝

　　TSV 封裝（硅通孔封裝技術(shù)）可以使芯片的有效探測面積大幅度增加，并且使芯片的厚度和模組的厚度都實現(xiàn)縮減。但現(xiàn)在主要使用在高端機型前臵蓋板指紋識別和盲孔電容式UnderGlass 指紋識別中。

　　這主要是因為高端機相對于價格更偏向考慮性能，而盲孔電容式UnderGlass 方案需要提高指紋識別穿透力和縮短識別感應(yīng)器與用戶指紋的距離，所在這兩種情況下TSV 封裝是更好的選擇。

　　但考慮到今年下半年開始，高端旗艦機大部分將使用全面屏，指紋識別將大概率選擇后臵coating 方案，指紋芯片使用TSV 封裝的機會降低。

　　未來一年的時間里，指紋識別芯片封裝推廣應(yīng)用TSV 封裝的速度可能并不能達到大家預(yù)期。

　　但隨著TSV 封裝技術(shù)越來越成熟，成本降低，指紋芯片封裝最終還是會選擇TSV+SIP封裝，使芯片和模組的體積更小性能更佳。

　　指紋識別模組結(jié)構(gòu)疊層

　　蓋板方案

coating方案

　　指紋識別模組生產(chǎn)工藝流程

　　coating方案

　　蓋板方案

　　部分手機指紋識別IC廠商

　　Authen Tec

美國Authen Tec 在2012 年之前一直是全球指紋識別芯片龍頭，當(dāng)時市場上的指紋識別芯片幾乎是由Authen Tec 和FPC 兩家企業(yè)壟斷，并且Authen Tec 市場份額遠(yuǎn)超瑞典FPC，份額比大約為8:2。

　　但在2012 年被蘋果收購后，獨家供應(yīng)蘋果，此時FPC 加大研發(fā)投入、拓展市場，成為全球指紋識別新龍頭。

　　而Authen Tec 從iPhone5S 開始一直到iPhone7，一直為蘋果提供正面藍(lán)寶石按壓指紋識別設(shè)計方案（簡稱Touch ID）得到市場一直好評，成為智能終端加速推廣使用指紋識別的轉(zhuǎn)折點。

　　Authen Tec 現(xiàn)在也在研發(fā)屏下指紋識別，但是進展似乎并不順利，根據(jù)目前曝光的iPhone8，指紋識別大概率設(shè)臵在電源鍵上，也就是在手機側(cè)面，說明Authen Tec 的屏下指紋識別技術(shù)目前并未達到蘋果要求。

　　Synaptics新思（Validity）

Synaptics 成立于1986 年，是一家全球領(lǐng)先的移動計算、通信和娛樂設(shè)備人機界面交互開發(fā)解決方案設(shè)計制造公司。2013 年Synaptics 以2.55 億美元收購收購Validity 之后，Synaptics 便開始涉足指紋識別行業(yè)。

　　初期提供的刮擦式識別方案體驗差，合作手機廠商主要是三星和HTC。2015 年初Synaptics 才能夠提供按壓式指紋識別，目前主要是三星和國內(nèi)二線手機廠商聯(lián)想、金立等在使用。

　　2016 年，Synaptics 宣布旗下的第三代Natural ID 玻璃內(nèi)層（under-glass）指紋傳感器Natural ID FS4500 已經(jīng)從9 月份開始出樣。

　　同年，Synaptics 又宣布推出業(yè)內(nèi)首款面向智能手機和平板電腦的光學(xué)指紋傳感器的Natural ID™系列生物認(rèn)證解決方案FS9100，該方案可穿透1mm 的完整蓋板玻璃完成高分辨率掃描，并實現(xiàn)簡潔、無需按鍵的工業(yè)設(shè)計。

　　Fingerprint Cards AB（FPC）

瑞典Fingerprint Card（FPC）是一家瑞典生物識別傳感器科技公司，主要開發(fā)、生產(chǎn)和銷售指紋識別技術(shù)，主打背面按壓式coating 指紋識別方案。在國內(nèi)廠商崛起之前，除了蘋果、三星，其他手機廠商幾乎都是使用FPC 的指紋識別芯片。

　　到2016 年為止，還是全球指紋芯片出貨量最大的公司，但市場份額正在被國內(nèi)廠商所蠶食。而且國內(nèi)廠商提供的指紋識別芯片性價比較高，對FPC 沖擊較大。

　　匯頂科技

匯頂科技2013 年進入指紋識別市場，是目前唯一能夠提供鍍膜、蓋板（玻璃、藍(lán)寶石、陶瓷）、隱藏式（IFS）、活體指紋檢測全系列芯片的公司，目前主打產(chǎn)品是玻璃蓋板指方案和IFS 方案。

　　2014 年與魅族合作推出前臵按壓式指紋識別手機魅族MX4 Pro，一舉打破蘋果手機在前臵按壓式指紋識別的壟斷。

　　之后，匯頂科技又憑借技術(shù)和成本優(yōu)勢，獲得國內(nèi)一線手機廠商華為、OPPO、vivo、小米等的大量訂單。

　　魅族2016 年旗艦機PRO6 Plus 搭載了匯頂?shù)幕铙w指紋識別芯片；華為P10、小米6 都使用匯頂科技的PC1268隱藏式指紋識別解決方案（IFS 方案）。

　　思立微

思立微目前已經(jīng)擁有coating 指紋識別方案、陶瓷/玻璃/藍(lán)寶石蓋板指紋識別方案，主打產(chǎn)品還是后臵的coating 指紋識別方案。

　　思立微的母公司是格科微，得益于思立微本身在觸控領(lǐng)域的積累和格科微在攝像頭領(lǐng)域的影響力，眾多指紋識別模組廠商都與思立微有合作（合力泰、信利、碩貝德等）。

　　CrucialTec

CrucialTec韓國企業(yè)，光學(xué)觸控鍵生產(chǎn)商。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　CrucialTe總裁曾宣布，公司成功研究出一種全新的玻璃陶瓷材料可以應(yīng)用于指紋傳感器。這種新材料其耐用性是現(xiàn)有高強度玻璃陶瓷材料的兩倍，達到8H硬度，接近藍(lán)寶石玻璃的9H硬度，但是價格要低很多，另外一大優(yōu)點是能做到只有藍(lán)寶石玻璃層十分之一薄。

　　其主要客戶為三星、LG等。

　　敦泰

敦泰于2005年由數(shù)名來自美國硅谷IC業(yè)界的資深華人專家在美國注冊成立，并于2006年遷址回亞洲，在深圳及臺灣設(shè)立了研發(fā)及工程服務(wù)中心。

　　2007年開始投入并逐漸全面專注于電容式觸摸屏控制芯片的設(shè)計研發(fā)、制造及銷售，是一家具有全球影響力的華人IC設(shè)計公司。

　　據(jù)敦泰高管介紹，敦泰的指紋識別采用基于軟件無線電的高靈敏檢測技術(shù)，與AuthenTec，F(xiàn)PC，Validity等芯片原理不同，敦泰采用了大量通信領(lǐng)域信道技術(shù)，完全不同的原理，更好的性能，也不存在相關(guān)行業(yè)的專利問題。

　　神盾

臺灣公司，專注于電容式指紋識別傳感器IC設(shè)計、研發(fā)、測試及銷售業(yè)務(wù)，同時擁有IC設(shè)計技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研發(fā)團隊，包含晶圓制程與封裝技術(shù)的設(shè)計能力。三星Note5搭載的是神盾的指紋識別方案。