指紋識(shí)別模塊可以分為：

1、光學(xué)指紋模塊

靠光的折射和反射原理識(shí)別指紋。該類型指紋模塊對(duì)使用環(huán)境的溫度濕度都有一定的要求，并且在識(shí)別準(zhǔn)確度上并不理想，再加上這種模塊一般會(huì)占用更大的空間，使其難以在手機(jī)端有所作為。

2、電容指紋模塊（半導(dǎo)體指紋模塊）

通過(guò)電容的數(shù)值變化來(lái)采集指紋。該方式適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)使用環(huán)境無(wú)特殊要求，同時(shí)，硅晶元以及相關(guān)的傳感原件對(duì)空間的占用在手機(jī)設(shè)計(jì)的可接受范圍內(nèi)，因而使得該技術(shù)在手機(jī)端得到了比較好的推廣。目前的電容式指紋模塊也分為劃擦式與按壓式兩種，前者雖然占用體積較小，但在識(shí)別率以及便捷性方面有很大的劣勢(shì)，這也直接導(dǎo)致廠商全都將目光鎖定在了操作更加隨意、識(shí)別率更高的按壓式(電容)指紋模塊。

3、射頻指紋模塊（刮擦指紋模塊）

利用微量射頻信號(hào)來(lái)探測(cè)紋路。這一類指紋模塊最大的優(yōu)點(diǎn)便是，手指無(wú)需與指紋模塊相接觸就能識(shí)別，基于這一點(diǎn)，射頻指紋模塊也成為了未來(lái)指紋識(shí)別的主要發(fā)展方向之一。

電容式指紋識(shí)別模組主要由芯片(硅晶元)、藍(lán)寶石、金屬環(huán)、軟板、載板等組成，其中芯片也就是傳感器部分，而藍(lán)寶石負(fù)責(zé)作為保護(hù)層，金屬環(huán)作為指紋識(shí)別的觸發(fā)裝置。從目前的行業(yè)情況來(lái)看，有沒有藍(lán)寶石保護(hù)層是不同價(jià)位指紋手機(jī)的主要區(qū)別之一，除此之外，各廠商所采用的指紋模塊在組成上并沒有太多大的不同。

指紋識(shí)別芯片的產(chǎn)業(yè)鏈也可以分為兩大部分，一部分為芯片傳感器電路方案和算法設(shè)計(jì)，另一大重要環(huán)節(jié)就是指紋識(shí)別芯片傳感器的制造、封裝以及模組制造：

指紋識(shí)別迎產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)新機(jī)遇

自進(jìn)入2017 年之后，指紋識(shí)別行業(yè)站到了“產(chǎn)業(yè)變革”的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上。在光學(xué)式和超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)方案還不夠成熟，既要實(shí)現(xiàn)正面隱藏式指紋識(shí)別，又不得不采用電容式方案的背景之下，盲孔電容式指紋識(shí)別就成為了近期最有前景的under glass 方案。

在基于電容式原理的三種隱藏式方案是：

1、Under Cover Glass：是將指紋Sensor 置于整個(gè)手機(jī)玻璃面板下面，此方案超出電容原理極限；

2、In Glass：更是將Sensor 融合進(jìn)玻璃之中（如IDEX 的方案），此方案不具備量產(chǎn)條件；

3、盲孔式Under Glass Cutou：則將玻璃面板開盲孔（有正面和背面兩種）至0.2-0.3mm 深，然后在玻璃之下放入Sensor（如匯頂IFS、FPC、LG Innotek 的方案），?最具有可行性方案；

顯然第3種方案具有可行性。采用盲孔式Under Glass 方案的匯頂IFS 技術(shù)已經(jīng)成功商用到聯(lián)想ZUK Edge 和華為P10 手機(jī)上，直接帶來(lái)防水防塵和一體化蓋板的效果。同時(shí)，“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板指紋模組可以提高屏占比，也可能被一些旗艦機(jī)型采用，成為近期重要趨勢(shì)之一。

除了電容式underglass 有望成為近期主流外，可以嵌入玻璃的“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板模組的指紋識(shí)別，可以有效提高屏占比，今年也可能被一些旗艦機(jī)型采用。要做到超薄，先進(jìn)的TSV 封裝工藝也是不可避免的。

一、指紋識(shí)別正在發(fā)生“大變化”，電容式Under Glass 和正面蓋板“超薄式”方案有望成為近期內(nèi)主流

1、 從背面到正面，安卓機(jī)指紋識(shí)別實(shí)現(xiàn)“大搬遷”

指紋識(shí)別在手機(jī)上的位臵，主流為正面和背面，個(gè)別方案是放在側(cè)面。比如蘋果iPhone 系列與三星Galaxy S 系列是集成在正面Home 鍵里，小米Note 3、華為Mate 8等放在了手機(jī)背部，LG V10 植入到手機(jī)側(cè)面的電源鍵里，努比亞Z9 也是放在手機(jī)側(cè)面。

正面指紋識(shí)別使用方便、體驗(yàn)佳

蘋果自2013 年發(fā)布5s 以來(lái)，其指紋識(shí)別始終位于正面Home 鍵之下。由于AuthenTec 被蘋果收購(gòu)之后停止對(duì)外服務(wù)，因此安卓陣營(yíng)的眾多智能手機(jī)廠商只能尋找其他指紋方案供應(yīng)商，Synaptics 新思（收購(gòu)Validity）和FPC 成為了主要的供應(yīng)商，中國(guó)廠商匯頂科技近年來(lái)發(fā)展迅速。

由于AuthenTec 在正面電容按壓式指紋識(shí)別領(lǐng)域積累了大量的核心專利，同時(shí)許多安卓智能手機(jī)使用的是虛擬Home 鍵，不具有實(shí)體Home 鍵，因此多數(shù)安卓智能機(jī)的指紋識(shí)別是位于手機(jī)背面的，包括華為、OPPO、VIVO 等主力手機(jī)廠。

?主流旗艦手機(jī)指紋識(shí)別方案匯總

?2、 取消Home 鍵，實(shí)現(xiàn)Underglass 是大勢(shì)趨

手機(jī)時(shí)代人機(jī)交互發(fā)展歷程

但是，隨著智能手機(jī)的普及，Home 鍵的缺點(diǎn)也逐漸展現(xiàn)出來(lái)，如易損壞、維修成本高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)防水、外觀不夠美觀、屏占比低等，這使得取消Home 鍵成為行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。

3、 電容式Under Glass 方案有望成為近期主流

現(xiàn)在的指紋識(shí)別大多數(shù)都是類似于蘋果iPhone 系列的類型，采用通孔方式，要在正面玻璃挖個(gè)洞放臵指紋識(shí)別芯片，這樣一來(lái)影響整部手機(jī)的外觀，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)防水。近年來(lái)，各大指紋識(shí)別方案商挖空心思的結(jié)果只有一個(gè)，就是讓指紋識(shí)別在手機(jī)上做到優(yōu)雅美觀大方，而且又方便使用。

實(shí)際上，經(jīng)過(guò)指紋大爆發(fā)之后，衍生出來(lái)的商機(jī)令各大指紋技術(shù)公司更熱衷開發(fā)新技術(shù)。他們不斷地向外界展示自家的新技術(shù)，也開始嘗試指紋識(shí)別的新可能——隱藏式指紋識(shí)別技術(shù)。

2014 年9 月，匯頂科技提出隱藏式指紋識(shí)別方案，IFS 指紋識(shí)別與觸控一體化技術(shù)，與觸控大廠TPK 合作，通過(guò)在正面蓋板玻璃的背面挖盲孔的方式，將電容式指紋識(shí)別芯片臵于觸控面板之下，實(shí)現(xiàn)隱藏式指紋識(shí)別；

匯頂科技IFS 指紋識(shí)別與觸控一體化技術(shù)

2015 年7 月，老牌生物識(shí)別技術(shù)公司挪威IDEX 開發(fā)出玻璃指紋技術(shù)，可以將指紋芯片做進(jìn)玻璃中，實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別與蓋板玻璃的融合；

挪威IDEX 開發(fā)出玻璃指紋識(shí)別技術(shù)

2016 年2 月，F(xiàn)PC 聯(lián)合從事玻璃面板和層壓技術(shù)的TPK，成功地將FPC1268指紋傳感器跟面板玻璃結(jié)合在一起；

FPC1268 指紋傳感器跟面板玻璃結(jié)合

2016 年5 月，LG 子公司Innotek 向外界展示其融合了指紋功能的玻璃面板。匯頂科技、FPC 和LG 的方案均是在蓋板玻璃下方挖槽（挖盲孔），使之最薄的地方僅為0.2-0.3mm 厚，然后內(nèi)臵電容式指紋識(shí)別芯片。

Innotek 展示其融合了指紋功能的玻璃面板

上述這些方案可以劃分為三種：

第一種（Under Cover Glass）是將指紋Sensor 置于整個(gè)手機(jī)玻璃面板下面；

第二種（In Glass）更是將Sensor 融合進(jìn)玻璃之中（如IDEX 的方案）。

第三種（Under Glass Cutout）則將玻璃面板開盲孔（有正面和背面兩種）至0.2-0.3mm 深，然后在玻璃之下放入Sensor（如匯頂IFS、FPC、LG Innotek 的方案）；

三種隱藏式指紋識(shí)別技術(shù)細(xì)節(jié)

第一種方案（Under Cover Glass）識(shí)別精確存在較大的問(wèn)題，超出電容原理極限，效果不理想。因?yàn)槟壳爸悄苁謾C(jī)正面蓋板玻璃厚度普遍超過(guò)0.5mm，如果是2.5D 玻璃的話厚度超過(guò)0.7mm，而根據(jù)電容式指紋識(shí)別的原理，如果在芯片上方存在的蓋板玻璃厚度超過(guò)0.3mm 時(shí)，其識(shí)別精確度將大幅降低，因?yàn)樾盘?hào)在穿透玻璃時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的衰減。盡管多家廠商在算法方面極力優(yōu)化，提高信號(hào)的信噪比，但是該方案仍然難以達(dá)到理想的效果。

第二種方案（In Glass）具有非常高的技術(shù)難度，中短期內(nèi)不具備量產(chǎn)的條件。需要將指紋識(shí)別芯片集成在蓋板玻璃內(nèi)部，這需要芯片商與玻璃廠等多個(gè)環(huán)節(jié)的通力合作，中短期內(nèi)大規(guī)模量產(chǎn)是不現(xiàn)實(shí)的。

在這三種方案中，第三種方案盲孔式Under Glass 被普遍看好，具有較大的可行性。匯頂科技、FPC 與LG Innotek 等廠商的力推的本方案，是在蓋板玻璃上方或下方挖槽，直接減薄玻璃的厚度至0.2-0.3mm，此時(shí)臵于玻璃下方的指紋芯片，信號(hào)可以穿透玻璃，從而實(shí)現(xiàn)較高的識(shí)別精度。相比于第一種方案，本技術(shù)方案識(shí)別精度遙遙領(lǐng)先，相比于第二種方案，本技術(shù)方案加工難度較低。

目前Under Glass 方案的難點(diǎn)在于：首先玻璃本身非常脆弱，如果挖槽，會(huì)降低整塊玻璃的強(qiáng)度，加大玻璃加工的難度，這對(duì)康寧、AGC、肖特等玻璃原材料供應(yīng)商和藍(lán)思、伯恩、星星科技等玻璃加工商而言，具有一定的挑戰(zhàn)性；為了提高信號(hào)的信噪比，減少信號(hào)在塑封材料中的損失，芯片的封裝需要采用先進(jìn)的TSV 技術(shù)（可有效縮減芯片厚度）；盲孔的深度及平整度公差很難控制，而采用TSV 的指紋芯片需要直接與玻璃貼合，因此對(duì)于玻璃加工而言有較高的技術(shù)要求。

2016 年12 月，采用匯頂IFS 技術(shù)的聯(lián)想ZUK Edge 手機(jī)發(fā)布。2017 年2 月，華為發(fā)布全新旗艦機(jī)P10，部分手機(jī)采用了匯頂?shù)腎FS 技術(shù)，這表明盲孔電容式UnderGlass 指紋技術(shù)已經(jīng)具備量產(chǎn)所需的成熟度。

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采用匯頂IFS 技術(shù)的聯(lián)想ZUK Edge 手機(jī)

4、正面蓋板“超薄式”方案也是近期重要趨勢(shì)之一

當(dāng)然正如我們的分析，目前電容式Under Glass 方案在玻璃加工方面存在非常大的困難，即使已經(jīng)有商業(yè)化的產(chǎn)品推出（如聯(lián)想ZUK Edge 和華為P10），但是產(chǎn)品的良率和成本問(wèn)題仍然是很大的瓶頸。

與此同時(shí)，基于現(xiàn)在主流的正面開通孔式方案的升級(jí)產(chǎn)品——可以嵌入玻璃的“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板模組的指紋識(shí)別，由于可以提高屏占比，今年也可能被一些旗艦機(jī)型采用，也是重要趨勢(shì)之一。

傳統(tǒng)正面開通孔式指紋模組厚，影響屏占比

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提升屏占比成為手機(jī)的重要趨勢(shì)

采用“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識(shí)別模組，可以有效縮小整個(gè)模組的體積，尤其是厚度，從而使得整個(gè)模組的厚度不超過(guò)蓋板玻璃。這樣的話，手機(jī)的顯示屏幕便可以向下拓展，與指紋Home 鍵的距離更加緊密（甚至可以覆蓋Home 鍵位臵），從而大幅提升整個(gè)屏幕的屏占比。

目前，該方案已經(jīng)開始在多家手機(jī)廠商測(cè)試，有望成為今年的趨勢(shì)之一。由于傳統(tǒng)的wire bonding 封裝是難以有效縮減芯片厚度的，采用TSV 封裝可以解決該問(wèn)題。

二、電容式Underglass 方案與正面蓋板“超薄式”方案產(chǎn)業(yè)鏈分析

現(xiàn)階段，開通孔的指紋識(shí)別方案仍然是主流，按照正面蓋板材料的不同，可以分為Coating（鍍膜）、藍(lán)寶石蓋板、玻璃蓋板和陶瓷蓋板四類。

四種主流的指紋識(shí)別蓋板方案

• Coating 方案是直接在芯片正面鍍膜（高光涂料），信號(hào)強(qiáng)，成本低，缺點(diǎn)是容易損壞，不耐磨；

• 藍(lán)寶石方案美觀，耐磨，但是加工難度大，成本高，用于中高端手機(jī)上；

• 玻璃方案被眾多中低端手機(jī)所采用，成本比藍(lán)寶石低許多；

• 陶瓷（氧化鋯）方案最近開始流行，與藍(lán)寶石相比其強(qiáng)度大，成本低，產(chǎn)能良率還存在一定問(wèn)題。

從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)，上述四種方案是類似的，區(qū)別就在于蓋板材料的不同。我們以藍(lán)寶石方案代表——iPhone5s 的指紋識(shí)別為例來(lái)說(shuō)明，主要的模組結(jié)構(gòu)分為：藍(lán)寶石蓋板、金屬環(huán)、粘合材料、傳感器芯片、觸控開關(guān)、電路板等。

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蘋果iPhone5s 指紋識(shí)別模組拆解

藍(lán)寶石的指紋識(shí)別模組成本結(jié)構(gòu)

電容式Under Glass 指紋識(shí)別方案相比于目前的指紋識(shí)別會(huì)有非常大的變化。不需要專門的藍(lán)寶石、玻璃、陶瓷等蓋板材料，不需要金屬環(huán)，不需要觸控開關(guān)，不需要芯片正面的粘合材料；芯片制造并不會(huì)發(fā)生大的變化，目前的8英寸0.18um 工藝可以滿足需求；但是芯片設(shè)計(jì)和芯片封裝，以及玻璃加工的重要性越發(fā)明顯。

1、芯片封裝地位提升，TSV 封裝將成為必然之選

2014年蘋果iPhone5s搭載指紋識(shí)別，主要采用的是“trench+ wire bonding（深坑+打線）”的工藝進(jìn)行芯片級(jí)的封裝。

根據(jù)Chipworks對(duì)iPhone5S的指紋識(shí)別芯片的拆解，可以看出在die的上下邊緣都各有一個(gè)“暗色”區(qū)域，實(shí)際上那是被部分深反應(yīng)刻蝕形成的“深坑（trench）”，通過(guò)RDL工藝，將Pad置于trench內(nèi)，用于打線（wire bond）使指紋芯片與外界相連。之所以將Pad做在trench內(nèi)再打線，而不是直接在表面做Pa打線與外界相連，是因?yàn)檫@樣可以不占用表面的空間，以使得指紋信號(hào)感測(cè)芯片與藍(lán)寶石片直接鍵合，從而最小化手指指紋和感測(cè)芯片的距離，為芯片提供更強(qiáng)的電容信號(hào)。

蘋果iPhone5s的指紋識(shí)別做trench+RDL的工藝在臺(tái)灣精材和蘇州晶方進(jìn)行，芯片做完RDL后，再由日月光完成wirebonding以及SiP模組的制作。

蘋果iPhone5s 指紋識(shí)別芯片layout

蘋果iPhone7 指紋識(shí)別芯片layout

事實(shí)上，采用wire bond（打線）的封裝工藝需要進(jìn)行塑封，這將使得芯片的厚度增加，對(duì)于寸土寸金的智能手機(jī)而言，尤其是在各大手機(jī)廠商競(jìng)相“求薄”的背景之下，wire bond并不是最佳方案。同時(shí)，盡管iPhone5s結(jié)合了trench+ RDL+ wire bond的封裝工藝，來(lái)縮小芯片尺寸，減少信號(hào)損失，但是隨著更優(yōu)的封裝方案TSV的崛起，蘋果在隨后的iPhone6s和iPhone7中，果斷將指紋識(shí)別封裝切換至TSV方案，由臺(tái)積電提供封裝服務(wù)。

iPhone6s 第二代指紋識(shí)別采用TSV 封裝工藝

如同SITRI對(duì)蘋果iPhone7的指紋芯片拆解，采用TSV（硅通孔）封裝技術(shù)

之后，芯片的有效探測(cè)面積大幅增加，芯片的厚度和模組厚度都實(shí)現(xiàn)了縮減。第一代Touch ID Sensor（iPhone5s/6采用）為88 x 88像素陣列，第二代Touch ID Sensor（iPhone6s/7采用）為96 x 112像素陣列，足足提高了近40%，像素的大幅提升帶來(lái)識(shí)別精度的提升。

第二代Touch ID 面積增大

蘋果iPhone6 比iPhone5s 變薄

對(duì)于指紋識(shí)別而言，可用于識(shí)別的特征是指紋皮膚生長(zhǎng)中隨機(jī)產(chǎn)生的，所以特征的總量的概率期望值和指紋面積成正比。特征信息的隨機(jī)分布性會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)源具有信息量拐點(diǎn)特性，大致來(lái)說(shuō)，手指中心和指尖區(qū)域，面積不應(yīng)低于20平方毫米，稱為拐點(diǎn)1；手指?jìng)?cè)面和指節(jié)附近的區(qū)域，面積不應(yīng)低于24平方毫米，稱為拐點(diǎn)2。在信號(hào)的識(shí)別精度方面，拐點(diǎn)2遠(yuǎn)高于拐點(diǎn)1。

受限于Home鍵的尺寸，Touch IDSensor的芯片面積只能做到6.1mm x 6.5mm左右。但芯片上除了傳感器像素，還需要有配套的電路，所以傳感器像素面積又小于芯片面積。第一代Touch ID Sensor的像素面積是4.4mm x 4.4mm，面積19.36平方毫米，略小于拐點(diǎn)1。第二代的像素面積是4.8mm x 5.6mm，面積26.88平方毫米，已經(jīng)明顯超過(guò)拐點(diǎn)2。因此第二代Touch ID大幅度提高安全性和使用體驗(yàn)。

事實(shí)上，蘋果公司在指紋識(shí)別領(lǐng)域是走在最前列的，無(wú)論是第一代Touch?ID Sensor采用的trench+wire bonding工藝，還是第二代Touch ID采用的TSV工藝，在技術(shù)上都是非常先進(jìn)的，都是非常緊缺的封裝資源，當(dāng)然成本也非常高。對(duì)于除了蘋果之外的手機(jī)廠商而言，無(wú)論是出于成本方面的考慮，還是資源方面的考慮，指紋識(shí)別芯片封裝采用TSV工藝的比例還是非常少的，大多數(shù)廠商采用的是wire bonding工藝。

Wire bond 與TSV 封裝對(duì)比

典型的wire bonding 封裝

典型的TSV 封裝

?目前，大多數(shù)指紋識(shí)別方案，芯片采用wire bonding工藝進(jìn)行封裝，技術(shù)成熟，成本低。由于表面需要與蓋板材料貼合，因此在芯片的正面會(huì)進(jìn)行塑封處理，將金屬引線掩埋起來(lái)，形成平整的表面。塑封的存在會(huì)影響信號(hào)識(shí)別的精度，同時(shí)增加芯片的厚度，但是對(duì)于如今主流的開孔指紋形式來(lái)說(shuō)，問(wèn)題并不大，因?yàn)樾酒?蓋板材料（或Coating）直接與手指接觸，仍然可以實(shí)現(xiàn)較好的指紋識(shí)別體驗(yàn)。

目前主流的正面開孔指紋芯片封裝-wire bonding

典型的wire bonding 芯片封裝流程

2016年以來(lái)，一些手機(jī)廠商開始向蘋果學(xué)習(xí)，對(duì)指紋識(shí)別芯片進(jìn)行小規(guī)模的trench或TSV封裝，如華為Mate9Pro采用的是trench+TSV封裝工藝（比直接TSV工藝容易一些）。因?yàn)橄冗M(jìn)封裝直接的好處就是信號(hào)變強(qiáng)，指紋識(shí)別精度體驗(yàn)更佳，更重要的是芯片厚度變薄，從而縮減指紋模組的高度，可以擴(kuò)大屏占比。

采用“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識(shí)別模組，可以有效縮小整個(gè)模組的體積，尤其是厚度，從而使得整個(gè)模組的厚度不超過(guò)蓋板玻璃。這樣的話，手機(jī)的顯示屏幕便可以向下拓展，與指紋Home鍵的距離更加緊密（甚至可以覆蓋Home鍵位置），從而大幅提升整個(gè)屏幕的屏占比。由于傳統(tǒng)的wire bonding封裝是難以有效縮減芯片厚度的，采用TSV封裝可以解決該問(wèn)題。因此，該方案今年也可能被一些旗艦機(jī)型采用，也是重要趨勢(shì)之一。

該方案與目前主流的正面蓋板開孔式方案在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面基本一致，最大的區(qū)別在于出于模組減薄的考慮，芯片的封裝形式將由傳統(tǒng)的wire bonding改為TSV封裝，這將利好TSV封裝產(chǎn)業(yè)。

正面開孔指紋識(shí)別——TSV 封裝

正面開孔指紋識(shí)別封裝結(jié)構(gòu)-trenth+wire bonding

電容式Under Glass方案將成為指紋識(shí)別的重要趨勢(shì)，目前有兩種方案——在蓋板玻璃的正面或背面開盲孔，芯片是直接內(nèi)置于蓋板玻璃之下的，本來(lái)電容信號(hào)穿透玻璃就已經(jīng)存在較大困難，如果還有塑封材料的話，信號(hào)質(zhì)量將更加堪憂。如果不采用塑封的話，wire bonding的鍵合線直接暴露在外，會(huì)導(dǎo)致芯片正面不夠平整，是無(wú)法與蓋板玻璃緊密貼合的。因此，我們認(rèn)為，在電容式Under Glass方案大勢(shì)所趨的背景之下，TSV封裝將取代wire bonding成為必然之選。

正面盲孔Underglass 指紋識(shí)別TSV 封裝結(jié)構(gòu)

背面盲孔Underglass 指紋識(shí)別TSV 封裝結(jié)構(gòu)

與此同時(shí)，SiP（System In aPackage系統(tǒng)級(jí)封裝）仍然是手機(jī)端芯片封裝的大趨勢(shì)，未來(lái)的指紋識(shí)別整體封裝還是需要SiP的參與。出于縮小體積、減薄厚度、減少功耗、提升性能等方面的目的，SiP封裝已經(jīng)越來(lái)越多的被各大廠商所重視。

SiP 封裝大幅縮小器件的體積

SiP封裝進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域主要靠的是蘋果的推動(dòng)，在iPhone和applewatch上都可以看到SiP技術(shù)的身影。在iPhone上面，指紋識(shí)別就采用了SiP封裝技術(shù)，在體積小巧的applewatch上，核心芯片S1和射頻T/R都用到了SiP封裝。

采用SiP 封裝的applewatch 中SI 芯片

iPhone7 指紋識(shí)別采用SiP 封裝技術(shù)

從封裝發(fā)展的角度來(lái)看，因電子產(chǎn)品在體積、處理速度或電性特性各方面的需求考量下，SoC曾經(jīng)被確立為未來(lái)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與發(fā)展方向。但隨著近年來(lái)SoC生產(chǎn)成本越來(lái)越高，頻頻遭遇技術(shù)障礙，造成SoC的發(fā)展面臨瓶頸，進(jìn)而使SiP的發(fā)展越來(lái)越被業(yè)界重視。

與在印刷電路板上進(jìn)行系統(tǒng)集成相比，SiP能最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)性能、避免重復(fù)封裝、縮短開發(fā)周期、降低成本、提高集成度。相對(duì)于SoC，SiP還具有靈活度高、集成度高、設(shè)計(jì)周期短、開發(fā)成本低、容易進(jìn)入等特點(diǎn)。SiP封裝技術(shù)不僅可以廣泛用于工業(yè)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，在手機(jī)以及智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡等領(lǐng)域也有非常廣闊的市場(chǎng)。

幾種主流的SiP 封裝方案

SOC 與SiP 結(jié)合推動(dòng)摩爾定律繼續(xù)向前

所以，綜上所述，我們認(rèn)為，在電容式Underglass方案與正面蓋板“超薄式”方案大勢(shì)所趨的背景之下，TSV封裝將取代wire bonding是必然的，“TSV+SiP”的封裝工藝將成為整個(gè)指紋芯片的關(guān)鍵，具備先進(jìn)的TSV和SiP封裝工藝的廠商將受益。

2、玻璃加工至關(guān)重要，工藝難度大，良率問(wèn)題是瓶頸

對(duì)于電容式Under Glass指紋識(shí)別，目前非常大的困難在于玻璃挖槽的良率問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)如今的手機(jī)正面2D玻璃非常?。?.5mm左右），2.5D玻璃0.7-0.8mm，直接進(jìn)行挖槽的話，極容易造成玻璃的損壞。

智能手機(jī)越來(lái)越薄

盲孔式指紋識(shí)別玻璃加工要求高

手機(jī)越來(lái)越薄是趨勢(shì)，這也是手機(jī)的重要賣點(diǎn)，因此各大廠商競(jìng)相追逐更加薄的蓋板玻璃，目前普通的手機(jī)2D蓋板玻璃厚度在0.5mm左右（2.5D玻璃為0.7mm左右）。根據(jù)我們前文的分析，如果采用玻璃挖盲孔（正面或背面）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別的話，為了保證電容式指紋識(shí)別的效果，需要將玻璃挖出0.2-0.3mm的方形盲孔，同時(shí)，玻璃在減薄之后，剩下的部分厚度僅為0.2-0.3mm，玻璃槽面的平整度、直角的弧度、鍥邊的垂直度對(duì)于指紋識(shí)別的最終效果影響極大，是最關(guān)鍵的幾個(gè)因素，這對(duì)于玻璃加工的要求非常之高，遠(yuǎn)高于目前玻璃加工企業(yè)的良率保證水平。

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CNC 精雕機(jī)用于玻璃開孔和磨邊

不同類型的CNC 精雕機(jī)

對(duì)手機(jī)玻璃進(jìn)行開孔和磨邊的主要設(shè)備是CNC精雕機(jī)，目前大多數(shù)CNC產(chǎn)品的尺寸精度為0.01mm，崩邊量不大于0.01mm，如此的精度對(duì)于玻璃挖盲孔而言是不夠的。

3D 玻璃已經(jīng)開始被多款智能手機(jī)采用

3D玻璃受到追捧，已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用。智能手機(jī)外殼材料經(jīng)歷了塑料、金屬、玻璃的發(fā)展過(guò)程。目前主流的旗艦手機(jī)大多正面采用2D/2.5D玻璃、背面為金屬機(jī)身。三星2016年發(fā)布的Galaxy S7 Edge采用了3D曲面玻璃的外觀設(shè)計(jì)，被稱為是當(dāng)前顏值最高的手機(jī)，并受到了市場(chǎng)的熱捧，一季度Galaxy S7/Edge銷量達(dá)到1000萬(wàn)臺(tái)。

2D玻璃蓋板或外殼是普通的平面玻璃，而2.5D玻璃蓋板或外殼正面是平的，但邊緣部分向下凹陷成一個(gè)弧形，3D玻璃蓋板或外殼的整個(gè)正面都會(huì)發(fā)生彎曲，凸出向外。

普通屏幕/2.5D/3D 屏幕對(duì)比圖

三星旗下普通屏幕/2.5D/3D 屏幕對(duì)比實(shí)物圖

對(duì)于2.5D和3D來(lái)說(shuō)，在玻璃上挖盲孔是更加困難的。普通的2D玻璃是完全平面的，而2.5D和3D玻璃時(shí)經(jīng)過(guò)熱彎處理之后，玻璃的厚度已經(jīng)變的不均勻，在這種情況下，繼續(xù)進(jìn)行挖孔的話，更加難以控制槽內(nèi)的平整度和垂直度。

綜上所述，我們認(rèn)為，在電容式Under Glass方案中，玻璃加工的重要性越發(fā)的明顯，玻璃加工的良率將直接影響指紋芯片的效果和成本，具備高品質(zhì)、高技術(shù)玻璃加工的公司將顯著受益。

3、芯片設(shè)計(jì)和算法是識(shí)別效果的核心因素

由于電容式識(shí)別方案在原理上，其信號(hào)是難以穿透玻璃的。盡管指紋識(shí)別芯片設(shè)計(jì)公司詳盡一切辦法（包括成功添加射頻功能），使得指紋信號(hào)勉強(qiáng)可以突破0.1mm 厚度的藍(lán)寶石/玻璃/陶瓷，但是檢測(cè)到的信號(hào)是非常弱的，識(shí)別的算法仍然是至關(guān)重要的。

算法對(duì)于指紋識(shí)別而言是非常關(guān)鍵的

對(duì)于電容式Under Glass 方案而言，指紋信號(hào)需要穿透的玻璃厚度為0.2-0.3mm，傳統(tǒng)的電容式算法是無(wú)法回收足夠信噪比的信號(hào)。除了要提升驅(qū)動(dòng)IC 的信噪比外，軟件算法的know how 更重要。算法方面的另一個(gè)難點(diǎn)則是由于圖像距離變遠(yuǎn)，圖像是比較虛的，如何讓圖像變得更清晰？這里涉及圖像預(yù)處理的問(wèn)題；另一個(gè)則是圖像匹配的問(wèn)題，由于圖像質(zhì)量比前一代的要差，圖像匹配就會(huì)變得更困難，這里算法就更復(fù)雜了。

例如，國(guó)內(nèi)的匯頂科技，就針對(duì)IFS 方案專門開發(fā)了自適應(yīng)深度傳感技術(shù)和可變?cè)?/span>強(qiáng)圖像處理技術(shù)。

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匯頂科技針對(duì)IFS 的自適應(yīng)深度傳感技術(shù)

匯頂科技針對(duì)IFS 的可變?cè)鰪?qiáng)圖像處理技術(shù)

因此，全新的方案需要指紋識(shí)別芯片設(shè)計(jì)與算法公司，在信號(hào)處理、信噪比改善方面花費(fèi)非常大的精力和投入，才能夠保證識(shí)別的效果和體驗(yàn)。

三、未來(lái)光學(xué)式指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈分析——紅外LED 光源+CIS 為核心

對(duì)于未來(lái)的光學(xué)式Under Display 指紋識(shí)別方案，產(chǎn)業(yè)鏈與電容式方案將大為不同。出于信號(hào)信噪比的考慮，為了與手機(jī)顯示屏中的RGB 可見光相區(qū)分，同時(shí)減少環(huán)境光線的干擾，光學(xué)式指紋識(shí)別將采用近紅外光的光源。類似于虹膜識(shí)別、主動(dòng)式人臉識(shí)別的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，整個(gè)產(chǎn)品的核心除了算法之外，在硬件端最重要的變化，就是多了近紅外光源、光學(xué)器件（RGBIR 濾色片）、圖像傳感器等。

因此近紅外LED 光源提供商、光學(xué)濾色片供應(yīng)商和光學(xué)圖像傳感器廠商將顯著受益于本方案。

光學(xué)式指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

四、未來(lái)超聲波式指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈分析——壓電陶瓷與MEMS 為核心

整個(gè)超聲波指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為三大部分：算法、硬件和模組制造。

超聲波指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

1、算法方面

成熟的技術(shù)方案主要掌握在少數(shù)大廠手中，如高通旗下的Ultra-Scan，與蘋果合作的Sonavation，芯片大廠Invensense，國(guó)內(nèi)公司還不具備相應(yīng)的技術(shù)實(shí)力。

2、硬件方面

主要包括MEMS 超聲波傳感器、ASIC 芯片、柔性PCB 板和IC 分立器件等。其中，MEMS 超聲波傳感器主要部件為超聲波發(fā)射層與接收層（壓電材料）和TFT（薄膜晶體管）電路層。

（1）壓電材料

目前，高通采用的是PVDF 有機(jī)聚合物壓電材料，InvenSense 采用的是AlN 壓電陶瓷，Sonavation 采用的也是壓電陶瓷材料。PVDF 的功耗低，適合移動(dòng)終端，但是效率和頻率都低于壓電陶瓷材料，器件性能一般。而壓電陶瓷材料，如AlN、PZT、ZnO等，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟，器件的響應(yīng)效率高。其中，AlN 聲速高、熱導(dǎo)率高、損耗低、可以與CMOS 工藝兼容，因此比較利于實(shí)現(xiàn)聲表面波器件的高頻化、高功率化、高集成化，是潛力材料，現(xiàn)在的問(wèn)題就是相比于PZT、ZnO 的壓電系數(shù)偏低。

在壓電陶瓷材料方面，國(guó)內(nèi)公司有三環(huán)集團(tuán)、捷成科創(chuàng)等，其中在最佳的AlN 壓電材料方面，目前國(guó)內(nèi)參與的公司或機(jī)構(gòu)較少，清華大學(xué)微電子學(xué)院在AlN 方面具備一定實(shí)力，北京中科漢天下正在建設(shè)AlN 生產(chǎn)線，計(jì)劃用于FBAR 濾波器。

（2）MEMS 制造

MEMS 超聲波傳感器是由大量的超聲波傳感器陣列構(gòu)成，技術(shù)難度大，壁壘高，主要通過(guò)MEMS 和CMOS 工藝結(jié)合的形式進(jìn)行制造和封測(cè)。因此具備MEMS 設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)技術(shù)的廠商將顯著受益這一些市場(chǎng)。

目前Invensense 的MEMS 超聲波傳感器主要是新加坡IME+格羅方德代工，其中新加坡IME 負(fù)責(zé)AlN 壓電陶瓷的研發(fā)，格羅方德負(fù)責(zé)MEMS 的量產(chǎn)。

（3）ASIC 芯片

由于具備3D 指紋圖像信息采集，甚至有望實(shí)現(xiàn)皮膚組織結(jié)構(gòu)和血管內(nèi)血流信息采集，因此超聲波指紋識(shí)別對(duì)圖像的處理要求更高，這使得高通等公司直接在其技術(shù)方案里集成了專用的ASIC 芯片。

3、模組制造方面

由于超聲波指紋識(shí)別技術(shù)還沒有大規(guī)模商業(yè)化普及，高通的技術(shù)方案剛剛被小米采用。因此，在模組制造方面，國(guó)內(nèi)公司還不具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。但是，在電容式指紋識(shí)別領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)公司舜宇光學(xué)、歐菲光、丘鈦科技、碩貝德等已經(jīng)積累了豐富的指紋識(shí)別模組制造經(jīng)驗(yàn)，有望在未來(lái)的超聲波指紋識(shí)別市場(chǎng)中受益。

?超聲波式指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

五、小結(jié)

1、全屏幕指紋識(shí)別是未來(lái)的理想方案；

2、未來(lái)主流方案——光學(xué)式In /Under Display 指紋識(shí)別；

光學(xué)式、電容式、超聲波式指紋識(shí)別元件比較

主流指紋識(shí)別技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比