自2013年蘋果發(fā)布的iPhone 5s首次搭載指紋識別模組以來，短短4年間指紋識別幾乎已經(jīng)成為智能手機(jī)的標(biāo)配。指紋識別模組技術(shù)的成熟，模組產(chǎn)品良率的提升以及生產(chǎn)成本的下降，使得千元以下的智能機(jī)也開始大量搭載指紋識別模組。
當(dāng)前，指紋識別主要采用前置指紋識別和后置指紋識別及側(cè)面指紋識別三種常見方案，其中，又以前置和后置方案識別居多：比如蘋果iPhone 7、小米6等采用的是前置指紋識別方案，三星Galaxy S8和華為Nova等則是將指紋識別后置。
而相對來說，指紋識別前置比后置更能夠增強(qiáng)用戶的用戶體驗(yàn)。隨著18:9全面屏的鋪開，手機(jī)行業(yè)圈內(nèi)人士可以明顯感覺到指紋識別方案與全面屏高屏占比的設(shè)計(jì)相左，于是屏下，屏內(nèi)，光學(xué)式，超聲波式等方案被相繼提出，我們有理由相信，指紋識別將迎來新一輪黃金發(fā)展期。
指紋識別方案的發(fā)展變化
1、盲孔式Under Glass指紋識別方案
自即將發(fā)布的iPhone 8的消息不斷被爆料以來，蘋果的指紋識別方案也備受矚目，有消息稱其將采用屏下Touch ID指紋識別解決方案，而此消息一出，安卓陣營的手機(jī)產(chǎn)商坐不住了，紛紛將目光轉(zhuǎn)向正面指紋識別。在光學(xué)式和超聲波式指紋識別技術(shù)方案還不夠成熟，既要實(shí)現(xiàn)正面隱藏式指紋識別，又不得不采用電容式方案的情況下，盲孔電容式指紋識別無疑成為了目前最有前景的under glass 方案。
基于電容式原理的三種隱藏式方案是：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；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。
第一種方案（Under Cover Glass）識別精確存在較大的問題，超出電容原理極限，效果不理想。盡管多家廠商在算法方面極力優(yōu)化，提高信號的信噪比，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。
第三種方案盲孔式Under Glass 被普遍看好，具有較大的可行性。是匯頂科技、FPC 等廠商的力推的識別方案，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)置于玻璃下方的指紋芯片，信號可以穿透玻璃，從而實(shí)現(xiàn)較高的識別精度。相比于第一種方案，本技術(shù)方案識別精度遙遙領(lǐng)先，相比于第二種方案，本技術(shù)方案加工難度較低。
2、正面蓋板“超薄式指紋識別方案”
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（如華為P10），但是產(chǎn)品的良率和成本問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，目前，該方案已經(jīng)開始在多家手機(jī)廠商測試，有望成為今年的趨勢之一。
采用“超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識別模組，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），從而大幅提升整個(gè)屏幕的屏占比。
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，開通孔的指紋識別方案仍然是主流，按照正面蓋板材料的不同，可以分為Coating、藍(lán)寶石蓋板、玻璃蓋板和陶瓷蓋板四類。從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)方面來說，上述四種方案是類似的，區(qū)別就在于蓋板材料的不同。
Coating 方案是直接在芯片正面鍍膜，信號強(qiáng)，成本低，缺點(diǎn)是不耐磨，容易損壞；藍(lán)寶石方案美觀，耐磨，但是加工難度大，成本高，大部分用于中高端機(jī)型；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題。
電容式Under Glass 指紋識別方案相比于目前的指紋識別會有非常大的變化。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；芯片制造也不會發(fā)生大的變化，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
目前，大多數(shù)指紋識別方案，芯片采用wire bonding工藝進(jìn)行封裝，因其技術(shù)成熟，且成本低。由于表面需要與蓋板材料貼合，因此在芯片的正面會進(jìn)行塑封處理，將金屬引線掩埋起來，形成平整的表面。塑封的存在會影響信號識別的精度，同時(shí)增加芯片的厚度，但是對于如今主流的開孔指紋形式來說，問題并不大，因?yàn)樾酒?蓋板材料直接與手指接觸，仍然可以實(shí)現(xiàn)較好的指紋識別體驗(yàn)。
前文提到，電容式Underglass 方案與正面蓋板“超薄式”方案是指紋識別兩個(gè)重要的趨勢。一方面，對于 “超薄式”正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識別方案，由于玻璃非常薄，傳統(tǒng)的wire bonding封裝難以有效縮減芯片厚度，采用TSV封裝可以解決該問題。
另一方面，對于電容式Under Glass方案，為了提高信號的信噪比，減少信號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)；而采用TSV 的指紋芯片能夠?qū)崿F(xiàn)與玻璃的直接貼合。因此，“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，良率問題是瓶頸
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，會降低整塊玻璃的強(qiáng)度，加大玻璃加工的難度，這對康寧、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；為了提高信號的信噪比，減少信號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，因此對于玻璃加工而言有較高的技術(shù)要求。
而玻璃槽面的平整度、直角的弧度、鍥邊的垂直度對于指紋識別的最終效果影響極大，是最關(guān)鍵的幾個(gè)因素，這對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。綜上，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)和算法是識別效果的核心因素
由于電容式識別方案在原理上，其信號是難以穿透玻璃的。盡管指紋識別芯片設(shè)計(jì)公司詳盡一切辦法（包括成功添加射頻功能），使得指紋信號勉強(qiáng)可以突破0.1mm 厚度的藍(lán)寶石/玻璃/陶瓷，但是檢測到的信號是非常弱的，識別的算法仍然是至關(guān)重要的。
對于電容式Under Glass 方案而言，指紋信號需要穿透的玻璃厚度為0.2-0.3mm，傳統(tǒng)的電容式算法是無法回收足夠信噪比的信號。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)處理的問題；另一個(gè)則是圖像匹配的問題，由于圖像質(zhì)量比前一代的要差，圖像匹配就會變得更困難，這里算法就更復(fù)雜了。
綜上，指紋識別芯片的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括芯片傳感器電路方案和算法設(shè)計(jì)、指紋識別芯片傳感器的制造、封裝以及模組制造。而每一次指紋識別方案的出新，都將促使產(chǎn)業(yè)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)出新和升級，同時(shí)也會淘汰相對落后的技藝，究竟指紋識別方案的變化發(fā)展能使產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生什么樣的反應(yīng)，且讓我們拭目以待！
