指紋識別方案的發展推動產業鏈的優化升級

手機報

自2013年蘋果發布的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成為智慧型手機的標配。

指紋識別模組技術的成熟，模組產品良率的提升以及生產成本的下降，使得千元以下的智能機也開始大量搭載指紋識別模組。

當前，指紋識別主要採用前置指紋識別和後置指紋識別及側面指紋識別三種常見方案，其中，又以前置和後置方案識別居多：比如蘋果iPhone 7、小米6等採用的是前置指紋識別方案，三星Galaxy S8和華為Nova等則是將指紋識別後置。

而相對來說，指紋識別前置比後置更能夠增強用戶的用戶體驗。

隨著18:9全面屏的鋪開，手機行業圈內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計相左，於是屏下，屏內，光學式，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髮展期。

指紋識別方案的發展變化

1、盲孔式Under Glass指紋識別方案

自即將發布的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，有消息稱其將採用屏下Touch ID指紋識別解決方案，而此消息一出，安卓陣營的手機產商坐不住了，紛紛將目光轉向正面指紋識別。

在光學式和超聲波式指紋識別技術方案還不夠成熟，既要實現正面隱藏式指紋識別，又不得不採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。

基於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 置於整個手機玻璃面板下面；第二種（In Glass）更是將Sensor 融合進玻璃之中；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，然後在玻璃之下放入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。

儘管多家廠商在算法方面極力優化，提高信號的信噪比，但是該方案仍然難以達到理想的效果。

第二種方案（In Glass）具有非常高的技術難度，中短期內不具備量產的條件。

需要將指紋識別晶片集成在蓋板玻璃內部，這需要晶片商與玻璃廠等多個環節的通力合作，中短期內大規模量產是不現實的。

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，此時置於玻璃下方的指紋晶片，信號可以穿透玻璃，從而實現較高的識別精度。

相比於第一種方案，本技術方案識別精度遙遙領先，相比於第二種方案，本技術方案加工難度較低。

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，即使已經有商業化的產品推出（如華為P10），但是產品的良率和成本問題仍然是很大的瓶頸。

與此同時，基於現在主流的正面開通孔式方案的升級產品——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，由於可以提高屏占比，今年也可能被一些旗艦機型採用，目前，該方案已經開始在多家手機廠商測試，有望成為今年的趨勢之一。

採用「超薄式」正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識別模組，可以有效縮小整個模組的體積，尤其是厚度，從而使得整個模組的厚度不超過蓋板玻璃。

這樣的話，手機的顯示螢幕便可以向下拓展，與指紋Home 鍵的距離更加緊密（甚至可以覆蓋Home 鍵），從而大幅提升整個螢幕的屏占比。

電容式Underglass 方案與正面蓋板「超薄式」方案產業鏈分析

現階段，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、藍寶石蓋板、玻璃蓋板和陶瓷蓋板四類。

從產業鏈結構方面來說，上述四種方案是類似的，區別就在於蓋板材料的不同。

Coating 方案是直接在晶片正面鍍膜，信號強，成本低，缺點是不耐磨，容易損壞；藍寶石方案美觀，耐磨，但是加工難度大，成本高，大部分用於中高端機型；玻璃方案被眾多中低端手機所採用，成本比藍寶石低許多；陶瓷方案最近開始流行，與藍寶石相比其強度大，成本低，產能良率還存在一定問題。

電容式Under Glass 指紋識別方案相比於目前的指紋識別會有非常大的變化。

不需要專門的藍寶石、玻璃、陶瓷等蓋板材料，不需要金屬環，不需要觸控開關，不需要晶片正面的粘合材料；晶片製造也不會發生大的變化，但是晶片設計和晶片封裝，以及玻璃加工的重要性越發明顯。

1、晶片封裝地位提升，TSV封裝將成為必然之選

目前，大多數指紋識別方案，晶片採用wire bonding工藝進行封裝，因其技術成熟，且成本低。

由於表面需要與蓋板材料貼合，因此在晶片的正面會進行塑封處理，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，同時增加晶片的厚度，但是對於如今主流的開孔指紋形式來說，問題並不大，因為晶片+蓋板材料直接與手指接觸，仍然可以實現較好的指紋識別體驗。

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重要的趨勢。

一方面，對於 「超薄式」正面玻璃/陶瓷蓋板的指紋識別方案，由於玻璃非常薄，傳統的wire bonding封裝難以有效縮減晶片厚度，採用TSV封裝可以解決該問題。

另一方面，對於電容式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，晶片的封裝需要採用先進的TSV 技術；而採用TSV 的指紋晶片能夠實現與玻璃的直接貼合。

因此，「TSV+SiP」的封裝工藝將成為整個指紋晶片的關鍵，具備先進的TSV和SiP封裝工藝的廠商將受益。

2、玻璃加工至關重要，工藝難度大，良率問題是瓶頸

目前Under Glass 方案的難點在於：首先玻璃本身非常脆弱，如果挖槽，會降低整塊玻璃的強度，加大玻璃加工的難度，這對康寧、AGC、肖特等玻璃原材料供應商和藍思、伯恩、星星科技等玻璃加工商而言，具有一定的挑戰性；為了提高信號的信噪比，減少信號在塑封材料中的損失，晶片的封裝需要採用先進的TSV 技術（可有效縮減晶片厚度）；盲孔的深度及平整度公差很難控制，而採用TSV 的指紋晶片需要直接與玻璃貼合，因此對於玻璃加工而言有較高的技術要求。

而玻璃槽面的平整度、直角的弧度、鍥邊的垂直度對於指紋識別的最終效果影響極大，是最關鍵的幾個因素，這對於玻璃加工的要求非常之高，遠高於目前玻璃加工企業的良率保證水平。

綜上，在電容式Under Glass方案中，玻璃加工的重要性越發的明顯，玻璃加工的良率將直接影響指紋晶片的效果和成本，具備高品質、高技術玻璃加工的公司將顯著受益。

3、晶片設計和算法是識別效果的核心因素

由於電容式識別方案在原理上，其信號是難以穿透玻璃的。

儘管指紋識別晶片設計公司詳盡一切辦法（包括成功添加射頻功能），使得指紋信號勉強可以突破0.1mm 厚度的藍寶石/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重要的。

對於電容式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。

除了要提升驅動IC 的信噪比外，軟體算法的know how 更重要。

算法方面的另一個難點則是由於圖像距離變遠，圖像是比較虛的，如何讓圖像變得更清晰？這裡涉及圖像預處理的問題；另一個則是圖像匹配的問題，由於圖像質量比前一代的要差，圖像匹配就會變得更困難，這裡算法就更複雜了。

綜上，指紋識別晶片的產業鏈主要包括晶片傳感器電路方案和算法設計、指紋識別晶片傳感器的製造、封裝以及模組製造。

而每一次指紋識別方案的出新，都將促使產業鏈上的各個環節的技術出新和升級，同時也會淘汰相對落後的技藝，究竟指紋識別方案的變化發展能使產業鏈產生什麼樣的反應，且讓我們拭目以待！