iPhoneX晶片級拆解評測:先進的PCB工藝與突破性的光學系統

您可能會認為大家已經看到鋪天蓋地的蘋果iPhoneX智慧型手機拆解，但是還有一些廠商隱藏在幕後，沒有獲得足夠的曝光。

工程師的巨大福利，首款P_C_B分析軟體，點擊免費領取

當然，蘋果iPhone X的邏輯集成電路（IC）是最早被拆解分析的，但是蘋果真正的創新在於光學器件及模組、MEMS和傳感器、封裝和PCB技術等領域。當被問及蘋果公司在iPhone X上的最大突破時，Yole執行長兼總裁Jean－Christophe Eloy認為是：蘋果公司為行動裝置帶來的新光學系統。他說：「蘋果公司的重大裡程碑是基於3D傳感技術的Face ID，這項技術比任何現有的安卓（Android）智慧型手機中的人臉識別都準確！並且，現在正準確向平板電腦、汽車、門鈴等領域蔓延。」

EE Times希望Eloy和System Plus Consulting公司首席技術官Romain Fraux能夠深度剖析iPhone X智慧型手機中的亮點，並給出獲的iPhone X「設計中標（Design Win）」的廠商。

位於奧地利的PCB製造商AT＆S取得巨大勝利,分析師認為，歐洲PCB製造商AT＆S（總部位於奧地利萊奧本）是對高集成度iPhone X的重要貢獻者。雖然TechInsights和iFixit的拆解專家也對iPhone X中的PCB「三明治」感到驚嘆，但是Fraux指出，到目前為止，AT＆S是唯一能夠在PCB板上提供如此前所未有的高密度互連產品的廠商。通過將兩塊PCB板堆疊在一起，Fraux預計蘋果公司節省了iPhone X約15％的「佔地面積」，進而使得蘋果公司有了足夠的「場地」安放額外的電池。

蘋果iPhone X堆疊板

蘋果iPhone X堆疊板的橫截面圖

毫無疑問，改良型半加成法工藝（modified Semi－Additive Processes，mSAP）和先進的製造技術正以更低的成本和更快的生產速度，實現智慧型手機中的高密度互連。

iPhone X及iPhone 8大量使用高密度互連技術電路板，同時加上採用有機發光二極體（OLED）顯示與無線充電等技術的整合，助長更多的軟板（FPC）與軟硬板（Rigid－Flex PCB）整合到智慧型手機之中，高端PCB工藝產品將成為重要的成長火車頭，業界非常看好未來的PCB商機。

Eloy指出，AT＆S的mSAP技術對公司近期財務業績的貢獻很大。AT＆S近期報告顯示，2017財年前三季度（2017年4月1日至12月31日）的營收同比增長24．5％，達到7．659億歐元。

先進的基板工藝比較

據麥姆斯諮詢介紹，高密度互連線路PCB板採用積層法製作，簡單說就是用普通多層板作為核心板材進行迭加與積層，再運用打孔、孔內金屬化的工藝使各層電子電路形成內部電路連接效用，這會更節省布線面積、提高元器件密度。

Fraux解釋說，半加成法（SAP）目前是生產精細線路的主要方法，其特點在於圖形形成主要靠電鍍和快速蝕刻。在快速蝕刻吋，由於蝕刻的化學銅層非常薄，因此蝕刻時間非常短，對線路側向的蝕刻很小。與減成法相比，線路的寬度不會受到電鍍銅厚的影響，比較容易控制，而且不易出現蝕刻未淨等缺陷，提高了成品率。

mSAP與SAP的關鍵區別在於：mSAP有基銅，而SAP沒有。基銅的厚度一般在3～9微米，如此薄的銅厚一般是通過覆銅箔層壓板減薄銅得到。mSAP允許通過光刻定義幾何形狀，走線更加精確，最大限度提高了電路密度，並能夠以較低的信號損失實現精確的阻抗控制。

博世（Bosch）為蘋果公司定製開發IMU

蘋果公司決定在其新款Apple Watch中增加LTE數據機（LTE modem），其中一個很大的挑戰是：手機的厚度！類似地，MEMS傳感器也遇到該挑戰。

Fraux認為博世集團子公司Bosch Sensortec為蘋果公司新款Apple Watch特別定製了6軸慣性測量單元（IMU）。這款IMU厚度從其上一代產品的0．9毫米厚度減小到0．6毫米，成為全球最薄的6周IMU。這也使得：博世取代InvenSense，成為蘋果新手機iPhone 8和iPhone X的供應商；同時也取代了意法半導體（STMicroelectronics），成為Apple Watch Series 3的供應商。由此看來，博世徹底擊敗了競爭對手。

蘋果iPhone X中定製版博世6軸IMU拆解分析

「這三款蘋果產品為博世帶來了每年數以億計的傳感器銷量。毫無疑問，博世實際上已成為消費類應用中MEMS IMU的領導者！」 Fraux說道。

逆向分析報告指出，「在設計方面，博世做出了重大改變：特別是加速度計MEMS晶片，舊的單一質量結構被放棄，採用了可以獲得更好傳感性能的新結構。博世多年不變的MEMS製造工藝也進行了『修訂』，加速度計和陀螺儀都採用了新工藝。此外，新款ASIC晶片集成了傳感器融合功能，用於處理加速度計和陀螺儀的數據，並且具有更低的功耗和附加功能。」

報告對蘋果iPhone X中的博世6軸IMU進行詳細的拆解與逆向分析，包括物理分析、工藝分析和製造成本分析。此外，還提供它與博世BMI160、意法半導體最新6軸IMU的對比分析。如果您想詳細了解，歡迎購買該報告。

博通（Broadcom）LTE先進的系統級封裝（SiP）

業界一直沉迷於英特爾（Intel）和高通（Qualcomm）之間的競爭，討論誰將贏得蘋果最新款iPhone的數據機訂單。但是現在我們都知道了：他們兩家在iPhone X中都是贏家，在不同地區的iPhone X機型中，一些數據機晶片來自英特爾，一些來自高通。

然而，討論智慧型手機中的為射頻前端模組設計的RF系統級封裝（SiP）卻較少，這難道不重要嗎？

5G時代正在來臨，智慧型手機中的RF器件數量將大幅增加，這與智慧型手機輕薄化的大趨勢相悖。因此，我們認為先進的系統級封裝、晶片集成技術將獲得更廣泛的採用，以縮小RF器件及模組尺寸。

Fraux強調說：「蘋果iPhone X中的Broadcom ／ Avago先進的RF SiP達到了前所未有的集成水平：包含18個濾波器在內的近30顆晶片。Broadcom ／ Avago的這種設計是為了適應日本的中高頻（Band 42， 3．6GHz）。」

博通（Broadcom）射頻前端模組AFEM－8072拆解分析

這款博通（Broadcom）射頻前端模組對於無SIM卡的智慧型手機至關重要。 Fraux指出，在iPhone X A1865和A1902中，Broadcom和Skyworks提供射頻前端模組（FEM）。在iPhone X A1901中，Broadcom、Skyworks和Epcos是射頻前端模組（FEM）供應商。

根據《手機應用的先進射頻（RF）系統級封裝－2017版》報告介紹：「目前，射頻前端模組正在使用複雜的SiP架構，在單個封裝中通常包含10～15個裸片（開關、濾波器、功率放大器）和幾種類型的互連技術（引線鍵合、倒裝晶片、銅柱）。未來的智慧型手機連接依賴於SiP創新，2017年～2022年SiP封裝市場規模的複合年增長率將超過10％，超過整體半導體封裝市場的7％增速。智慧型手機的射頻前端模組市場將從2017年的123億美元增長至2022年的228億美元，複合年增長率為13％。先進的多晶片SiP封裝擁有一大批滿足5G需求的關鍵技術，具有啟動或減緩5G市場的能力！」

此外，《手機應用的先進射頻（RF）系統級封裝逆向分析綜述－2017版》報告針對目前主流的前端模組SiP封裝技術進行了技術對比綜述，囊括了三款高端旗艦智慧型手機（華為P10、三星Galaxy S8以及蘋果iPhone 8 Plus）中的八款產品。在這些智慧型手機中，五家主要的供應商（Skyworks Solutions、Murata、TDK－Epcos、Qorvo 以及Broadcom）瓜分了前端模組市場。

智慧型手機中突破性的光學系統

Eloy認為，iPhone X中真正突破性的進步在於光學系統。正如EE Times之前報導的那樣，iPhone X的近紅外3D攝像頭（TrueDepth）是一款集成了五個子模塊的複雜組合體。

這五個子模塊分別是：近紅外攝像頭（意法半導體提供）、ToF測距傳感器＋紅外泛光照明器（意法半導體提供）、RGB攝像頭（LG Innotek提供模組，索尼提供圖像傳感器）、點陣式投影器（ams提供）和彩色／環境光傳感器（ams提供）。該3D攝像頭模組使用柱形凸塊連接近紅外圖像傳感器（倒裝晶片）以及包括四個透鏡的光學模塊。

iPhone X的近紅外3D攝像頭（TrueDepth）的五個子模塊

iPhone X的3D攝像頭系統採用結構光原理，紅外攝像頭會讀取點陣圖案，捕捉它的紅外圖像，為用戶人臉繪製精確細緻的深度圖，然後將數據發送至iPhone中央處理器——A11晶片中的安全隔區，以確認是否匹配。其中，點陣圖案由紅外點陣投影器（即結構光發射器）投射超過30000個肉眼不可見的紅外光點形成。由於藉助不可見的紅外光，即使在黑暗中也能識別用戶的臉。

意法半導體為近紅外攝像頭提供近紅外圖像傳感器，適合人臉識別和行動支付等應用。近紅外攝像頭的圖像傳感器和點陣投影器一起工作，可實現高精度的深度感測功能。該圖像傳感器採用Soitec公司的Imager－SOI技術，具有更高的量子效率和極低的噪聲。

ams提供的點陣投影器具有四項創新：（1）封裝：採用插入陶瓷襯底的新型熱管理方法；（2）專用垂直腔面發射雷射器（VCSEL）：採用由Broadcom集成電路驅動的專用光發射譜；（3）摺疊光學（Folded Optical）：採用晶圓級光學的摺疊光路；（4）主動式衍射光學元件（Active DOE）。

　　意法半導體提供的「ToF測距傳感器+紅外泛光照明器」採用了自己的NIR VCSEL和單光子雪崩二極體（SPAD）。

　　

　　iPhone X的ToF測距傳感器+紅外泛光照明器的拆解分析

　　ams為iPhone X智慧型手機定製開發了一款彩色/環境光傳感器，改善了iPhone的環境光感測能力。這款傳感器的架構使得其能感應很寬的光譜，結合擴散片（diffuser），6通道傳感器晶片能感測紫外光、紅光、綠光、藍光、近紅外1（NIR1）和近紅外2（NIR2）。

　　如果您希望詳細學習iPhone X近紅外3D攝像頭（TrueDepth），請購買我們精心製作的多份逆向分析報告：《蘋果iPhone X近紅外3D攝像頭傳感器》、《蘋果iPhone X的ToF接近傳感器和泛光照明器》、《蘋果iPhone X紅外點陣投影器》、《蘋果iPhone X中的ams多光譜傳感器》。

　　減少一顆MEMS麥克風的謎題

　　在iPhone 7和iPhone 8中，蘋果公司為每部智慧型手機集成了四顆MEMS麥克風，包括三顆前置MEMS麥克風（一顆在頂部，兩顆在底部）和一顆後置MEMS麥克風。

　　Fraux透露，System Plus Consulting公司拆解iPhone X時，只發現了三顆MEMS麥克風，減少了一顆前置底部MEMS麥克風。當被問及為何減少一顆時，他表示還沒解開這個謎題。

　　

　　蘋果iPhone X拆解分析：僅用了三顆MEMS麥克風

　　根據Fraux介紹，iPhone X中的三顆MEMS麥克風來自於兩家供應商：中國歌爾股份（Goertek）和美國樓氏電子（Knowles）。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴