乾貨|屏下指紋識別技術分類、封裝及工藝流程匯總

[導讀]前段時間，半導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體行業最大的一筆併購案。

來源：OLEDindustry

前段時間，半導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體行業最大的一筆併購案。

而生物識別公司FPC 也在瑞典發布了屏內指紋識別方案，該技術可以在智慧型手機顯示面板的任意位臵補貨與識別應用者的指紋。這種屏內指紋識別技術基於超聲波傳感器技術，可以穿透2cm 厚度的玻璃獲取指紋信息，支持OLED 和LCD 顯示屏。

什麼是指紋識別呢？

 

 

 

指紋識別過程

電容式指紋識別是利用手指皮膚表面作為一極，脊線和谷由於與晶片表面距離不同，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。

電容式指紋識別對於溼手指和髒手指的識別較弱，原因是手指或者晶片表面有水、汗液等雜物，使脊線和谷無法與傳感器充分接觸，導致電容值偏弱。

電容式指紋識別第一次採集指紋需要多次按壓，這是因為目前按壓式採集會有採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後，還需要通過算法對圖像進行強化和細化，獲得比較清晰的圖像，然後進行特徵提取。

用戶之後再次使用指紋識別時，只要通過特徵點校對，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。

• 蓋板是指晶片保護材料是藍寶石、玻璃或者陶瓷的電容式指紋識別；

• Coating 鍍膜是指在指紋晶片表面鍍一層保護膜，相對於蓋板更容易磨損，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。

 

超聲波指紋識別的原理與聲吶類似，先發出超聲波，然後接收靠特定頻率的信號反射來探知指紋的具體形態，具體來講就是利用超聲波穿透材料的能力，根據不同材料產生的回波來區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屏下指紋識別。

同時，超聲波指紋識別受手指表面的汙垢、水等的影響較小，依舊能夠準確識別。

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

但由於需要較長的光程和足夠大的尺寸，到目前為止在智慧型手機中使用較少。並且光學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淨程度影響。

紋識別技術分類比較

目前大多數的指紋識別晶片封裝還是採用wire bonding 工藝，採用wire bonding 工藝會有金屬引線的存在，為了保證指紋識別晶片表面與蓋板材料或者coating 貼合，則需要進行塑封，保證晶片表面平整並將金屬引線掩埋。

但塑封之後會增加晶片厚度，一定程度影響識別精度。

廠商出於成本和TSV 產能限制的考慮，目前中低端產品更加趨向於使用wire bonding 工藝，特別是coating 方案，技術比較成熟，對於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。

開孔式指紋識別剖面圖

TSV 封裝（矽通孔封裝技術）可以使晶片的有效探測面積大幅度增加，並且使晶片的厚度和模組的厚度都實現縮減。但現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於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後臵coating 方案，指紋晶片使用TSV 封裝的機會降低。

未來一年的時間裡，指紋識別晶片封裝推廣應用TSV 封裝的速度可能並不能達到大家預期。

 

但隨著TSV 封裝技術越來越成熟，成本降低，指紋晶片封裝最終還是會選擇TSV+SIP封裝，使晶片和模組的體積更小性能更佳。

蓋板方案

coating方案

蓋板方案

美國Authen Tec 在2012 年之前一直是全球指紋識別晶片龍頭，當時市場上的指紋識別晶片幾乎是由Authen Tec 和FPC 兩家企業壟斷，並且Authen Tec 市場份額遠超瑞典FPC，份額比大約為8:2。

但在2012 年被蘋果收購後，獨家供應蘋果，此時FPC 加大研發投入、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寶石按壓指紋識別設計方案（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折點。

Authen Tec 現在也在研發屏下指紋識別，但是進展似乎並不順利，根據目前曝光的iPhone8，指紋識別大概率設臵在電源鍵上，也就是在手機側面，說明Authen Tec 的屏下指紋識別技術目前並未達到蘋果要求。

Synaptics 成立於1986 年，是一家全球領先的移動計算、通信和娛樂設備人機界面交互開發解決方案設計製造公司。2013 年Synaptics 以2.55 億美元收購收購Validity 之後，Synaptics 便開始涉足指紋識別行業。

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二線手機廠商聯想、金立等在使用。

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

同年，Synaptics 又宣布推出業內首款面向智慧型手機和平板電腦的光學指紋傳感器的Natural ID?系列生物認證解決方案FS9100，該方案可穿透1mm 的完整蓋板玻璃完成高解析度掃描，並實現簡潔、無需按鍵的工業設計。

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、生產和銷售指紋識別技術，主打背面按壓式coating 指紋識別方案。在國內廠商崛起之前，除了蘋果、三星，其他手機廠商幾乎都是使用FPC 的指紋識別晶片。

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

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、藍寶石、陶瓷）、隱藏式（IFS）、活體指紋檢測全系列晶片的公司，目前主打產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。

之後，匯頂科技又憑藉技術和成本優勢，獲得國內一線手機廠商華為、OPPO、vivo、小米等的大量訂單。

魅族2016 年旗艦機PRO6 Plus 搭載了匯頂的活體指紋識別晶片；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）。

思立微目前已經擁有coating 指紋識別方案、陶瓷/玻璃/藍寶石蓋板指紋識別方案，主打產品還是後臵的coating 指紋識別方案。

思立微的母公司是格科微，得益於思立微本身在觸控領域的積累和格科微在攝像頭領域的影響力，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韓國企業，光學觸控鍵生產商。  

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用於指紋傳感器。這種新材料其耐用性是現有高強度玻璃陶瓷材料的兩倍，達到8H硬度，接近藍寶石玻璃的9H硬度，但是價格要低很多，另外一大優點是能做到只有藍寶石玻璃層十分之一薄。

其主要客戶為三星、LG等。

敦泰於2005年由數名來自美國矽谷IC業界的資深華人專家在美國註冊成立，並於2006年遷址回亞洲，在深圳及臺灣設立了研發及工程服務中心。

2007年開始投入並逐漸全面專注於電容式觸控螢幕控制晶片的設計研發、製造及銷售，是一家具有全球影響力的華人IC設計公司。   

據敦泰高管介紹，敦泰的指紋識別採用基於軟體無線電的高靈敏檢測技術，與AuthenTec，FPC，Validity等晶片原理不同，敦泰採用了大量通信領域信道技術，完全不同的原理，更好的性能，也不存在相關行業的專利問題。

臺灣公司，專注於電容式指紋識別傳感器IC設計、研發、測試及銷售業務，同時擁有IC設計技術與系統設計技術研發團隊，包含晶圓製程與封裝技術的設計能力。三星Note5搭載的是神盾的指紋識別方案。