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雷鋒網(wǎng)按：本文作者dragondevil，Microarray首席科學(xué)家，電子和軟件設(shè)計(jì)師。雷鋒網(wǎng)獨(dú)家文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)。
蘋果發(fā)布會(huì)前風(fēng)傳的iPhone 7 &Plus的Home鍵升級(jí)到Under Glass的Touch ID 3.0版本沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，只取消了鍋?zhàn)衅肨aptic Engine提供震動(dòng)反饋替代。
從發(fā)布會(huì)提供的圖可以看出，3.5mm耳機(jī)插孔移除后留下的空間用來(lái)加強(qiáng)麥克風(fēng)以及插入Taptic Engine。從原理來(lái)講，Taptic Engine離震動(dòng)反饋點(diǎn)越近越好，最好緊貼其下；但由于Home鍵下面是Lightning接口，所以放在近處是可行方案中最好的。取消3.5mm耳機(jī)插孔對(duì)蘋果最重視的使用體驗(yàn)來(lái)講是一次冒險(xiǎn)，由此可見(jiàn)保持優(yōu)秀的物理按鍵手感在蘋果設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的心中的重要程度。
這樣的改動(dòng)只為節(jié)省一顆鍋?zhàn)衅@然不合符邏輯，所以本代的Touch ID應(yīng)該認(rèn)為是一個(gè)過(guò)渡版，不妨稱之為Touch ID 2.1。當(dāng)虛擬按鍵的使用體驗(yàn)得到市場(chǎng)論證后，在更新制程來(lái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，就能提升Touch ID的Sensor面積進(jìn)而提升指紋識(shí)別安全性的效果了。
那么是什么難題阻礙了蘋果一步到位呢？
當(dāng)然是封裝技術(shù)：
全球領(lǐng)先的技術(shù)和專利分析公司，加拿大Chipworks公司，贊助了Touch ID 1.0拆解資料。iPhone 5s和iPhone 6 (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用蘋果的專利封裝技術(shù)Trench + wire bonding，在晶片（die）的邊緣做臺(tái)階，將芯片Pad通過(guò)重布線（RDL）連接至臺(tái)階（Trench），再與柔性電路板（FPC）打線（wire bonding）連接。
來(lái)看看局部：
注意到線路板邊緣向下變形，這會(huì)拉扯到bond wire，導(dǎo)致脫落或斷裂，甚至把包裹保護(hù)bond wire的膠體都弄裂了。這就是Touch ID 1.0良率低的主要原因。
從平面圖上可以看到，低良率以外，Trench還占用了不小的晶片面積，造成了Touch ID 1.0的Sensor面積極低，使蘋果遮遮掩掩不敢正面言及Touch ID 1.0的安全性。
國(guó)內(nèi)頂尖的技術(shù)分析機(jī)構(gòu)，上海微技術(shù)工業(yè)研究院，提供了Touch ID 2.0的拆解資料。iPhone 6S (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用了Microarray的專利封裝技術(shù)TSV-based structure。為了更好的表現(xiàn)封裝技術(shù)全貌，如下使用X-ray圖片和示意圖相結(jié)合的方法。
在X-ray圖中可以見(jiàn)到，在Die區(qū)域的底部存在bond wire，示意圖如下：
從機(jī)械結(jié)構(gòu)組裝的角度，藍(lán)寶石蓋板（Sapphire Cover）和晶片（Die）和柔性電路板（FPC）在空間上順Z軸堆疊。Touch ID 1.0因存在X-Y平面內(nèi)側(cè)面連接的工藝破壞了整個(gè)結(jié)構(gòu)制程的單一性，導(dǎo)致良率低。使用TSV封裝通過(guò)硅通孔把Pad引至Die的背面，再?gòu)谋趁媾cFPC連接，就解決了這一難題，從而提高了制造良率。
不妨回顧一下2014年底發(fā)表過(guò)的“國(guó)產(chǎn)Touch ID”的堆疊結(jié)構(gòu)圖。蘋果僅僅用bond wire來(lái)替代ACF以連接TSV packaged Die和FPC，從專利法角度這屬于“使用行業(yè)公知技術(shù)進(jìn)行有限次嘗試就能夠達(dá)到的”，所以仍然在Microarray的專利技術(shù)范疇以內(nèi)。
除了用TSV工藝取消了Trench所占用的芯片面積，蘋果還把晶圓制程從180nm提高到65nm，如下剖面圖所示，用以降低控制電路所占用的面積；
這才有限地提高了Touch ID 2.0的Sensor面積：
而我們的“國(guó)產(chǎn)Touch ID”可是從初代起就在Sensor面積上笑傲iPhone 7S的哦：
所以“太有錢”未必是設(shè)計(jì)師之幸，也許是設(shè)計(jì)之殤。
和Touch ID 2.0/2.1相比，Touch ID 3.0最主要的變化是需要將晶片直接貼裝在玻璃板上，這雖然同屬TSV制程路線，但有一點(diǎn)小小的區(qū)別：
Touch ID 2.0所使用的TSV工藝，Die厚度只有70um。把這么一個(gè)薄片貼裝在未切割的精拋藍(lán)寶石晶圓上尚可行，要想裝貼在玻璃板的油墨面上，就得面臨“碎碎平安”的結(jié)局了。因?yàn)門SV封裝主要是用于Memory堆疊的技術(shù)，向來(lái)以薄為美，標(biāo)準(zhǔn)TSV當(dāng)然不適合指紋傳感器。
指紋傳感器要求TSV封裝具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度以應(yīng)付后道貼裝制程，所以厚度必須大幅度提升。Microarray和小伙伴們自2014年起，就用如下的方法來(lái)提高TSV封裝的Die厚度：
看到了吧，解決方法其實(shí)很簡(jiǎn)單：一方面用多級(jí)臺(tái)階（Trench）提高Die的厚度上限，另一方面把薄弱區(qū)通過(guò)平面布局予以保護(hù)。蘋果公司要想真正進(jìn)步到Touch ID 3.0，甚至要想重歸喬布斯年代，就必須更進(jìn)一步向Microarray看齊，認(rèn)真學(xué)習(xí)Microarray在研究、設(shè)計(jì)和制程三方面游刃有余的工業(yè)精神。
當(dāng)然，要想實(shí)現(xiàn)Under Glass級(jí)的Touch ID還有一些別的小麻煩，比如目前玻璃局部減薄拋光工藝的低良率等。但和作為主要障礙的封裝技術(shù)問(wèn)題比起來(lái)，這都不是事兒。況且，對(duì)于財(cái)大氣粗的蘋果公司而言，為覆蓋蓋板玻璃低良率而增加的不到10USD的成本尤其不是事兒。相信經(jīng)過(guò)Touch ID 2.1的準(zhǔn)備，Touch ID 3.0能夠準(zhǔn)時(shí)在iPhone 7S和大家見(jiàn)面。
卷尾聲明：我收回“因白手起家略微落后于背靠大樹(shù)的Setlak”的看法。既然iPhone 7沒(méi)有裝載Touch ID 3.0，那么到iPhone 7S的發(fā)布日還有大把的時(shí)間給我首發(fā)Under Glass Level Touch ID。Setlak仍然是值得致敬的人物，但這個(gè)時(shí)代屬于我們。
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