用在小米6上的汇顶科技的IFS指纹识别详细解析，为什么这么火？
今日，全球知名终端品牌小米在北京工业大学体育馆召开新品发布会，小米2017年度旗舰机——小米6的神秘面纱被揭开。这款备受期待、凝聚小米公司探索精神的旗舰机被誉为“梦幻之作”。小米6采用了来自汇顶科技（上证股票代码：603160）全球首创并拥有自主知识产权的Invisible Fingerprint Sensor（IFS）指纹与触控一体化技术，实现了“一体化”前屏面板设计和前屏“无孔式”指纹认证，呈现给终端用户宛如艺术品的高颜值和发烧级的用户体验。
IFS指纹识别方案 为科技与艺术而生
小米6首发上市产品采用的IFS指纹识别芯片由汇顶科技独家提供，体现了小米对汇顶科技产品创新性的认可、及对其专业服务与交付能力的信赖，也体现了双方致力为消费者打造极致用户体验、矢志不渝带来颠覆性创新产品的共同志愿。IFS指纹识别方案已经获得多家国际知名终端品牌客户的青睐并实现了大规模商用，在产品性能和质量等方面能够满足客户与消费者的更高需求。
IFS技术是基于电容式指纹识别原理，通过汇顶科技创新的芯片设计及图像算法，能够有效穿透手机触屏玻璃面板，实现精准快速的用户指纹特征获取、比对、认证的一项软硬件综合创新技术。IFS指纹识别模组能够直接贴合在触控屏玻璃面板下方，无需在手机正面或背面挖通孔，既便于终端厂商完美保留原有的外观设计风格，又能满足时下最流行的窄边框设计，更能起到防水防尘的效果，最终实现更便捷的指纹识别体验与更佳视觉享受。
开创性创新 振兴“中国芯”
智能终端市场的蓬勃发展与消费者对产品创新体验的更高追求，使终端品牌厂商和产业链上下游的技术创新面临更多挑战。汇顶科技始终坚持软硬件解决方案相结合的自主创新，潜心钻研，在焦灼的行业竞争背景下，打破技术瓶颈，实现了多项颠覆式开创性的创新技术并成功商用，屡获国际国内大奖。截止2017年3月，汇顶科技已申请、获得国际国内专利共1200余件。近日，汇顶科技又凭借其在2016年优异的市场表现荣获“2016年中国集成电路设计十大企业”的称号。同时，IFS™指纹识别方案也在2016年一举斩获了CES全球创新大奖，汇顶科技由此成为首个获得该项大奖的中国IC设计公司。
? 凭借持续领先的技术创新和广泛的全球终端客户商用，汇顶科技已发展成为全球指纹识别领域的技术创新领导者。作为立足中国，放眼全球的芯片设计公司，汇顶科技将继续以推动中国半导体产业发展为己任，持续强化研发投入并将技术创新成果规模商用，为全球的终端消费者带来更安全、更便捷、更智能的应用体验。
因此，在手机厂商出于防水、美观要求而致力于取消Home键的背景下，盲孔电容式Under Glass方案有望在近期内成为指纹识别的主流。
2016年12月，采用汇顶IFS技术的联想ZUK Edge手机发布。2017年2月，华为发布全新旗舰机P10，部分手机采用了汇顶的IFS技术，这表明盲孔电容式Under Glass指纹技术已经具备量产所需的成熟度。
目前Under Glass方案的难点在于：首先玻璃本身非常脆弱，如果挖槽，会降低整块玻璃的强度，加大玻璃加工的难度，这对康宁、AGC、肖特等玻璃原材料供应商和蓝思、伯恩、星星科技等玻璃加工商而言，具有一定的挑战性；为了提高信号的信噪比，减少信号在塑封材料中的损失，芯片的封装需要采用先进的TSV技术（可有效缩减芯片厚度）；盲孔的深度及平整度公差很难控制，而采用TSV的指纹芯片需要直接与玻璃贴合，因此对于玻璃加工而言有较高的技术要求。
与此同时，基于现在主流的正面开通孔式方案的升级产品——可以嵌入玻璃的“超薄式”正面玻璃/陶瓷盖板模组的指纹识别，由于可以提高屏占比，今年也可能被一些旗舰机型采用，也是重要趋势之一。
采用“超薄式”正面玻璃/陶瓷盖板的指纹识别模组，可以有效缩小整个模组的体积，尤其是厚度，从而使得整个模组的厚度不超过盖板玻璃。这样的话，手机的显示屏幕便可以向下拓展，与指纹Home键的距离更加紧密（甚至可以覆盖Home键位置），从而大幅提升整个屏幕的屏占比。
目前，该方案已经开始在多家手机厂商测试，有望成为今年的趋势之一。由于传统的wire bonding封装是难以有效缩减芯片厚度的，采用TSV封装可以解决该问题。
2TSV先进封装将成为指纹识别产业链重构的重要受益者
2014年苹果iPhone5s搭载指纹识别，主要采用的是“trench+ wire bonding（深坑+打线）”的工艺进行芯片级的封装。
事实上，采用wire bond（打线）的封装工艺需要进行塑封，这将使得芯片的厚度增加，对于寸土寸金的智能手机而言，尤其是在各大手机厂商竞相“求薄”的背景之下，wire bond并不是最佳方案。同时，尽管iPhone5s结合了trench+ RDL+ wire bond的封装工艺，来缩小芯片尺寸，减少信号损失，但是随着更优的封装方案TSV的崛起，苹果在随后的iPhone6s和iPhone7中，果断将指纹识别封装切换至TSV方案，由台积电提供封装服务。
如同SITRI对苹果iPhone7的指纹芯片拆解，采用TSV（硅通孔）封装技术之后，芯片的有效探测面积大幅增加，芯片的厚度和模组厚度都实现了缩减。第一代Touch ID Sensor（iPhone5s/6采用）为88 x 88像素阵列，第二代Touch ID Sensor（iPhone6s/7采用）为96 x 112像素阵列，足足提高了近40%，像素的大幅提升带来识别精度的提升。
事实上，苹果公司在指纹识别领域是走在最前列的，无论是第一代Touch ID Sensor采用的trench+wire bonding工艺，还是第二代Touch ID采用的TSV工艺，在技术上都是非常先进的，都是非常紧缺的封装资源，当然成本也非常高。对于除了苹果之外的手机厂商而言，无论是出于成本方面的考虑，还是资源方面的考虑，指纹识别芯片封装采用TSV工艺的比例还是非常少的，大多数厂商采用的是wire bonding工艺。
目前，大多数指纹识别方案，芯片采用wire bonding工艺进行封装，技术成熟，成本低。由于表面需要与盖板材料贴合，因此在芯片的正面会进行塑封处理，将金属引线掩埋起来，形成平整的表面。塑封的存在会影响信号识别的精度，同时增加芯片的厚度，但是对于如今主流的开孔指纹形式来说，问题并不大，因为芯片+盖板材料（或CoaTIng）直接与手指接触，仍然可以实现较好的指纹识别体验。
2016年以来，一些手机厂商开始向苹果学习，对指纹识别芯片进行小规模的trench或TSV封装，如华为Mate9 Pro采用的是trench+TSV封装工艺（比直接TSV工艺容易一些）。因为先进封装直接的好处就是信号变强，指纹识别精度体验更佳，更重要的是芯片厚度变薄，从而缩减指纹模组的高度，可以扩大屏占比。
采用“超薄式”正面玻璃/陶瓷盖板的指纹识别模组，可以有效缩小整个模组的体积，尤其是厚度，从而使得整个模组的厚度不超过盖板玻璃。这样的话，手机的显示屏幕便可以向下拓展，与指纹Home键的距离更加紧密（甚至可以覆盖Home键位置），从而大幅提升整个屏幕的屏占比。由于传统的wire bonding封装是难以有效缩减芯片厚度的，采用TSV封装可以解决该问题。因此，该方案今年也可能被一些旗舰机型采用，也是重要趋势之一。
该方案与目前主流的正面盖板开孔式方案在产品结构方面基本一致，最大的区别在于出于模组减薄的考虑，芯片的封装形式将由传统的wire bonding改为TSV封装，这将利好TSV封装产业。
根据我们前文的分析，电容式Under Glass方案将成为指纹识别近期内的重要趋势之一，目前有两种方案——在盖板玻璃的正面或背面开盲孔。芯片是直接内置于盖板玻璃之下的，本来电容信号穿透玻璃就已经存在较大困难，如果还有塑封材料的话，信号质量将更加堪忧。如果不采用塑封的话，wire bonding的键合线直接暴露在外，会导致芯片正面不够平整，是无法与盖板玻璃紧密贴合的。因此，我们认为，在电容式Under Glass方案大势所趋的背景之下，TSV封装将取代wire bonding成为必然之选。
随着半导体工艺走到28纳米以后，缩小工艺尺寸所带来的成本下降曲线（性能上升）已经不能符合以往的斜率，目前来看，单纯缩小工艺尺寸的方法确实难以维系摩尔定律，但是，延续摩尔定律并不是只有缩小工艺尺寸一条路可以走。以立体封装为代表的先进封装技术就能够在不缩减工艺尺寸的前提下，增加集成度从而提升性能降低成本，所以这种技术路线也被称为新摩尔定律或者超越摩尔（More than Moore）。
目前，先进封装技术是指第四代IC封装技术，包括SiP、WLP、TSV等技术，具有尺寸缩小化、引脚密集化与系统集成化等特点。SiP（系统级封装）是指利用各种堆叠集成技术，将多个具有不同功能的芯片及被动元件集成到尺寸更小的封装元件上，形成一个系统，可以优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度；WLP（晶圆级封装）是在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC颗粒，因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸；TSV（硅通孔）技术在芯片间或晶圆间制作垂直通道，实现芯片间垂直互联，具有高密度集成、电性能提升、异质集成等优势。
由于先进封装在提升芯片性能方面展现的巨大优势，未来几年全球主要厂商都会在先进封装上持续投入。根据全球知名咨询机构YOLE的预测，从2015年到2020年，全球先进封装市场年复合增长率预计为7%。其中，对先进封装在中国的发展更为看好，增长可期的中国集成电路产业、全球在先进封装领域的持续投资、愈演愈烈的半导体公司并购，以及中国政府的引导作用，将使中国先进封装市场的增速远大于世界平均增速。预测中国先进封装市场2015-2020年复合增长率为16%，2020年中国先进封装市场规模可达40亿美元（2015年市场规模约为20亿美元）。
TSV（硅通孔）技术作为3D封装领域最核心最基本的技术，已经成为CIS图像传感器、高端存储器的首选互连解决方案。硅通孔技术还实现了逻辑电路与CMOS图像传感器、MEMS、传感器以及射频滤波器的异质集成。在不远的将来，硅通孔技术还将实现光子和LED的功能集成。
全球TSV工艺晶圆预计高增长。根据YOLE的预测，到2020年3D和2.5D TSV互连技术市场预计将达到约200万块晶圆，复合年增长率将达17%。市场增长驱动力主要来自高端图形应用、高性能计算、网络和数据中心对3D存储器应用的需求增长，以及指纹识别传感器、环境光传感器、射频滤波器和LED等新应用的快速发展。
目前，TSV技术的应用领域主要集中在CIS（CMOS图像传感器）和MEMS产品，同时FPGA芯片、Memory存储器、指纹传感器、射频芯片等领域也逐渐开始应用。尤其是在CIS领域，TSV可以大幅缩减芯片尺寸，对于寸土寸金的智能手机而言极其关键。例如，CMOS图像传感器的领导厂商索尼，通过full-filled TSV和via last方法来实现图像传感器与CMOS芯片堆叠，使得芯片表面的面积利用率提高（90%），减小芯片尺寸。这项技术称为Exmor，采用3D堆叠集成方法，这已经成为趋势。
2晶方科技指纹识别TSV封装业务将爆发
2013年9月苹果iPhone5s搭载指纹识别，主要采用的是“trench+ wire bonding（深坑+打线）”的工艺进行芯片级的封装。苹果iPhone5s的指纹识别做trench+RDL的工艺在台湾精材和苏州晶方进行，芯片做完RDL后，再由日月光完成wire bonding以及SiP模组的制作。2014年苹果推出的iPhone6继续采用与5s一致的芯片封装技术
晶方科技已经开发出了世界上第一个ETIM™ （Edge Trench Interconnect Module） 技术。ETIM™ 方案包括晶圆级互连方法、先进的模块制造等众多先进的传感器封装相关的技术，可以说是目前最先进的指纹传感器模块技术之一。ETIM™解决方案可以实现更小的外形、卓越的可靠性、出色的传感器功能和性能，可以创造出比以往更薄和更先进的电子产品。
汇顶科技现已发展成为全球人机交互及生物识别技术领导者，晶方科技是汇顶科技重要合作伙伴。汇顶科技于2014年第四季度进军指纹识别领域，在短短三年内，迅速卡位市场，在非苹果系的智能手机领域，市占仅次于FPC，位居第二。在切入指纹识别初期，就推出了指纹传感器技术、指纹匹配算法两项核心技术，并利用这两项技术研发出业内领先的指纹芯片产品GF9系列，主要应用于智能手机等终端。推出了市场领先的全系列指纹芯片产品，并成功应用于中兴、乐视、魅族、VIVO、金立等知名品牌手机客户。在指纹芯片的封装方面，具备先进封装技术和丰富经验的晶方科技，成为了汇顶科技重要的合作伙伴。
