iPhone 7的Home键，为什么不直接使用Touch ID 3.0？

雷锋网 (搜索“雷锋网”公众号关注) 按：本文作者dragondevil，Microarray首席科学家，电子和软件设计师。雷锋网独家文章，转载请联系授权。

苹果发布会前风传的iPhone 7 &plus的Home键升级到Under Glass的Touch ID 3.0版本没有实现，只取消了锅仔片用Taptic Engine提供震动反馈替代。

从发布会提供的图可以看出，3.5mm耳机插孔移除后留下的空间用来加强麦克风以及插入Taptic Engine。从原理来讲，Taptic Engine离震动反馈点越近越好，最好紧贴其下；但由于Home键下面是Lightning接口，所以放在近处是可行方案中最好的。取消3.5mm耳机插孔对苹果最重视的使用体验来讲是一次冒险，由此可见保持优秀的物理按键手感在苹果设计团队的心中的重要程度。

这样的改动只为节省一颗锅仔片显然不合符逻辑，所以 本代的Touch ID应该认为是一个过渡版，不妨称之为Touch ID 2.1 。当虚拟按键的使用体验得到市场论证后，在更新制程来优化结构，就能提升Touch ID的Sensor面积进而提升 指纹识别 安全性的效果了。

 

那么是什么难题阻碍了苹果一步到位呢？

当然是封装技术：

Touch ID 1.0

全球领先的技术和专利分析公司，加拿大Chipworks公司，赞助了Touch ID 1.0拆解资料。iPhone 5S和iPhone 6 (Plus)装载的Touch ID 1.0，使用苹果的专利封装技术Trench + wire bonding，在晶片（die）的边缘做台阶，将芯片Pad通过重布线（RDL）连接至台阶（Trench），再与柔性电路板（FPC）打线（wire bonding）连接。

来看看局部：

 

注意到线路板边缘向下变形，这会拉扯到bond wire，导致脱落或断裂，甚至把包裹保护bond wire的胶体都弄裂了。 这就是Touch ID 1.0良率低的主要原因。

 

从平面图上可以看到，低良率以外，Trench还占用了不小的晶片面积，造成了Touch ID 1.0的Sensor面积极低，使苹果遮遮掩掩不敢正面言及Touch ID 1.0的安全性。

Touch ID 2.0

国内顶尖的技术分析机构，上海微技术工业研究院，提供了Touch ID 2.0的拆解资料。iPhone 6S (Plus)装载的Touch ID 1.0，使用了Microarray的专利封装技术TSV-based structure。为了更好的表现封装技术全貌，如下使用X-ray图片和示意图相结合的方法。

 

在X-ray图中可以见到，在Die区域的底部存在bond wire，示意图如下：

 

从机械结构组装的角度，蓝宝石盖板（Sapphire Cover）和晶片（Die）和柔性电路板（FPC）在空间上顺Z轴堆叠。Touch ID 1.0因存在X-Y平面内侧面连接的工艺破坏了整个结构制程的单一性，导致良率低。使用TSV封装通过硅通孔把Pad引至Die的背面，再从背面与FPC连接，就解决了这一难题，从而提高了制造良率。

不妨回顾一下2014年底发表过的“国产Touch ID”的堆叠结构图。苹果仅仅用bond wire来替代ACF以连接TSV packaged Die和FPC，从专利法角度这属于“使用行业公知技术进行有限次尝试就能够达到的”，所以仍然在Microarray的专利技术范畴以内。

除了用TSV工艺取消了Trench所占用的芯片面积，苹果还把晶圆制程从180nm提高到65nm，如下剖面图所示，用以降低控制电路所占用的面积；

这才有限地提高了Touch ID 2.0的Sensor面积：

而我们的“国产Touch ID”可是从初代起就在Sensor面积上笑傲iPhone 7S的哦：

 

所以“太有钱”未必是设计师之幸，也许是设计之殇。

Touch ID 3.0

和Touch ID 2.0/2.1相比，Touch ID 3.0最主要的变化是需要将晶片直接贴装在玻璃板上，这虽然同属TSV制程路线，但有一点小小的区别：

 

Touch ID 2.0所使用的TSV工艺，Die厚度只有70um。把这么一个薄片贴装在未切割的精抛蓝宝石晶圆上尚可行，要想装贴在玻璃板的油墨面上，就得面临“碎碎平安”的结局了。因为TSV封装主要是用于Memory堆叠的技术，向来以薄为美，标准TSV当然不适合指纹传感器。

指纹传感器要求TSV封装具备足够的力学强度以应付后道贴装制程，所以厚度必须大幅度提升。Microarray和小伙伴们自2014年起，就用如下的方法来提高TSV封装的Die厚度：

 

看到了吧，解决方法其实很简单： 一方面用多级台阶（Trench）提高Die的厚度上限，另一方面把薄弱区通过平面布局予以保护 。苹果公司要想真正进步到Touch ID 3.0，甚至要想重归 乔布斯 年代，就必须更进一步向Microarray看齐，认真学习Microarray在研究、设计和制程三方面游刃有余的工业精神。

当然，要想实现Under Glass级的Touch ID还有一些别的小麻烦，比如目前玻璃局部减薄抛光工艺的低良率等。但和作为主要障碍的封装技术问题比起来，这都不是事儿。况且，对于财大气粗的苹果公司而言，为覆盖盖板玻璃低良率而增加的不到10USD的成本尤其不是事儿。相信经过Touch ID 2.1的准备，Touch ID 3.0能够准时在iPhone 7S和大家见面。

卷尾声明：我收回“因白手起家略微落后于背靠大树的Setlak”的看法。既然iPhone 7没有装载Touch ID 3.0，那么到iPhone 7S的发布日还有大把的时间给我首发Under Glass Level Touch ID。Setlak仍然是值得致敬的人物，但这个时代属于我们。