安卓涉水指纹识别 隐藏式方案或成主流

　　苹果在推出带指纹识别iPhone的那一年里出尽风头，同时也让安卓和其他阵营的手机生产厂商压力山大，如何迅速形成可批量投产的带指纹识别功能手机，成为技术人员们日夜思索的问题。说到指纹识别，还是让我们先从其核心环节——算法和传感器说起。

　　1.算法、传感器是指纹识别产业链重中之重

　　指纹识别产业链包括传感器、算法芯片等环节，其中方案提供商和传感器提供商占据核心位置。在移动终端中传感器和算法往往由同一家公司提供，再与软件、IC 环节密切配合，然后做成模组，其中算法——指纹识别传感器——模组——整机构成了整个产业链的核心环节。

　　在指纹识别过程中，指纹识别算法对采集的指纹图像预处理，数据特征提取，特征匹配，指纹识别等全过程发出一系列指令。指纹识别传感器(通常被称为指纹识别芯片，但不同于算法芯片)负责采集指纹信息，是指纹识别系统的核心部分，整个指纹识别系统的大半成本也在于此，根据采集方式可以分为滑动式、按压式，根据采集塬理可分为光学、电容式、射频(电容式的一种)、超声波等。

　　图1：指纹识别算法 

图2：指纹识别模组结构

　　目前全球主要的算法和传感器提供商主要包括Authen Tec(美国)、Valadity sensors(美国)、FPC(瑞典Fingerprint Cards AB)和国内的汇顶科技等、其他方案商如韩国的CrucialTec、挪威的IDEX、以及国内的敦泰科技、思立微、迈瑞微、比亚迪等，大部分还处于客户认证或小批量阶段。其中Authen Tec 已于2012 年被苹果以3.56 亿美元全资收购，Authen Tec 也由此停止对外授权，仅用于苹果产品，因此全球非苹阵营的手机厂商把目光主要集中在Valadity、FPC、汇顶科技等算法公司。

　　图3：指纹识别产业链

　　2.按压式方案逐渐步入成熟

　　如前所述，指纹识别按照采集方式可以分为滑动式、按压式，按压式只需轻轻把手指放置在传感器位置即可，在此期间传感器会采集多次，可以提高识别率，而且可以360 度全方位识别，符合用户的行为习惯。相比而言，滑动式除了成本较低外，在体验、性能上都明显落后于按压式。

　　表1：按压式与滑动式比较 数据来源：百度文库

　　从iPhone 5s 开始搭载指纹识别开始，苹果就采用了按压式的采集方案，苹果通过按压式(采集方案)+金属圆环(启动并发射射频信号)+射频式(采集技术)的方案保证了优质的用户体验。这也是按压式指纹识别首次在消费电子领域应用。

　　苹果的示范作用带动叁星、HTC、华为等非苹阵营龙头厂商跟进，2013年底开始叁星、HTC 陆续与Validity 合作，推出滑动式的指纹识别手机，但体验和反响一般。我们认为按压式的方案毫无疑问是未来的主流，2014年开始非苹阵营的按压式方案陆续成熟，包括类似iPhone 的开口式(实体Home 键)方案、以及隐藏在TP 面板下的隐藏式方案，其中前者已经有华为Mate 7，魅族MX4 Pro上市。上述两个方案预期将在2015年快速提升非苹阵营的指纹识别推进速度，业界已经在进行指纹识别算法芯片与触控驱动芯片融合的研发，长期来看，与显示屏和触摸屏全面整合的方案将有望成为最终形态，虽然短期面临成本等方面的极大障碍。

　　图4：指纹识别方案演进

　　华为Mate 7 是全球第一款搭载按压式指纹识别模块的Android 手机，采用的是FPC的1020 方案。2013年底FPC 在全球率先推出面向Android 终端的电容式触摸指纹传感器FPC1020，目前有1011、1020、1021、1150 等型号，精度最高228*228 像素，像素密度508dpi。FPC 指纹传感器采用了自己独特的HSPA(高灵敏度像素放大器)技术，允许传感器每个像素单元能检测到非常微弱的信号)。

　　3.隐藏式方案或成为主流 蓝宝石材质更适配

　　对很多Android 手机来说，并没有iPhone 那么大的Home 键，或者通常是采用虚拟按键的形式，迫使手机厂商要对手机工业设计做出较大改变，无论是在手机Home 键位置开孔(还要保证10mm*10mm 左右的大小)还是在手机背面机壳开孔，都需要重新设计。

　　例如华为Mate 7、HTC One Max 将指纹识别做在后盖上，魅族MX4 Pro 特意开孔做在正面Home键位置。国内汇顶科技、台湾茂丞科技等发布的隐藏式方案可以直接将指纹识别模块隐藏在TP 面板下面，无需开孔，无需改变工业设计，有望成为非苹阵营主流方案，帮助非苹阵营加速指纹识别普及。2014年9 月汇顶科技发布 “指纹识别与触控一体化技术——IFS“，汇顶与TPK 合作，将指纹传感器隐藏于TP 面板之下，例如做在虚拟的Home 键位置，再通过FPC 连到主板上即可，简化了指纹识别模组。可以同时支持蓝宝石盖板或强化玻璃盖板。台湾茂丞科技也发布了类似的方案，采用的射频式采集技术，可以隐藏于盖板之下，不影响全平面的设计，具有耐用不易破坏、美观、易于整合等优势。

　　指纹识别传感器往往采用电容式传感技术，与电容屏触控IC 有相似之处，只不过识别尺度要从5mm 级别细化到50um(指纹尺度)，在同样厚度条件下对驱动IC 灵敏度的要求有数十倍甚至上百倍的提升。与目前Android 阵营常用的Coating 方案相比，隐藏式方案的最大挑战在于将传感器放在盖板之下，厚度远大于Coating 方案，因此信号衰减很大，这就需要驱动IC 有极高的信噪比，采用通常的强化玻璃，灵敏度要达到Coating 方案的60 倍，介电系数较高的蓝宝石盖板材料能够把传感器灵敏度要求降低至20 倍。隐藏式方案对传感器、算法的要求比Coating 方案要高出不少，但目前看来传感器和算法并不存在太大瓶颈，汇顶表示2014年内IFS 方案已导入1-2 家大客户，2015年Q1 量产。

　　表2：隐藏式指纹识别对驱动IC 灵敏度要求极高(强化玻璃介电系数低于蓝宝石材料)

　　长期来看，与显示屏和触摸屏全面整合的方案有可能出现，但任重道远。指纹识别与触控的整合尚处于开始阶段，目前仍只能局限在10*10mm 左右尺寸，几百到几千像素的识别能力，主要放在Home 键位置，Synaptics、Atmel 等厂商的长期目标是把指纹识别集成到显示区域。Synapics 2013年以4.75 亿美元收购日本瑞萨显示驱动IC，进军显示器集成市场，希望把显示、触控、指纹识别融合起来。Atmel 也获得一项能够同时检测触摸和指纹识别的电容传感器专利，但触控IC和指纹传感驱动IC 并没有整合在一起。

　　图5：Atmel 专利——能够检测触摸和指纹识别的电容式触摸屏

　　将指纹识别功能与显示和触控整合可以时刻识别用户，提升用户体验，但实现起来任重道远：

　　1) 传感器：全幅面检测指纹需要巨大的传感器，精度极高、短期看来成本极高，利用这个精度极高的指纹识别模块大部分时候检测手指位置大材小用，而识别速度也需要大幅提升;

　　2) 算法和算法芯片：同样的，算法和算法芯片的要求也将大幅提升，至于芯片的整合，指纹识别算法芯片也经历了从DSP、ARM 通用芯片到专用芯片(ASIC)的过程，再与触控驱动IC 甚至显示驱动IC 整合是长期趋势，但短期也要考虑经济性的问题。

　　4.传感器封装、模组环节工艺成熟 量产毫无压力

　　除了方案提供商外，指纹识别产业链另一大重要环节就是指纹识别芯片(传感器)的制造、封装、模组。

　　制造：从目前的产业格局来看，指纹识别芯片制造环节主要交给台积电、中芯国际等晶圆制造大厂，以主要的采集技术电容式传感器为例，传感器中的像素点大小为45um2，间隔为50um，一般采用标准的单-多晶硅叁层金属CMOS 工艺进行制造(在金属互连的第叁层形成电容像素层，与指纹的嵴和谷形成不同大小的电容)，线宽在0.5um 级别，对晶圆厂来说毫无压力。

　　封装：封装环节难度不大，但根据各家方案商的方案会有区别，例如Validity 的 CoF(Chip-on-Flex)方案是封在金属化聚醯亚胺薄膜上，因此交给南茂做CoF 封装、泰林测试。FPC 做Coating 方案(参见表2)，以减少厚度、提高灵敏度。汇顶科技的按压式蓝宝石方案与AuthenTec 较为类似(包括思立微的方案也是如此)，都采用晶圆级封装，主要用到深刻蚀、打线工艺，由国内华天科技、晶方科技、长电科技封装，华天月出货量已有几百大片。

　　模组：模组环节将主要采用SiP 技术，而且与封装环节的上下游整合可能会成为趋势，尤其是对非苹阵营来说，技术上与触控模组、摄像头模组有相近之处，目前欧菲光、硕贝德等已积极布局。

　　在封装与模组整合的趋势下，封装环节(华天科技、晶方科技等)、模组环节(欧菲光等)有互相渗透的趋势，相对而言我们更看好技术壁垒更高的封装环节向模组环节延伸，尤其是WLCSP+TSV的3D 集成效果有利于减小模组体积。 另外值得注意的是，在隐藏式的方案下，触控厂商对模组环节可能更具控制力：如前所述，指纹识别传感器与触控IC 有相似之处，因此不少指纹识别方案商与触控IC 厂商关系密切或者本身就是触控厂商，例如被Synaptics 收购的Validity、国内触控IC 双雄汇顶和敦泰，台湾触控厂商义隆等等。

　　这也使得指纹识别部分产业链可以效仿触控产业链，尤其是模组环节，触控模组厂可以把触控IC和指纹识别模块同时做好出给下游，因此汇顶选择与TPK 合作，成本没有明显增加，量产进度也可以加快(汇顶的方案做成模组单价可以控制在10 美金以下，未来甚至可以做到5 美金左右)，触控厂商也将受益于隐藏式指纹识别方案的兴起。

        行业一部分领跑者推陈出新，必然带动其他竞争者的技术革命。苹果如果没有率先推出指纹识别，料想安卓阵营也不一定有此闲心在相关领域加大投入，不管这场技术革命结果如何?最终获益的必然是消费者，这也是市场竞争的魅力所在。（责编：张哲）

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