《意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器 - 苹果iPhone 7 Plus》
2017-03-30 10:55:16   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

意法半导体在飞行时间(ToF)传感方面潜心研究,目前已经推出了三代ToF传感器,包括VL6180X(第一代)、VL53L0X(第二代)、VL53L1(第三代)。而iPhone 7 Plus中的飞行时间(ToF)测距传感器是意法半导体为苹果公司定制的产品。

STMicroelectronics Time of Flight Proximity Sensor in the Apple iPhone 7 Plus

——拆解与逆向分析报告

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意法半导体(ST)的单光子雪崩二极管(SPAD)进入高端的苹果(Apple)手机

意法半导体(ST)的单光子雪崩二极管(SPAD)进入高端的苹果(Apple)手机

如今,飞行时间(ToF)传感系统是最有盈利空间的创新成像技术之一。市场上的主要消费类产品制造商都希望在各种智能硬件中集成飞行时间(ToF)测距传感器,以提供3D成像、接近感应、环境光感测、手势识别等功能。

意法半导体在飞行时间(ToF)传感方面潜心研究,目前已经推出了三代ToF传感器,包括VL6180X(第一代)、VL53L0X(第二代)、VL53L1(第三代)。而iPhone 7 Plus中的飞行时间(ToF)测距传感器是意法半导体为苹果公司定制的产品。

这款为苹果定制的产品位于iPhone手机前面、主扬声器上方,采用光学栅格阵列(LGA)封装形式,尺寸为2.8mm x 2.40mm,小于意法半导体对外公开销售的任一款ToF传感器。

苹果iPhone 7 Plus拆解分析

苹果iPhone 7 Plus拆解分析

本报告对意法半导体的飞行时间(ToF)测距传感器进行了详细分析,包括红外发射器(垂直腔面发射激光器,VCSEL)、红外探测器(单光子雪崩二极管,SPAD),以及传感器封装、成本和价格预估。

 意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器封装尺寸

意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器封装尺寸

意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器逆向分析

意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器逆向分析

VCSEL芯片剖面图

VCSEL芯片剖面图(样刊模糊化)

此外,本报告还对意法半导体的两代产品:VL53L0X和VL6180X进行了技术分析和比较,特别地说明了单光子雪崩二极管(SPAD)的技术演进情况。

意法半导体第二代飞行时间(ToF)测距传感器VL53L0X采用4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm回流焊封装,主要有以下优势:(1)不到30 ms即可提供最长2米的绝对距离读值;(2)快速模式:50Hz快速测距操作;(3)高精度(精确度控制在±3%范围内),低功耗(正常工作模式下功耗仅20mW,待机功耗只有5µA);(4)先进的环境光抑制的设计;(5)采用940nm红外光。

意法半导体两款飞行时间(ToF)测距传感器VL53L0X和VL6180X对比

意法半导体两款飞行时间(ToF)测距传感器VL53L0X和VL6180X对比

意法半导体第二代飞行时间(ToF)测距传感器VL53L0X采用了第二代FlightSense技术,可将测距长度扩至2米,精确度控制在±3%范围内,测量速度较第一代VL6180X产品更快,测距时间不足30ms。相比第一代技术,第二代FlightSense技术的核心优势,一方面在于持续优化算法,另一方面是采用了940纳米红外波段,在它的发射环境中,干扰更少,增强了对外部光源的抗干扰性能。

目前,意法半导体VL53L0X最大的应用市场是智能手机。第一代产品VL6180X就被全球手机厂商,如LG、华硕、OPPO、MEIZU、联想、中兴等,用于自动对焦辅助系统。根据去年发布的手机及折解评测,第二代VL53L0X也已经被应用在联想的MOTO G4+、华为的P9、P9+和V8,LG的G5、HTC的M10、MEIZU的PRO6之中。

麦姆斯咨询认为,随着消费电子、智能手机、智能家居、无人机等产品的发展,在室内环境中对距离感应技术的应用需求越来越多。比如智能家居产品中的水龙头、皂液器、干手机和冲洗器,都需要更精准快速地感应消费者的接近,或者手势,从而实现智能化操作。更加精确快捷的测距感应,可以大幅改进用户体验。未来,飞行时间(ToF)测距传感器还可以加载在商场的服务机器人。

意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器应用展示

意法半导体飞行时间(ToF)测距传感器应用展示

报告目录:

Overview / Introduction

STMicroelectronics Company Profile and Time of Flight technology

Apple iPhone 7 Plus Teardown

Physical Analysis
• Physical Analysis Methodology
• Package
- View and dimensions
- Package opening and wire bonding process
- Package cross-section: adhesives, PCB, filters, FOV
• VCSEL Die
- View and dimensions
- Wire bonding, cavity
- Cross-section
- Process characteristics
• ASIC Die
- View, dimensions and marking
- Die overview: active area, SPAD technology
- Die delayering, main block IDs and process
- Cross-section: metal layers, SPADs
- Process characteristics

Physical Comparison with VL53L0X and VL6180X
• Package, Functions, FOV, Optical Blocking Package, ASIC and VCSEL, SPADs

Manufacturing Process Flow
• Overview
• ASIC Front-End Process
• VCSEL Front-End Process
• ASIC Wafer Fabrication Unit
• VCSEL Wafer Fabrication Unit
• Packaging Process Flow
• Final Assembly Unit

Cost Analysis
• Cost Analysis Overview
• Main Steps Used in the Economic Analysis
• Yield Hypotheses
• ASIC and VCSEL Die Cost
- Front-end cost
- Back-end: Tests and dicing
- Wafer and die cost
• Component
- Front-end cost
- Back-end: Tests and dicing
- Wafer and die cost

Estimated Price Analysis

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