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苹果iPhone X中的隐形冠军
2018-02-13 16:56:05   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询报道,iPhone X中真正突破性的进步在于光学系统。正如EE Times之前报道的那样,iPhone X的近红外3D摄像头(TrueDepth)是一款集成了五个子模块的复杂组合体,包括近红外摄像头、ToF测距传感器+红外泛光照明器、RGB摄像头、点阵式投影器和彩色/环境光传感器。

您可能会认为大家已经看到铺天盖地的苹果iPhone X智能手机拆解,但是还有一些厂商隐藏在幕后,没有获得足够的曝光。

当然,苹果iPhone X的逻辑集成电路(IC)是最早被拆解分析的,但是苹果真正的创新在于光学器件及模组、MEMS和传感器、封装和PCB技术等领域。

麦姆斯咨询报道,上周,EE Times与法国Yole和System Plus Consulting公司的分析师进行座谈交流。当被问及苹果公司在iPhone X上的最大突破时,Yole首席执行官兼总裁Jean-Christophe Eloy认为是:苹果公司为移动设备带来的新光学系统。他说:“苹果公司的重大里程碑是基于3D传感技术的Face ID,这项技术比任何现有的安卓(Android)智能手机中的人脸识别都准确!并且,现在正准确向平板电脑、汽车、门铃等领域蔓延。”

EE Times希望Eloy和System Plus Consulting公司首席技术官Romain Fraux能够深度剖析iPhone X智能手机中的亮点,并给出获的iPhone X“设计中标(Design Win)”的厂商。

位于奥地利的PCB制造商AT&S取得巨大胜利

分析师认为,欧洲PCB制造商AT&S(总部位于奥地利莱奥本)是对高集成度iPhone X的重要贡献者。

虽然TechInsights和iFixit的拆解专家也对iPhone X中的PCB“三明治”感到惊叹,但是Fraux指出,到目前为止,AT&S是唯一能够在PCB板上提供如此前所未有的高密度互连产品的厂商。

通过将两块PCB板堆叠在一起,Fraux预计苹果公司节省了iPhone X约15%的“占地面积”,进而使得苹果公司有了足够的“场地”安放额外的电池。

苹果iPhone X堆叠板

苹果iPhone X堆叠板

苹果iPhone X堆叠板的横截面图

苹果iPhone X堆叠板的横截面图

毫无疑问,改良型半加成法工艺(modified Semi-Additive Processes,mSAP)和先进的制造技术正以更低的成本和更快的生产速度,实现智能手机中的高密度互连。

iPhone X及iPhone 8大量使用高密度互连技术电路板,同时加上采用有机发光二极管(OLED)显示与无线充电等技术的整合,助长更多的软板(FPC)与软硬板(Rigid-Flex PCB)整合到智能手机之中,高端PCB工艺产品将成为重要的成长火车头,业界非常看好未来的PCB商机。

Eloy指出,AT&S的mSAP技术对公司近期财务业绩的贡献很大。AT&S近期报告显示,2017财年前三季度(2017年4月1日至12月31日)的营收同比增长24.5%,达到7.659亿欧元。

先进的基板工艺比较

先进的基板工艺比较

据麦姆斯咨询介绍,高密度互连线路PCB板采用积层法制作,简单说就是用普通多层板作为核心板材进行迭加与积层,再运用打孔、孔内金属化的工艺使各层电子电路形成内部电路连接效用,这会更节省布线面积、提高元器件密度。

Fraux解释说,半加成法(SAP)目前是生产精细线路的主要方法,其特点在于图形形成主要靠电镀和快速蚀刻。在快速蚀刻吋,由于蚀刻的化学铜层非常薄,因此蚀刻时间非常短,对线路侧向的蚀刻很小。与减成法相比,线路的宽度不会受到电镀铜厚的影响,比较容易控制,而且不易出现蚀刻未净等缺陷,提高了成品率。

mSAP与SAP的关键区别在于:mSAP有基铜,而SAP没有。基铜的厚度一般在3~9微米,如此薄的铜厚一般是通过覆铜箔层压板减薄铜得到。mSAP允许通过光刻定义几何形状,走线更加精确,最大限度提高了电路密度,并能够以较低的信号损失实现精确的阻抗控制。

博世(Bosch)为苹果公司定制开发IMU

苹果公司决定在其新款Apple Watch中增加LTE调制解调器(LTE modem),其中一个很大的挑战是:手机的厚度!类似地,MEMS传感器也遇到该挑战。

Fraux认为博世集团子公司Bosch Sensortec为苹果公司新款Apple Watch特别定制了6轴惯性测量单元(IMU)。这款IMU厚度从其上一代产品的0.9毫米厚度减小到0.6毫米,成为全球最薄的6轴IMU。这也使得:博世取代InvenSense,成为苹果新手机iPhone 8和iPhone X的供应商;同时也取代了意法半导体(STMicroelectronics),成为Apple Watch Series 3的供应商。由此看来,博世彻底击败了竞争对手。

苹果iPhone X中定制版博世6轴IMU拆解分析

苹果iPhone X中定制版博世6轴IMU拆解分析

“这三款苹果产品为博世带来了每年数以亿计的传感器销量。毫无疑问,博世实际上已成为消费类应用中MEMS IMU的领导者!” Fraux说道。

《苹果iPhone X中的博世6轴IMU》逆向分析报告指出,“在设计方面,博世做出了重大改变:特别是加速度计MEMS芯片,旧的单一质量结构被放弃,采用了可以获得更好传感性能的新结构。博世多年不变的MEMS制造工艺也进行了‘修订’,加速度计和陀螺仪都采用了新工艺。此外,新款ASIC芯片集成了传感器融合功能,用于处理加速度计和陀螺仪的数据,并且具有更低的功耗和附加功能。”

《苹果iPhone X中的博世6轴IMU》报告对苹果iPhone X中的博世6轴IMU进行详细的拆解与逆向分析,包括物理分析、工艺分析和制造成本分析。此外,还提供它与博世BMI160、意法半导体最新6轴IMU的对比分析。如果您想详细了解,欢迎购买该报告。

博通(Broadcom)LTE先进的系统级封装(SiP)

业界一直沉迷于英特尔(Intel)和高通(Qualcomm)之间的竞争,讨论谁将赢得苹果最新款iPhone的调制解调器订单。但是现在我们都知道了:他们两家在iPhone X中都是赢家,在不同地区的iPhone X机型中,一些调制解调器芯片来自英特尔,一些来自高通。

然而,讨论智能手机中的为射频前端模组设计的RF系统级封装(SiP)却较少,这难道不重要吗?

5G时代正在来临,智能手机中的RF器件数量将大幅增加,这与智能手机轻薄化的大趋势相悖。因此,我们认为先进的系统级封装、芯片集成技术将获得更广泛的采用,以缩小RF器件及模组尺寸。

Fraux强调说:“苹果iPhone X中的Broadcom / Avago先进的RF SiP达到了前所未有的集成水平:包含18个滤波器在内的近30颗芯片。Broadcom / Avago的这种设计是为了适应日本的中高频(Band 42, 3.6GHz)。”

博通(Broadcom)射频前端模组AFEM-8072拆解分析

博通(Broadcom)射频前端模组AFEM-8072拆解分析

这款博通(Broadcom)射频前端模组对于无SIM卡的智能手机至关重要。 Fraux指出,在iPhone X A1865和A1902中,Broadcom和Skyworks提供射频前端模组(FEM)。在iPhone X A1901中,Broadcom、Skyworks和Epcos是射频前端模组(FEM)供应商。

根据《手机应用的先进射频(RF)系统级封装-2017版》报告介绍:“目前,射频前端模组正在使用复杂的SiP架构,在单个封装中通常包含10~15个裸片(开关、滤波器、功率放大器)和几种类型的互连技术(引线键合、倒装芯片、铜柱)。未来的智能手机连接依赖于SiP创新,2017年~2022年SiP封装市场规模的复合年增长率将超过10%,超过整体半导体封装市场的7%增速。智能手机的射频前端模组市场将从2017年的123亿美元增长至2022年的228亿美元,复合年增长率为13%。先进的多芯片SiP封装拥有一大批满足5G需求的关键技术,具有启动或减缓5G市场的能力!”

此外,《手机应用的先进射频(RF)系统级封装逆向分析综述-2017版》报告针对目前主流的前端模组SiP封装技术进行了技术对比综述,囊括了三款高端旗舰智能手机(华为P10、三星Galaxy S8以及苹果iPhone 8 Plus)中的八款产品。在这些智能手机中,五家主要的供应商(Skyworks Solutions、Murata、TDK-Epcos、Qorvo 以及Broadcom)瓜分了前端模组市场。

智能手机中突破性的光学系统

Eloy认为,iPhone X中真正突破性的进步在于光学系统。正如EE Times之前报道的那样,iPhone X的近红外3D摄像头(TrueDepth)是一款集成了五个子模块的复杂组合体。

这五个子模块分别是:近红外摄像头(意法半导体提供)、ToF测距传感器+红外泛光照明器(意法半导体提供)、RGB摄像头(LG Innotek提供模组,索尼提供图像传感器)、点阵式投影器(ams提供)和彩色/环境光传感器(ams提供)。该3D摄像头模组使用柱形凸块连接近红外图像传感器(倒装芯片)以及包括四个透镜的光学模块。

 iPhone X的近红外3D摄像头(TrueDepth)的五个子模块

iPhone X的近红外3D摄像头(TrueDepth)的五个子模块

iPhone X的3D摄像头系统采用结构光原理,红外摄像头会读取点阵图案,捕捉它的红外图像,为用户人脸绘制精确细致的深度图,然后将数据发送至iPhone中央处理器——A11芯片中的安全隔区,以确认是否匹配。其中,点阵图案由红外点阵投影器(即结构光发射器)投射超过30000个肉眼不可见的红外光点形成。由于借助不可见的红外光,即使在黑暗中也能识别用户的脸。

意法半导体为近红外摄像头提供近红外图像传感器,适合人脸识别和移动支付等应用。近红外摄像头的图像传感器和点阵投影器一起工作,可实现高精度的深度感测功能。该图像传感器采用Soitec公司的Imager-SOI技术,具有更高的量子效率和极低的噪声。

ams提供的点阵投影器具有四项创新:(1)封装:采用插入陶瓷衬底的新型热管理方法;(2)专用垂直腔面发射激光器(VCSEL):采用由Broadcom集成电路驱动的专用光发射谱;(3)折叠光学(Folded Optical):采用晶圆级光学的折叠光路;(4)主动式衍射光学元件(Active DOE)。

意法半导体提供的“ToF测距传感器+红外泛光照明器”采用了自己的NIR VCSEL和单光子雪崩二极管(SPAD)。

iPhone X的ToF测距传感器+红外泛光照明器的拆解分析

iPhone X的ToF测距传感器+红外泛光照明器的拆解分析

ams为iPhone X智能手机定制开发了一款彩色/环境光传感器,改善了iPhone的环境光感测能力。这款传感器的架构使得其能感应很宽的光谱,结合扩散片(diffuser),6通道传感器芯片能感测紫外光、红光、绿光、蓝光、近红外1(NIR1)和近红外2(NIR2)。

如果您希望详细学习iPhone X近红外3D摄像头(TrueDepth),请购买我们精心制作的多份逆向分析报告:《苹果iPhone X近红外3D摄像头传感器》《苹果iPhone X的ToF接近传感器和泛光照明器》《苹果iPhone X红外点阵投影器》《苹果iPhone X中的ams多光谱传感器》

减少一颗MEMS麦克风的谜题

在iPhone 7和iPhone 8中,苹果公司为每部智能手机集成了四颗MEMS麦克风,包括三颗前置MEMS麦克风(一颗在顶部,两颗在底部)和一颗后置MEMS麦克风。

Fraux透露,System Plus Consulting公司拆解iPhone X时,只发现了三颗MEMS麦克风,减少了一颗前置底部MEMS麦克风。当被问及为何减少一颗时,他表示还没解开这个谜题。

苹果iPhone X拆解分析:仅用了三颗MEMS麦克风

苹果iPhone X拆解分析:仅用了三颗MEMS麦克风

根据Fraux介绍,iPhone X中的三颗MEMS麦克风来自于两家供应商:中国歌尔股份(Goertek)和美国楼氏电子(Knowles)。

延伸阅读:

《iPhone X中A11处理器的台积电第二代InFO封装》

《苹果iPhone X的ToF接近传感器和泛光照明器》

《苹果iPhone X中的博世6轴IMU》

《苹果iPhone X红外点阵投影器》

《苹果iPhone X近红外3D摄像头传感器》

《苹果iPhone X中的ams多光谱传感器》

《手机应用的先进射频(RF)系统级封装-2017版》

《手机应用的先进射频(RF)系统级封装逆向分析综述-2017版》

《英特尔RealSense 3D摄像头与意法半导体红外激光发射器》

《联想Phab 2 Pro三维飞行时间(ToF)摄像头》

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