iPhone 7的Home鍵，為什麼不直接使用Touch ID 3.0？
雷鋒網按：本文作者dragondevil，Microarray首席科學家，電子和軟件設計師。雷鋒網(搜索“雷鋒網”公眾號關注)獨家文章，轉載請聯繫授權。
蘋果發佈會前風傳的iPhone 7 &plus的Home鍵升級到Under Glass的Touch ID 3.0版本沒有實現，只取消了鍋仔片用Taptic Engine提供震動反饋替代。
從發佈會提供的圖可以看出，3.5mm耳機插孔移除後留下的空間用來加強麥克風以及插入Taptic Engine。從原理來講，Taptic Engine離震動反饋點越近越好，最好緊貼其下；但由於Home鍵下面是Lightning接口，所以放在近處是可行方案中最好的。取消3.5mm耳機插孔對蘋果最重視的使用體驗來講是一次冒險，由此可見保持優秀的物理按鍵手感在蘋果設計團隊的心中的重要程度。
這樣的改動只為節省一顆鍋仔片顯然不合符邏輯，所以本代的Touch ID應該認為是一個過渡版，不妨稱之為Touch ID 2.1。當虛擬按鍵的使用體驗得到市場論證後，在更新制程來優化結構，就能提升Touch ID的Sensor面積進而提升指紋識別安全性的效果了。
那麼是什麼難題阻礙了蘋果一步到位呢？
當然是封裝技術：
Touch ID 1.0
全球領先的技術和專利分析公司，加拿大Chipworks公司，贊助了Touch ID 1.0拆解資料。iPhone 5S和iPhone 6 (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用蘋果的專利封裝技術Trench + wire bonding，在晶片（die）的邊緣做台階，將芯片Pad通過重佈線（RDL）連接至台階（Trench），再與柔性電路板（FPC）打線（wire bonding）連接。
來看看局部：
注意到線路板邊緣向下變形，這會拉扯到bond wire，導致脱落或斷裂，甚至把包裹保護bond wire的膠體都弄裂了。這就是Touch ID 1.0良率低的主要原因。
從平面圖上可以看到，低良率以外，Trench還佔用了不小的晶片面積，造成了Touch ID 1.0的Sensor面積極低，使蘋果遮遮掩掩不敢正面言及Touch ID 1.0的安全性。
Touch ID 2.0
國內頂尖的技術分析機構，上海微技術工業研究院，提供了Touch ID 2.0的拆解資料。iPhone 6S (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用了Microarray的專利封裝技術TSV-based structure。為了更好的表現封裝技術全貌，如下使用X-ray圖片和示意圖相結合的方法。
在X-ray圖中可以見到，在Die區域的底部存在bond wire，示意圖如下：
從機械結構組裝的角度，藍寶石蓋板（Sapphire Cover）和晶片（Die）和柔性電路板（FPC）在空間上順Z軸堆疊。Touch ID 1.0因存在X-Y平面內側面連接的工藝破壞了整個結構製程的單一性，導致良率低。使用TSV封裝通過硅通孔把Pad引至Die的背面，再從背面與FPC連接，就解決了這一難題，從而提高了製造良率。
不妨回顧一下2014年底發表過的“國產Touch ID”的堆疊結構圖。蘋果僅僅用bond wire來替代ACF以連接TSV packaged Die和FPC，從專利法角度這屬於“使用行業公知技術進行有限次嘗試就能夠達到的”，所以仍然在Microarray的專利技術範疇以內。
除了用TSV工藝取消了Trench所佔用的芯片面積，蘋果還把晶圓製程從180nm提高到65nm，如下剖面圖所示，用以降低控制電路所佔用的面積；
這才有限地提高了Touch ID 2.0的Sensor面積：
而我們的“國產Touch ID”可是從初代起就在Sensor面積上笑傲iPhone 7S的哦：
所以“太有錢”未必是設計師之幸，也許是設計之殤。
Touch ID 3.0
和Touch ID 2.0/2.1相比，Touch ID 3.0最主要的變化是需要將晶片直接貼裝在玻璃板上，這雖然同屬TSV製程路線，但有一點小小的區別：
Touch ID 2.0所使用的TSV工藝，Die厚度只有70um。把這麼一個薄片貼裝在未切割的精拋藍寶石晶圓上尚可行，要想裝貼在玻璃板的油墨面上，就得面臨“碎碎平安”的結局了。因為TSV封裝主要是用於Memory堆疊的技術，向來以薄為美，標準TSV當然不適合指紋傳感器。
指紋傳感器要求TSV封裝具備足夠的力學強度以應付後道貼裝製程，所以厚度必須大幅度提升。Microarray和小夥伴們自2014年起，就用如下的方法來提高TSV封裝的Die厚度：
看到了吧，解決方法其實很簡單：一方面用多級台階（Trench）提高Die的厚度上限，另一方面把薄弱區通過平面佈局予以保護。蘋果公司要想真正進步到Touch ID 3.0，甚至要想重歸喬布斯年代，就必須更進一步向Microarray看齊，認真學習Microarray在研究、設計和製程三方面遊刃有餘的工業精神。
當然，要想實現Under Glass級的Touch ID還有一些別的小麻煩，比如目前玻璃局部減薄拋光工藝的低良率等。但和作為主要障礙的封裝技術問題比起來，這都不是事兒。況且，對於財大氣粗的蘋果公司而言，為覆蓋蓋板玻璃低良率而增加的不到10USD的成本尤其不是事兒。相信經過Touch ID 2.1的準備，Touch ID 3.0能夠準時在iPhone 7S和大家見面。
卷尾聲明：我收回“因白手起家略微落後於背靠大樹的Setlak”的看法。既然iPhone 7沒有裝載Touch ID 3.0，那麼到iPhone 7S的發佈日還有大把的時間給我首發Under Glass Level Touch ID。Setlak仍然是值得致敬的人物，但這個時代屬於我們。
資料來源：雷鋒網
作者/編輯：dragondevil
蘋果發佈會前風傳的iPhone 7 &plus的Home鍵升級到Under Glass的Touch ID 3.0版本沒有實現，只取消了鍋仔片用Taptic Engine提供震動反饋替代。
從發佈會提供的圖可以看出，3.5mm耳機插孔移除後留下的空間用來加強麥克風以及插入Taptic Engine。從原理來講，Taptic Engine離震動反饋點越近越好，最好緊貼其下；但由於Home鍵下面是Lightning接口，所以放在近處是可行方案中最好的。取消3.5mm耳機插孔對蘋果最重視的使用體驗來講是一次冒險，由此可見保持優秀的物理按鍵手感在蘋果設計團隊的心中的重要程度。
這樣的改動只為節省一顆鍋仔片顯然不合符邏輯，所以本代的Touch ID應該認為是一個過渡版，不妨稱之為Touch ID 2.1。當虛擬按鍵的使用體驗得到市場論證後，在更新制程來優化結構，就能提升Touch ID的Sensor面積進而提升指紋識別安全性的效果了。
那麼是什麼難題阻礙了蘋果一步到位呢？
當然是封裝技術：
Touch ID 1.0
全球領先的技術和專利分析公司，加拿大Chipworks公司，贊助了Touch ID 1.0拆解資料。iPhone 5S和iPhone 6 (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用蘋果的專利封裝技術Trench + wire bonding，在晶片（die）的邊緣做台階，將芯片Pad通過重佈線（RDL）連接至台階（Trench），再與柔性電路板（FPC）打線（wire bonding）連接。
來看看局部：
注意到線路板邊緣向下變形，這會拉扯到bond wire，導致脱落或斷裂，甚至把包裹保護bond wire的膠體都弄裂了。這就是Touch ID 1.0良率低的主要原因。
從平面圖上可以看到，低良率以外，Trench還佔用了不小的晶片面積，造成了Touch ID 1.0的Sensor面積極低，使蘋果遮遮掩掩不敢正面言及Touch ID 1.0的安全性。
Touch ID 2.0
國內頂尖的技術分析機構，上海微技術工業研究院，提供了Touch ID 2.0的拆解資料。iPhone 6S (Plus)裝載的Touch ID 1.0，使用了Microarray的專利封裝技術TSV-based structure。為了更好的表現封裝技術全貌，如下使用X-ray圖片和示意圖相結合的方法。
在X-ray圖中可以見到，在Die區域的底部存在bond wire，示意圖如下：
從機械結構組裝的角度，藍寶石蓋板（Sapphire Cover）和晶片（Die）和柔性電路板（FPC）在空間上順Z軸堆疊。Touch ID 1.0因存在X-Y平面內側面連接的工藝破壞了整個結構製程的單一性，導致良率低。使用TSV封裝通過硅通孔把Pad引至Die的背面，再從背面與FPC連接，就解決了這一難題，從而提高了製造良率。
不妨回顧一下2014年底發表過的“國產Touch ID”的堆疊結構圖。蘋果僅僅用bond wire來替代ACF以連接TSV packaged Die和FPC，從專利法角度這屬於“使用行業公知技術進行有限次嘗試就能夠達到的”，所以仍然在Microarray的專利技術範疇以內。
除了用TSV工藝取消了Trench所佔用的芯片面積，蘋果還把晶圓製程從180nm提高到65nm，如下剖面圖所示，用以降低控制電路所佔用的面積；
這才有限地提高了Touch ID 2.0的Sensor面積：
而我們的“國產Touch ID”可是從初代起就在Sensor面積上笑傲iPhone 7S的哦：
所以“太有錢”未必是設計師之幸，也許是設計之殤。
Touch ID 3.0
和Touch ID 2.0/2.1相比，Touch ID 3.0最主要的變化是需要將晶片直接貼裝在玻璃板上，這雖然同屬TSV製程路線，但有一點小小的區別：
Touch ID 2.0所使用的TSV工藝，Die厚度只有70um。把這麼一個薄片貼裝在未切割的精拋藍寶石晶圓上尚可行，要想裝貼在玻璃板的油墨面上，就得面臨“碎碎平安”的結局了。因為TSV封裝主要是用於Memory堆疊的技術，向來以薄為美，標準TSV當然不適合指紋傳感器。
指紋傳感器要求TSV封裝具備足夠的力學強度以應付後道貼裝製程，所以厚度必須大幅度提升。Microarray和小夥伴們自2014年起，就用如下的方法來提高TSV封裝的Die厚度：
看到了吧，解決方法其實很簡單：一方面用多級台階（Trench）提高Die的厚度上限，另一方面把薄弱區通過平面佈局予以保護。蘋果公司要想真正進步到Touch ID 3.0，甚至要想重歸喬布斯年代，就必須更進一步向Microarray看齊，認真學習Microarray在研究、設計和製程三方面遊刃有餘的工業精神。
當然，要想實現Under Glass級的Touch ID還有一些別的小麻煩，比如目前玻璃局部減薄拋光工藝的低良率等。但和作為主要障礙的封裝技術問題比起來，這都不是事兒。況且，對於財大氣粗的蘋果公司而言，為覆蓋蓋板玻璃低良率而增加的不到10USD的成本尤其不是事兒。相信經過Touch ID 2.1的準備，Touch ID 3.0能夠準時在iPhone 7S和大家見面。
卷尾聲明：我收回“因白手起家略微落後於背靠大樹的Setlak”的看法。既然iPhone 7沒有裝載Touch ID 3.0，那麼到iPhone 7S的發佈日還有大把的時間給我首發Under Glass Level Touch ID。Setlak仍然是值得致敬的人物，但這個時代屬於我們。
資料來源：雷鋒網
作者/編輯：dragondevil