Працэс вырабу датчыка адбіткаў пальцаў на экране
Развіццё тэхналогій смартфонаў за апошняе дзесяцігоддзе было сканцэнтравана не толькі на паляпшэнні камеры і прадукцыйнасці, але і на тым, як карыстальнікі ўзаемадзейнічаюць з прыладай. Адной з найбольш прыкметных інавацый з'яўляецца наяўнасць сканераў адбіткаў пальцаў, убудаваных у дысплей. У той час як раней сканеры адбіткаў пальцаў звычайна размяшчаліся на кнопцы "Дадому", на задняй панэлі або збоку корпуса, цяпер у многіх сучасных тэлефонах яны ўбудаваны непасрэдна пад дысплеем. Гэтая тэхналогія дазваляе стварыць дызайн на ўвесь экран (тонкія рамкі), адначасова забяспечваючы практычную біяметрычную бяспеку. Дык як жа адбываецца працэс стварэння сканера адбіткаў пальцаў, убудаванага ў дысплей? У гэтым артыкуле абмяркоўваюцца тэхналогія, вытворчасць і тэставанне якасці.
1. Зразумейце прынцып працы датчыка адбіткаў пальцаў на экране
Перш чым прыступіць да вытворчасці, важна зразумець два асноўныя тыпы датчыкаў адбіткаў пальцаў, убудаваных у экран:
1. Аптычны (аптычны)
Гэты датчык працуе як «мініяцюрная камера» за экранам. Калі палец дакранаецца да вобласці датчыка, экран выпраменьвае святло (звычайна ад OLED/AMOLED-панэлі), і датчык фіксуе адбіты ўзор адбітка пальца. Гэты ўзор затым апрацоўваецца ў біяметрычныя дадзеныя.
2. Ультрагукавое
Ультрагукавыя датчыкі выкарыстоўваюць высокачастотныя гукавыя хвалі для «адлюстравання» контураў адбітка пальца. Гэты метад дазваляе счытваць больш глыбокія дадзеныя, у тым ліку дэталі тэкстуры скуры, што робіць яго звычайна больш дакладным і цяжэй падмануць, чым аптычныя датчыкі.
Кожная тэхналогія мае наступствы для вытворчага працэсу: аптычныя датчыкі, як правіла, прасцейшыя і таннейшыя, у той час як ультрагукавыя патрабуюць больш складаных кампанентаў і каліброўкі.
2. Этап праектавання: вызначэнне спецыфікацый і інтэграцыя
Вытворчы працэс пачынаецца задоўга да таго, як завод вырабляе кампанент. На этапе праектавання і распрацоўкі вытворцы прылад (OEM) супрацоўнічаюць з пастаўшчыкамі датчыкаў, каб вызначыць такія характарыстыкі, як:
– Памер і таўшчыня модуля датчыка
– Актыўная вобласць сканавання (напрыклад, 8×8 мм або шырэй)
– Хуткасць і ўзровень дакладнасці чытання
– Спажыванне энергіі
– Размяшчэнне датчыка пад экранам (звычайна ўнізе па цэнтры)
– Сумяшчальнасць з тыпамі экранаў (OLED/AMOLED больш распаўсюджаныя, бо яны могуць выпраменьваць святло на піксель)
На гэтым этапе таксама ўлічваецца, як датчык будзе падключаны да матчынай платы, як будзе пракладзены гнуткі кабель і як праграмнае забеспячэнне будзе бяспечна апрацоўваць дадзеныя адбіткаў пальцаў.
3. Вытворчасць сэнсарных модуляў: ад пласціны да чыпа
Як аптычныя, так і ультрагукавыя датчыкі звычайна пачынаюцца з працэсу вытворчасці паўправаднікоў. Тыповыя этапы ўключаюць:
1. Выраб на пласціне (стварэнне схем на крэмніевай пласціне)
Паўправадніковыя ліцейныя заводы друкуюць мікрасхемы з дапамогай фоталітаграфіі. Шаблоны схем ствараюцца пласт за пластом з дапамогай метадаў нанясення, травлення і іённай імплантацыі.
2. Нарэзка кубікамі (наразанне вафель на чыпсы)
Пасля таго, як пласціна будзе гатовая, яе разразаюць на дробныя чыпсы ў залежнасці ад памеру датчыка.
3. Упакоўка (упакоўка чыпаў)
Затым чып «абгортваецца», каб абараніць яго і палегчыць усталёўку ў прыладу. На гэтым этапе электрычныя злучэнні выконваюцца з дапамогай правадной злучэння або перавароту чыпа, у залежнасці ад канструкцыі. Упакоўка таксама вызначае ўстойлівасць да нагрэву, ціску і тэрмін службы.
Для ультрагукавых датчыкаў модуль можа ўключаць элементы ультрагукавога перадатчыка і прыёмніка, а таксама схему папярэдняй апрацоўкі сігналу (пярэдняя частка). Гэта робіць працэс больш складаным, чым у аптычных датчыкаў, якія часта выкарыстоўваюць спецыяльны датчык выявы і простыя лінзы/оптыку пад дысплеем.
4. Стварэнне апорнага аптычнага або акустычнага пласта
Убудаваны ў экран сканер адбіткаў пальцаў працуе не сам па сабе. Яму патрабуецца апорны пласт, каб сігнал (святло або ультрагукавыя хвалі) мог правільна праходзіць.
Для аптычных датчыкаў
Патрабуецца правільны «аптычны шлях»:
– Святлаводны або святлаводны пласт (у некаторых канструкцыях)
– Мікралінза для факусоўкі адлюстравання адбітка пальца на датчыку
– Клейкі матэрыял (OCA/аптычны празрысты клей), які захоўвае празрыстасць і памяншае скажэнні
Паколькі датчык размешчаны пад панэллю, захопленае адлюстраванне можа быць аслаблена. Таму аптычная канструкцыя і выбар матэрыялу павінны забяспечваць выразнае выява адбітка пальца.
Для ультрагукавых датчыкаў
Найважнейшае — гэта «акустычны шлях»:
– Слой, здольны стабільна перадаваць ультрагукавыя хвалі
– Клеі са спецыфічнымі акустычнымі характарыстыкамі
– Механічная апорная канструкцыя, каб ціск пальцаў не пашкодзіў модуль
Любы занадта ўбіральны або адлюстроўваючы пласт пагоршыць якасць сканавання, таму кантроль матэрыялаў на гэтым этапе вельмі строгі.
5. Інтэграцыя з дысплейнай панэллю: размяшчэнне і ламінаванне
Наступны важны крок — інтэграцыя модуля датчыка з дысплеем. Гэты працэс адбываецца на зборачнай вытворчасці модуляў дысплеяў або на зборачнай лініі тэлефонаў, у залежнасці ад ланцужка паставак вытворцы.
Агульныя этапы, якія выконваюцца:
1. Вызначэнне зоны дзеяння датчыка на панэлі
Для аптычных датчыкаў OLED-панэлі часта наладжваюцца, каб забяспечыць адэкватныя характарыстыкі прапускання святла ў вобласці датчыка. У некаторых канструкцыях можна аптымізаваць шчыльнасць пікселяў або размяшчэнне субпікселяў у вобласці датчыка.
2. Размяшчэнне модуля датчыка
Модулі размяшчаюцца пад пэўнымі зонамі, звычайна з выкарыстаннем дакладных прыстасаванняў для забеспячэння дакладнага пазіцыянавання. Дапушчальныя адхіленні зрушэння могуць быць вельмі малымі, што ўплывае на зручнасць карыстання.
3. Ламінаванне
Датчык і звязаныя з ім пласты склейваюцца разам з дапамогай спецыяльнага клею. У працэсе ламінавання неабходна пазбягаць:
– паветраныя бурбалкі
- пыл
– нераўнамернасць таўшчыні клею
Таму што ўсё гэта можа знізіць дакладнасць счытвання адбіткаў пальцаў.
4. Усталёўка гнуткіх раздымаў
Модуль падключаецца да матчынай платы з дапамогай гнуткага кабеля. Гэты кабель павінен вытрымліваць нагрэў і ціск пры выкарыстанні.
6. Роля праграмнага забеспячэння і анклаваў бяспекі
Датчыкі адбіткаў пальцаў — гэта не толькі пытанне абсталявання. Што тычыцца праграмнага забеспячэння, то тут існуе важны працэс:
– Стварэнне шаблону адбітка пальца, калі карыстальнік рэгіструе палец
– Вылучэнне прыкмет (мінуцый) з ультрагукавых малюнкаў або карт
– Хуткае і бяспечнае супастаўленне
– Бяспечнае захоўванне ў абсталяванні бяспекі, такім як Trusted Execution Environment (TEE) або Secure Enclave/secure element
У вытворчасці прашыўка датчыка і драйверы аперацыйнай сістэмы павінны адпавядаць характарыстыкам датчыка. Невялікія адрозненні ў модулі або панэлі дысплея могуць запатрабаваць карыстальніцкіх параметраў каліброўкі.
7. Каліброўка на вытворчай лініі: супастаўленне абсталявання і дысплеяў
Пасля ўсталёўкі прылады тэлефон праходзіць каліброўку для забеспячэння аптымальнай працы датчыка. Гэта ўключае ў сябе:
– Калібруйце інтэнсіўнасць святла (для аптычных датчыкаў), каб яркасць экрана была дастатковай, але не марнавала энергію.
– Калібруйце ўзмацненне і шум на датчыку, каб выява не была занадта цёмнай/занадта яркай
– Каліброўка ціску і сігналу (для ультрагуку), каб хвалі счытваліся аднолькава пры розных станах скуры.
– Карэкцыя алгарытму абароны ад збояў, напрыклад, калі пальцы мокрыя, тлустыя або экран злёгку забруджаны
Каліброўка выконваецца аўтаматычна з дапамогай спецыяльнага выпрабавальнага абсталявання і заводскага праграмнага забеспячэння, а вынікі захоўваюцца ў выглядзе параметраў прылады.
8. Тэставанне якасці: дакладнасць, даўгавечнасць і паслядоўнасць
Перад адпраўкай тэлефона сэнсарны модуль павінен прайсці шэраг выпрабаванняў, напрыклад:
– Узровень памылковых адбіткаў пальцаў (FAR): як часта сістэма памылкова прымае адбітак пальца, які не належыць уладальніку.
– Узровень ілжывых адмоваў (FRR): як часта сістэма адхіляе правільны адбітак пальца ўладальніка.
– Праверце ў розных умовах: сухія, мокрыя, потныя або пыльныя пальцы
– Выпрабаванне клеючага матэрыялу на ўстойлівасць да змен тэмпературы, вільготнасці, паўторнага ціску і старэння.
– Выпрабаванне прылады на падзенне і кручэнне, каб пераканацца, што модуль не зрушыцца
Акрамя таго, вытворцы правяраюць адпаведнасць паміж прыладамі. Убудаваны ў экран датчык адбіткаў пальцаў павінен працаваць аднолькава на тысячах, нават мільёнах прылад, нягледзячы на нязначныя адрозненні ў дысплеі і кампанентах.
9. Асноўныя праблемы пры стварэнні экраннага датчыка адбіткаў пальцаў
Гэтая тэхналогія мае некаторыя унікальныя праблемы:
– Сігнал павінен пранікаць праз экран, таму якасць чытання залежыць ад матэрыялу і таўшчыні пакрыцця.
– Тонкі дызайн: унутраная прастора тэлефона абмежаваная, таму модуль павінен быць вельмі кампактным.
– Выдаткі на вытворчасць: ультрагукавыя датчыкі даражэйшыя, у той час як аптычныя датчыкі патрабуюць аптымізацыі экрана для дасягнення здавальняючых вынікаў.
– Бяспека: павінна быць устойлівай да спроб падробкі (падробкі), напрыклад, малюнкаў, адбіткаў або сіліконавых матэрыялаў.
Такім чынам, вытворчы працэс заключаецца не толькі ў ўсталёўцы датчыкаў, але і ў падборы балансу паміж дызайнам, матэрыяламі, праграмным забеспячэннем і тэсціраваннем, каб забяспечыць хуткі і бяспечны карыстальніцкі досвед.
Выснова
Працэс стварэння ўбудаванага ў дысплей датчыка адбіткаў пальцаў — гэта складанае спалучэнне вытворчасці паўправаднікоў, матэрыялазнаўства, інтэграцыі панэлі дысплея і распрацоўкі праграмнага забеспячэння бяспекі. Ад вырабу чыпа на пласціне, праз упакоўку модуляў, зборку аптычнага або акустычнага пласта, дакладнае ламінаванне пад дысплеем, да шматлікіх калібровак і выпрабаванняў якасці — усё гэта павінна быць выканана па самых высокіх стандартах. Канчатковым вынікам з'яўляецца біяметрычная функцыя, якая з'яўляецца практычнай, падтрымлівае сучасныя дызайны смартфонаў без кнопак і забяспечвае бяспеку карыстальніцкіх дадзеных.
Калі жадаеце, я магу стварыць больш тэхнічную версію артыкула (напрыклад, з падрабязным абмеркаваннем фоталітаграфіі, OCA або параметраў FAR/FRR) або больш папулярную версію для шырокага кола чытачоў.
