U prucessu di creazione di un sensore di impronte digitali in schermu
U sviluppu di a tecnulugia di i smartphone in l'ultima dicada ùn s'hè micca solu cuncentratu nantu à i miglioramenti di a camera è di e prestazioni, ma ancu nantu à cumu l'utilizatori interagiscenu cù u dispusitivu. Una di l'innuvazioni più impurtanti hè a presenza di sensori d'impronte digitali in u display. Mentre chì i sensori d'impronte digitali eranu prima generalmente piazzati nantu à u buttone home, u spinu o u latu di u corpu, parechji telefoni muderni li anu avà integrati direttamente sottu à u display. Sta tecnulugia permette un disignu à schermu pienu (cornici sottili) pur furnendu una sicurezza biometrica pratica. Dunque, cumu hè esattamente u prucessu di creazione di un sensore d'impronte digitali in u display? Questu articulu discute a tecnulugia, a pruduzzione è i testi di qualità.
1. Capite u principiu di funziunamentu di u sensore d'impronte digitali nantu à u schermu
Prima di entre in u prucessu di fabricazione, hè impurtante capisce i dui tipi principali di sensori d'impronte digitali in schermu:
1. Otticu (otticu)
Stu sensore funziona cum'è una "piccula camera" daretu à u schermu. Quandu un ditu tocca a zona di u sensore, u schermu emette luce (di solitu da un pannellu OLED/AMOLED), è u sensore cattura tandu u mudellu di l'impronta digitale riflessa. Stu mudellu hè tandu trasfurmatu in dati biometrici.
2. Ultrasonicu
I sensori à ultrasoni utilizanu onde sonore d'alta frequenza per "mappà" i contorni di una impronta digitale. Stu metudu pò leghje più in prufundità, cumpresi i dettagli di a struttura di a pelle, rendendulu tipicamente più precisu è più difficiule da ingannà chè i sensori ottici.
Ogni tecnulugia hà cunsequenze per u prucessu di fabricazione: i sensori ottici tendenu à esse più simplici è più economici, mentre chì l'ultrasoni richiedenu cumpunenti è calibrazione più cumplessi.
2. Fase di cuncepimentu: Definizione di e specificazioni è integrazione
U prucessu di fabricazione principia assai prima chì una fabbrica pruduce un cumpunente. Durante a fase di cuncepimentu è ingegneria, u fabricatore di u dispusitivu (OEM) travaglia cù u venditore di sensori per definisce specifiche cum'è:
– Dimensione è spessore di u modulu di sensore
– Zona di scansione attiva (per esempiu 8 × 8 mm o più larga)
- Velocità di lettura è livellu di precisione
– Cunsumu d'energia
– Situazione di u sensore sottu à u schermu (di solitu in fondu à u centru)
– Compatibilità cù i tipi di pannelli di schermu (OLED/AMOLED sò più cumuni perchè ponu emette luce per pixel)
In questa fase, si tene ancu contu di cumu u sensore serà cunnessu à a scheda madre, cumu serà dispostu u cavu flessibile è cumu u software processerà in modu sicuru i dati di l'impronte digitali.
3. Fabbricazione di moduli sensori: da u wafer à u chip
I sensori ottichi è ultrasonici cumincianu tipicamente cù u prucessu di fabricazione di semiconduttori. I passi tipici includenu:
1. Fabricazione nantu à una cialda (realizazione di circuiti nantu à una cialda di siliciu)
E fonderie di semiconduttori stampanu microcircuiti aduprendu a fotolitografia. I mudelli di circuiti sò creati stratu per stratu aduprendu tecniche di deposizione, incisione è impiantazione ionica.
2. Tagliatura à dadini (tagliatura di cialde in chips)
Una volta chì a cialda hè finita, hè tagliata in picculi pezzi secondu a dimensione di u sensore.
3. Imballaggio (imballaggio di chip)
U chip hè tandu "imballatu" per prutegelu è facilità l'installazione in u dispusitivu. In questa fase, e cunnessione elettriche sò fatte via wire bonding o flip-chip, secondu u disignu. L'imballu determina ancu a resistenza à u calore, a pressione è a durata di vita.
Per i sensori à ultrasoni, u modulu pò include elementi di trasmettitore è ricevitore à ultrasoni, è ancu un circuitu di preelaborazione di u signale (front-end). Questu rende u prucessu più cumplessu cà i sensori ottici, chì spessu utilizanu un sensore d'immagine dedicatu è lenti/ottiche simplici sottu à u display.
4. Creazione di u stratu otticu o acusticu di supportu
U sensore d'impronte digitali in u schermu ùn funziona micca solu. Ci vole un stratu di supportu per permette à u signale (onde luminose o ultrasoniche) di passà currettamente.
Per i sensori ottici
Hè necessariu un "percorsu otticu" adattatu:
– Stratu di guida di luce o direttore di luce (in certi disinni)
– Microlente per fucalizà u riflessu di l'impronta digitale nantu à u sensore
– Materiale adesivo (OCA/adesivo otticu trasparente) chì mantene a trasparenza è riduce a distorsione
Siccomu u sensore hè situatu sottu à u pannellu, a riflessione catturata pò esse attenuata. Dunque, u disignu otticu è a selezzione di i materiali devenu assicurà una maghjina chjara di l'impronte digitali.
Per i sensori à ultrasoni
A cosa più impurtante hè u "percorsu acusticu":
– Stratu chì hè capace di trasmette l'onde ultrasoniche in modu stabile
– Adesivi cù caratteristiche acustiche specifiche
– Struttura di supportu meccanicu in modu chì a pressione di e dite ùn danneghji micca u modulu
Ogni stratu troppu assorbente o riflettente degraderà a qualità di a scansione, dunque u cuntrollu di u materiale in questa fase hè assai strettu.
5. Integrazione cù u pannellu di visualizazione: piazzamentu è laminazione
U prossimu passu cruciale hè l'integrazione di u modulu di sensore cù u display. Stu prucessu si svolge in l'installazione di assemblaggio di u modulu di display o in a linea di assemblaggio di u telefunu, secondu a catena di furnimentu di u fabricatore.
Passi generali chì si verificanu:
1. Determinazione di l'area di u sensore nantu à u pannellu
Per i sensori ottici, i pannelli OLED sò spessu persunalizati per assicurà chì l'area di u sensore abbia caratteristiche di trasmissione di luce adeguate. In certi disinni, a densità di pixel o a disposizione di i subpixel in l'area di u sensore pò esse ottimizzata.
2. Piazzamentu di u modulu di sensore
I moduli sò piazzati sottu à zone specifiche, tipicamente aduprendu jig di precisione per assicurà un pusizionamentu precisu. E tolleranze di spostamentu ponu esse assai chjuche, affettendu l'esperienza di l'utente.
3. Laminazione
U sensore è i strati assuciati sò incollati inseme cù un adesivo speciale. U prucessu di laminazione deve evità:
– bolle d'aria
- polvere
– irregularità in u spessore di l'adesivu
Perchè tuttu què pò riduce a precisione di a lettura di l'impronte digitali.
4. Installazione di connettori flessibili
U modulu hè cunnessu à a carta madre per mezu di un cavu flessibile. Stu cavu deve resiste à u calore è à a pressione d'usu.
6. U rolu di u software è di l'enclave di sicurezza
I sensori d'impronte digitali ùn sò micca solu una questione di hardware. Da u latu di u software, ci hè un prucessu cruciale:
– Creazione di mudelli d'impronte digitali quandu l'utente registra l'impronta
– Estrazione di caratteristiche (minuzie) da immagini o carte ultrasoniche
– A currispundenza rapida è sicura
– Archiviazione sicura in hardware di sicurezza cum'è Trusted Execution Environment (TEE) o Secure Enclave/elementu sicuru
In pruduzzione, u firmware di u sensore è i driver di u sistema operativu devenu currisponde à e caratteristiche di u sensore. Piccule differenze in u modulu o in u pannellu di visualizazione ponu richiede parametri di calibrazione persunalizati.
7. Calibrazione nantu à a linea di pruduzzione: Hardware è display currispondenti
Dopu chì l'unità hè stallata, u telefunu hè sottumessu à una calibrazione per assicurà prestazioni ottimali di u sensore. Questu include:
– Calibrate l'intensità luminosa (per i sensori ottici) in modu chì u bagliore di u schermu sia sufficiente ma ùn sprechi micca energia.
– Calibra u guadagnu è u rumore nantu à u sensore in modu chì l'imagine ùn sia micca troppu scura / troppu luminosa
– Calibrazione di a pressione è di u signale (per l'ultrasoni) in modu chì l'onde sianu lette in modu coerente in diverse cundizioni di a pelle.
- Aghjustamentu di l'algoritmu anti-fallimentu, cum'è quandu e dite sò bagnate, oliose, o u schermu hè ligeramente sporcu
A calibrazione hè realizata automaticamente cù apparecchiature di prova speciali è software di fabbrica, è i risultati sò salvati cum'è parametri di u dispusitivu.
8. Test di qualità: precisione, durabilità è coerenza
Prima di a spedizione di u telefunu, u modulu di sensore deve passà una seria di testi, per esempiu:
– Tassa di falsa accettazione (FAR): a frequenza cù a quale u sistema accetta in modu incorrectu una impronta digitale chì ùn hè micca quella di u pruprietariu.
– Tassa di Rifiutu Falsu (FRR): a frequenza cù a quale u sistema rifiuta l'impronta digitale curretta di u pruprietariu.
– Pruvate in diverse cundizioni: dite secche, bagnate, sudate o pulverulente
– Pruvate a resistenza à i cambiamenti di temperatura, umidità, pressione ripetuta è invecchiamentu di u materiale adesivo.
– Prova di caduta è di torsione nantu à u dispusitivu per assicurà chì u modulu ùn si move micca
Inoltre, i pruduttori verificanu a coerenza trà l'unità. U sensore d'impronte digitali in u schermu deve funziunà uniformemente in migliaia, ancu milioni d'unità, malgradu variazioni minori in u display è in i cumpunenti.
9. Sfide maiò in a creazione di un sensore di impronte digitali in schermu
Sta tecnulugia hà qualchi sfide uniche:
– U signale deve penetrà u schermu, dunque a qualità di lettura hè sensibile à u materiale è à u spessore di u rivestimentu.
– Design finu: u spaziu internu di u telefunu hè limitatu, dunque u modulu deve esse assai compactu.
– Costi di pruduzzione: i sensori à ultrasoni sò più cari, mentre chì i sensori ottici necessitanu l'ottimizazione di u schermu per ottene risultati soddisfacenti.
– Sicurezza: deve esse resistente à i tentativi di falsificazione (spoofing), per esempiu imagine, stampe o materiali in silicone.
Dunque, u prucessu di fabricazione ùn si tratta micca solu di installà sensori, ma ancu di equilibrà u disignu, i materiali, u software è i testi per assicurà chì l'esperienza di l'utente resti rapida è sicura.
Cunclusioni
U prucessu di creazione di un sensore d'impronte digitali in u display hè una cumbinazione cumplessa di fabricazione di semiconduttori, ingegneria di materiali, integrazione di pannelli di display è sviluppu di software di sicurezza. Da a fabricazione di chip nantu à una cialda, attraversu l'imballaggio di moduli, l'assemblaggio di strati ottici o acustici, a laminazione di precisione sottu à u display, à calibrazioni multiple è test di qualità, tuttu deve esse eseguitu secondu i più alti standard. U risultatu finale hè una funzione biometrica chì hè pratica, supporta i disinni muderni di smartphone senza buttoni è mantene a sicurezza di i dati di l'utente.
Sè vulete, possu ancu creà una versione più tecnica di l'articulu (per esempiu, discutendu a fotolitografia, l'OCA, o i parametri FAR/FRR in dettagliu) o una versione più pupulare per i lettori generali.
