Ferlið við að búa til fingrafaraskynjara á skjánum
Þróun snjallsímatækni á síðasta áratug hefur ekki aðeins beinst að því að bæta myndavélina og afköstin, heldur einnig að því hvernig notendur hafa samskipti við tækið. Ein af áberandi nýjungum er innbyggðir fingrafaraskynjarar í skjánum. Áður fyrr voru fingrafaraskynjarar almennt settir á heimahnappinn, aftan á eða á hlið tækisins, en margir nútíma símar hafa þá nú innbyggða beint undir skjánum. Þessi tækni gerir kleift að nota allan skjáinn (þunnar rammar) en veitir samt hagnýtt líffræðilegt öryggi. Hvernig nákvæmlega er ferlið við að búa til fingrafaraskynjara í skjánum? Þessi grein fjallar um tækni, framleiðslu og gæðaprófanir.
1. Skilja virkni fingrafaraskynjarans á skjánum
Áður en farið er í framleiðsluferlið er mikilvægt að skilja tvær helstu gerðir fingrafaraskynjara í skjánum:
1. Sjónrænt (sjónrænt)
Þessi skynjari virkar eins og „pínulítil myndavél“ á bak við skjáinn. Þegar fingur snertir skynjarasvæðið sendir skjárinn frá sér ljós (venjulega frá OLED/AMOLED skjá) og skynjarinn tekur síðan upp endurspeglaða fingrafaramynstrið. Þetta mynstur er síðan unnið úr í líffræðileg gögn.
2. Ómskoðun
Ómskoðunarskynjarar nota hátíðni hljóðbylgjur til að „kortleggja“ útlínur fingrafara. Þessi aðferð getur lesið dýpra, þar á meðal smáatriði í húðáferð, sem gerir hana yfirleitt nákvæmari og erfiðari að blekkja en sjónskynjarar.
Hver tækni hefur afleiðingar fyrir framleiðsluferlið: ljósnemar eru yfirleitt einfaldari og ódýrari en ómskoðun krefst flóknari íhluta og kvörðunar.
2. Hönnunarfasi: Skilgreining á forskriftum og samþætting
Framleiðsluferlið hefst löngu áður en verksmiðja framleiðir íhlut. Á hönnunar- og verkfræðistiginu vinna framleiðendur tækja (OEM) með skynjaraframleiðendum að því að skilgreina forskriftir eins og:
– Stærð og þykkt skynjaraeiningar
– Virkt skönnunarsvæði (t.d. 8×8 mm eða breiðara)
– Lestrarhraði og nákvæmnistig
– Orkunotkun
– Staðsetning skynjara undir skjánum (venjulega neðst í miðjunni)
– Samhæfni við skjágerðir (OLED/AMOLED eru algengari vegna þess að þær geta gefið frá sér ljós á hverja pixlu)
Á þessu stigi er einnig tekið tillit til þess hvernig skynjarinn verður tengdur við móðurborðið, hvernig sveigjanlegi snúran verður lögð og hvernig hugbúnaðurinn mun vinna úr fingrafaragögnum á öruggan hátt.
3. Framleiðsla skynjaraeininga: Frá skífu til örgjörva
Bæði ljósnemar og ómsnemar byrja venjulega með framleiðsluferli hálfleiðara. Algeng skref eru meðal annars:
1. Smíði á skífu (smíði rafrása á kísilskífu)
Hálfleiðaraframleiðendur prenta örrásir með ljósþrykk. Rásamynstrin eru búin til lag fyrir lag með útfellingu, etsingu og jónígræðsluaðferðum.
2. Teningaskurður (skera vöfflur í flögur)
Þegar skífan er tilbúin er hún skorin í litla bita eftir stærð skynjarans.
3. Umbúðir (flísarumbúðir)
Flísin er síðan „vafin“ til að vernda hana og auðvelda uppsetningu í tækinu. Á þessu stigi eru rafmagnstengingar gerðar með vírtengingu eða flip-chip, allt eftir hönnun. Umbúðir ákvarða einnig viðnám gegn hita, þrýstingi og endingartíma.
Fyrir ómskoðunarskynjara getur einingin innihaldið ómskoðunarsendi og móttökueiningar, sem og merkjaforvinnslurás (framhlið). Þetta gerir ferlið flóknara en ljósnemar, sem nota oft sérstakan myndskynjara og einfaldar linsur/ljósfræði undir skjánum.
4. Gerð stuðningslagsins fyrir ljósfræðilegt eða hljóðeinangrað lag
Fingrafaraskynjarinn í skjánum virkar ekki einn og sér. Hann þarfnast stuðningslags til að leyfa merkinu (ljós- eða ómsbylgjum) að fara rétt í gegn.
Fyrir ljósnema
Rétt „ljósleið“ er nauðsynleg:
– Ljósleiðari eða ljósleiðaralag (í ákveðnum hönnunum)
– Örlinsa til að beina fingrafarspegluninni að skynjaranum
– Límefni (OCA/ljósleiðandi lím) sem viðheldur gegnsæi og dregur úr aflögun
Þar sem skynjarinn er staðsettur undir spjaldinu er hægt að draga úr endurspegluninni sem myndast. Þess vegna verður sjónræn hönnun og efnisval að tryggja skýra fingrafarmynd.
Fyrir ómskoðunarskynjara
Það mikilvægasta er „hljóðleiðin“:
– Lag sem getur sent ómsveiflur stöðugt
– Lím með sérstökum hljóðeinkennum
– Vélrænn stuðningsgrind svo að þrýstingur frá fingrum skemmi ekki eininguna
Sérhvert lag sem er of gleypið eða endurskinsfullt mun draga úr gæðum skönnunarinnar, þannig að efniseftirlit á þessu stigi er mjög strangt.
5. Samþætting við skjáborð: Staðsetning og lagskipting
Næsta mikilvæga skref er að samþætta skynjaraeininguna við skjáinn. Þetta ferli fer fram í samsetningarverksmiðjunni fyrir skjáeininguna eða á samsetningarlínunni fyrir síma, allt eftir framboðskeðju framleiðandans.
Almenn skref sem eiga sér stað:
1. Ákvörðun skynjarasvæðisins á spjaldinu
Fyrir ljósnema eru OLED-spjöld oft sérsniðin til að tryggja að skynjarasvæðið hafi fullnægjandi ljósgegndræpi. Í sumum hönnunum er hægt að fínstilla pixlaþéttleika eða undirpixlauppröðun innan skynjarasvæðisins.
2. Staðsetning skynjaraeiningarinnar
Einingar eru settar undir ákveðin svæði, venjulega með nákvæmum jiggum til að tryggja nákvæma staðsetningu. Færsluvikmörk geta verið mjög lítil, sem hefur áhrif á notendaupplifunina.
3. Lagskipting
Skynjarinn og tengd lög eru límd saman með sérstöku lími. Í lagskipunarferlinu verður að forðast:
– loftbólur
- ryk
– óregluleiki í límþykkt
Vegna þess að allt þetta getur dregið úr nákvæmni fingrafaralestingar.
4. Uppsetning sveigjanlegra tengja
Einingin er tengd við móðurborðið með sveigjanlegri snúru. Þessi snúra verður að þola hita og þrýsting við notkun.
6. Hlutverk hugbúnaðar og öryggisumhverfis
Fingrafaraskynjarar snúast ekki bara um vélbúnað. Hugbúnaðarhliðin er lykilatriði:
– Sniðmát fyrir fingrafaragerð þegar notandi skráir fingrafara
– Útdráttur eiginleika (smáatriði) úr ómskoðunarmyndum eða kortum
– Hröð og örugg samsvörun
– Örugg geymsla í öryggisbúnaði eins og Trusted Execution Environment (TEE) eða Secure Enclave/secure element
Í framleiðslu verða vélbúnaðar- og stýrikerfisreklar skynjarans að passa við eiginleika skynjarans. Lítil munur á einingunni eða skjánum gæti þurft sérsniðnar kvörðunarbreytur.
7. Kvörðun á framleiðslulínunni: Samræmi vélbúnaðar og skjáa
Eftir að tækið hefur verið sett upp fer síminn í gegnum kvörðun til að tryggja bestu mögulegu virkni skynjarans. Þetta felur í sér:
– Stilltu ljósstyrkinn (fyrir sjónskynjara) þannig að skjárinn sé nægur en sói ekki orku.
– Stillið magn og suð á skynjaranum svo að myndin verði ekki of dökk/of björt
– Kvörðun þrýstings og merkis (fyrir ómskoðun) þannig að bylgjurnar séu lesnar á sama hátt við mismunandi húðsjúkdóma.
- Aðlögun á reikniritum gegn bilunum, svo sem þegar fingur eru blautir, feitir eða skjárinn er örlítið óhreinn
Kvörðun er framkvæmd sjálfkrafa með sérstökum prófunarbúnaði og hugbúnaði frá verksmiðjunni og niðurstöðurnar eru vistaðar sem færibreytur tækisins.
8. Gæðaprófanir: Nákvæmni, ending og samræmi
Áður en síminn er sendur þarf skynjarinn að standast röð prófana, til dæmis:
– Falskt samþykkishlutfall (FAR): hversu oft kerfið samþykkir ranglega fingrafar sem er ekki eigandans.
– Falsk höfnunartíðni (FRR): hversu oft kerfið hafnar réttu fingrafari eigandans.
– Prófið við ýmsar aðstæður: þurra, blauta, sveitta eða rykuga fingur
– Prófið viðnám límefnisins gegn breytingum á hitastigi, raka, endurteknum þrýstingi og öldrun.
– Fall- og snúningsprófun á tækinu til að tryggja að einingin færist ekki til
Að auki athuga framleiðendur hvort samræmi sé á milli eininga. Fingrafaraskynjarinn í skjánum verður að virka einsleitt í þúsundum, jafnvel milljónum eininga, þrátt fyrir minniháttar frávik í skjá og íhlutum.
9. Helstu áskoranir við að búa til fingrafaraskynjara á skjánum
Þessi tækni hefur nokkrar einstakar áskoranir í för með sér:
– Merkið verður að komast í gegnum skjáinn, þannig að lesgæðin eru næm fyrir efninu og þykkt húðunarinnar.
– Þunn hönnun: Innra rými símans er takmarkað, þannig að einingin verður að vera mjög nett.
– Framleiðslukostnaður: ómsnemar eru dýrari en ljósnemar þurfa skjábestun til að ná fullnægjandi árangri.
– Öryggi: verður að vera ónæmt fyrir tilraunum til fölsunar (spoofing), til dæmis myndum, prentum eða sílikonefnum.
Þess vegna snýst framleiðsluferlið ekki aðeins um að setja upp skynjara, heldur einnig um að finna jafnvægi á milli hönnunar, efnis, hugbúnaðar og prófana til að tryggja að notendaupplifunin sé hröð og örugg.
Niðurstaða
Ferlið við að búa til fingrafaraskynjara í skjá er flókin blanda af framleiðslu hálfleiðara, efnisverkfræði, samþættingu skjáborðs og þróun öryggishugbúnaðar. Frá smíði örgjörva á skífu, í gegnum umbúðir eininga, samsetningu ljós- eða hljóðlags, nákvæmrar lagskiptingar undir skjánum, til margra kvörðunar og gæðaprófana - allt verður að vera framkvæmt samkvæmt ströngustu stöðlum. Lokaniðurstaðan er líffræðilegur eiginleiki sem er hagnýtur, styður nútímalega, takkalausa snjallsímahönnun og viðheldur öryggi notendagagna.
Ef þú vilt get ég líka búið til tæknilegri útgáfu af greininni (t.d. fjallað ítarlega um ljósritun, OCA eða FAR/FRR breytur) eða vinsælli útgáfu fyrir almenna lesendur.
