Экрандағы саусақ ізі сенсорын жасау процесі
Соңғы онжылдықта смартфон технологиясының дамуы тек камера мен өнімділікті жақсартуға ғана емес, сонымен қатар пайдаланушылардың құрылғымен өзара әрекеттесуіне де бағытталған. Ең көрнекті жаңалықтардың бірі - дисплейдегі саусақ ізі сенсорларының болуы. Бұрын саусақ ізі сенсорлары әдетте басты бет түймесіне, артқы жағына немесе корпустың бүйіріне орналастырылған болса, қазір көптеген заманауи телефондарда олар дисплейдің астына тікелей орнатылған. Бұл технология толық экранды дизайнға (жұқа жақтаулар) мүмкіндік береді, сонымен бірге практикалық биометриялық қауіпсіздікті қамтамасыз етеді. Сонымен, дисплейдегі саусақ ізі сенсорын жасау процесі қалай жүзеге асырылады? Бұл мақалада технология, өндіріс және сапаны сынау талқыланады.
1. Экрандағы саусақ ізі сенсорының жұмыс принципін түсіну
Өндіріс процесіне кіріспес бұрын, экрандағы саусақ ізі сенсорларының екі негізгі түрін түсіну маңызды:
1. Оптикалық (оптикалық)
Бұл сенсор экранның артындағы «кішкентай камера» сияқты жұмыс істейді. Саусақ сенсор аймағына тигенде, экран жарық шығарады (әдетте OLED/AMOLED панелінен), содан кейін сенсор шағылысқан саусақ ізі үлгісін түсіреді. Содан кейін бұл үлгі биометриялық деректерге өңделеді.
2. Ультрадыбыстық
Ультрадыбыстық сенсорлар саусақ ізінің контурларын «картаға түсіру» үшін жоғары жиілікті дыбыс толқындарын пайдаланады. Бұл әдіс тері құрылымының бөлшектерін қоса алғанда, тереңірек оқи алады, бұл оны әдетте оптикалық сенсорларға қарағанда дәлірек және алдауды қиындатады.
Әрбір технологияның өндіріс процесіне әсері бар: оптикалық сенсорлар қарапайым және арзанырақ болады, ал ультрадыбыстық құрылғылар күрделі компоненттер мен калибрлеуді қажет етеді.
2. Жобалау кезеңі: Техникалық сипаттамаларды және интеграцияны анықтау
Өндіріс процесі зауыт компонентті шығарғанға дейін әлдеқайда бұрын басталады. Жобалау және инженерлік кезеңде құрылғы өндірушілері (OEM) келесідей сипаттамаларды анықтау үшін сенсор жеткізушілерімен бірлесіп жұмыс істейді:
– Сенсор модулінің өлшемі мен қалыңдығы
– Белсенді сканерлеу аймағы (мысалы, 8×8 мм немесе кеңірек)
- Оқу жылдамдығы мен дәлдігі деңгейі
– Қуат тұтыну
– Экранның астындағы сенсордың орналасуы (әдетте төменгі орталықта)
– Экран панелінің түрлерімен үйлесімділік (OLED/AMOLED жиі кездеседі, себебі олар пиксельге жарық шығара алады)
Бұл кезеңде сенсордың аналық платаға қалай қосылатыны, икемді кабельдің қалай орналасатыны және бағдарламалық жасақтаманың саусақ ізі деректерін қалай қауіпсіз өңдейтіні де ескеріледі.
3. Сенсорлық модуль өндірісі: пластинадан чипке дейін
Оптикалық және ультрадыбыстық сенсорлардың екеуі де әдетте жартылай өткізгіштерді өндіру процесінен басталады. Әдеттегі қадамдар мыналарды қамтиды:
1. Пластинада жасау (кремний пластинасында схема жасау)
Жартылай өткізгіш құю зауыттары фотолитографияны қолдана отырып, микросхемаларды басып шығарады. Схема үлгілері тұндыру, ою және иондық имплантация әдістерін қолдана отырып қабат-қабат жасалады.
2. Вафлиді турау (жіңішке етіп кесу)
Вафли дайын болғаннан кейін, ол сенсор өлшеміне сәйкес кішкентай кесектерге кесіледі.
3. Қаптама (чиппен қаптау)
Содан кейін чип оны қорғау және құрылғыға орнатуды жеңілдету үшін «оралады». Бұл кезеңде электр қосылымдары конструкцияға байланысты сыммен байланыстыру немесе флипчип арқылы жасалады. Қаптама сонымен қатар ыстыққа, қысымға және қызмет ету мерзіміне төзімділікті анықтайды.
Ультрадыбыстық сенсорлар үшін модуль ультрадыбыстық таратқыш және қабылдағыш элементтерін, сондай-ақ сигналды алдын ала өңдеу тізбегін (алдыңғы жағын) қамтуы мүмкін. Бұл процесті көбінесе арнайы кескін сенсорын және дисплейдің астындағы қарапайым линзаларды/оптиканы пайдаланатын оптикалық сенсорларға қарағанда күрделірек етеді.
4. Тірек оптикалық немесе акустикалық қабатты жасау
Экрандағы саусақ ізі сенсоры жалғыз жұмыс істемейді. Сигналдың (жарық немесе ультрадыбыстық толқындар) дұрыс өтуіне мүмкіндік беретін тірек қабаты қажет.
Оптикалық сенсорлар үшін
Тиісті «оптикалық жол» қажет:
– Жарық бағыттаушы немесе жарық бағыттаушы қабаты (кейбір дизайндарда)
– Саусақ ізінің шағылысуын сенсорға фокустауға арналған микролинза
– Мөлдірлікті сақтайтын және бұрмалануды азайтатын желім материалы (OCA/оптикалық мөлдір желім)
Сенсор панельдің астында орналасқандықтан, түсірілген шағылысуды әлсіретуге болады. Сондықтан, оптикалық дизайн мен материалды таңдау саусақ ізінің анық кескінін қамтамасыз етуі керек.
Ультрадыбыстық сенсорлар үшін
Ең бастысы - «акустикалық жол»:
– Ультрадыбыстық толқындарды тұрақты түрде өткізе алатын қабат
– Белгілі бір акустикалық сипаттамалары бар желімдер
– Саусақтардың қысымы модульге зақым келтірмейтіндей механикалық тірек құрылымы
Тым сіңіргіш немесе шағылыстырғыш кез келген қабат сканерлеу сапасын төмендетеді, сондықтан бұл кезеңде материалды бақылау өте қатаң.
5. Дисплей панелімен интеграция: орналастыру және ламинациялау
Келесі маңызды қадам - сенсорлық модульді дисплеймен біріктіру. Бұл процесс өндірушінің жеткізу тізбегіне байланысты дисплей модулін құрастыру орнында немесе телефон құрастыру желісінде жүзеге асырылады.
Жалпы пайда болатын қадамдар:
1. Панельдегі сенсор аймағын анықтау
Оптикалық сенсорлар үшін OLED панельдері сенсор аймағының жарық өткізу сипаттамаларының жеткілікті болуын қамтамасыз ету үшін жиі реттеледі. Кейбір конструкцияларда сенсор аймағындағы пиксель тығыздығын немесе субпиксельдік орналасуды оңтайландыруға болады.
2. Сенсор модулін орналастыру
Модульдер белгілі бір аймақтардың астына орналастырылады, әдетте дәл орналастыруды қамтамасыз ету үшін дәлдікпен жасалған қондырмалар қолданылады. Ауыстыруға төзімділік өте аз болуы мүмкін, бұл пайдаланушы тәжірибесіне әсер етеді.
3. Ламинация
Сенсор және онымен байланысты қабаттар арнайы желім көмегімен бір-біріне желімделеді. Ламинациялау процесінде мыналардан аулақ болу керек:
– ауа көпіршіктері
- шаң
– желім қалыңдығының біркелкі еместігі
Өйткені мұның бәрі саусақ ізін оқу дәлдігін төмендетуі мүмкін.
4. Икемді қосқыштарды орнату
Модуль аналық платаға икемді кабель арқылы қосылған. Бұл кабель пайдалану кезіндегі ыстық пен қысымға төтеп беруі керек.
6. Бағдарламалық жасақтама және қауіпсіздік анклавтарының рөлі
Саусақ ізі сенсорлары тек аппараттық құралмен ғана шектелмейді. Бағдарламалық жасақтама жағынан маңызды процесс бар:
– Пайдаланушы саусақты тіркеген кезде саусақ ізі үлгісін жасау
– Ультрадыбыстық кескіндерден немесе карталардан ерекшеліктерді (ұсақ-түйектерді) алу
- Жылдам және қауіпсіз сәйкестендіру
– Сенімді орындау ортасы (TEE) немесе Secure Enclave/secure element сияқты қауіпсіздік жабдықтарында қауіпсіз сақтау
Өндірісте сенсордың микробағдарламасы мен операциялық жүйе драйверлері сенсордың сипаттамаларына сәйкес келуі керек. Модульдегі немесе дисплей панеліндегі шағын айырмашылықтар теңшелетін калибрлеу параметрлерін қажет етуі мүмкін.
7. Өндіріс желісіндегі калибрлеу: жабдықтар мен дисплейлерді сәйкестендіру
Құрылғы орнатылғаннан кейін, сенсордың оңтайлы жұмысын қамтамасыз ету үшін телефон калибрлеуден өтеді. Бұған мыналар кіреді:
– Экранның жарқырауы жеткілікті болатындай, бірақ қуатты босқа жұмсамайтындай етіп жарық қарқындылығын (оптикалық сенсорлар үшін) калибрлеңіз.
– Кескін тым қараңғы/тым ашық болмайтындай етіп сенсордағы күшейту мен шуды калибрлеңіз.
– Толқындар терінің әртүрлі жағдайларында біркелкі оқылатындай етіп қысым мен сигналды калибрлеу (ультрадыбыстық үшін).
– Саусақтар дымқыл, майлы немесе экран аздап кір болған кездегі ақаулыққа қарсы алгоритмді реттеу
Калибрлеу арнайы сынақ жабдықтары мен зауыттық бағдарламалық жасақтама арқылы автоматты түрде жүзеге асырылады, ал нәтижелер құрылғы параметрлері ретінде сақталады.
8. Сапаны тексеру: дәлдік, беріктік және тұрақтылық
Телефон жеткізілмес бұрын, сенсорлық модуль бірқатар сынақтардан өтуі керек, мысалы:
– Жалған қабылдау коэффициенті (FAR): жүйенің иесіне тиесілі емес саусақ ізін қаншалықты жиі қате қабылдайтыны.
– Жалған бас тарту деңгейі (ЖҚҚ): жүйенің иесінің дұрыс саусақ ізін қаншалықты жиі қабылдамайтыны.
– Әртүрлі жағдайларда сынақтан өткізіңіз: құрғақ, дымқыл, терлеген немесе шаң басқан саусақтар
– Желім материалының температураның, ылғалдылықтың, қайталанатын қысымның және ескірудің өзгеруіне төзімділігін тексеріңіз.
– Модульдің қозғалмайтынына көз жеткізу үшін құрылғыны түсіру және бұрау сынағы
Сонымен қатар, өндірушілер құрылғылар арасындағы үйлесімділікті тексереді. Экрандағы саусақ ізі сенсоры дисплей мен компоненттердегі шағын өзгерістерге қарамастан, мыңдаған, тіпті миллиондаған құрылғыларда біркелкі жұмыс істеуі керек.
9. Экрандағы саусақ ізі сенсорын жасаудағы негізгі қиындықтар
Бұл технологияның өзіндік ерекшеліктері бар:
– Сигнал экраннан өтуі керек, сондықтан оқу сапасы жабынның материалы мен қалыңдығына сезімтал.
– Жұқа дизайн: телефонның ішкі кеңістігі шектеулі, сондықтан модуль өте ықшам болуы керек.
– Өндіріс шығындары: ультрадыбыстық сенсорлар қымбатырақ, ал оптикалық сенсорлар қанағаттанарлық нәтижелерге қол жеткізу үшін экранды оңтайландыруды қажет етеді.
– Қауіпсіздік: жалған ақпаратқа (сұрап алу), мысалы, кескіндерге, баспаларға немесе силикон материалдарына төзімді болуы керек.
Сондықтан, өндіріс процесі тек сенсорларды орнатумен ғана шектелмейді, сонымен қатар пайдаланушы тәжірибесінің жылдам және қауіпсіз болуын қамтамасыз ету үшін дизайнды, материалдарды, бағдарламалық жасақтаманы және тестілеуді теңестіру болып табылады.
Қорытынды
Дисплейдегі саусақ ізі сенсорын жасау процесі жартылай өткізгіш өндірісінің, материалдар инженериясының, дисплей панелінің интеграциясының және қауіпсіздік бағдарламалық жасақтамасын әзірлеудің күрделі үйлесімі болып табылады. Пластинада чип жасаудан бастап, модульді қаптауға, оптикалық немесе акустикалық қабатты құрастыруға, дисплей астына дәл ламинациялауға дейін, бірнеше калибрлеу мен сапаны тексеруге дейін - мұның бәрі ең жоғары стандарттарға сәйкес орындалуы керек. Нәтижесінде практикалық, заманауи, түймесіз смартфон дизайнын қолдайтын және пайдаланушы деректерінің қауіпсіздігін қамтамасыз ететін биометриялық мүмкіндік пайда болады.
Қаласаңыз, мен мақаланың техникалық нұсқасын (мысалы, фотолитография, OCA немесе FAR/FRR параметрлерін егжей-тегжейлі талқылау) немесе жалпы оқырмандарға арналған танымал нұсқасын жасай аламын.
