Процесот на изработка на сензор за отпечатоци од прсти на екранот
Развојот на технологијата за паметни телефони во последната деценија не се фокусираше само на подобрувањата на камерата и перформансите, туку и на тоа како корисниците комуницираат со уредот. Една од најзначајните иновации е присуството на сензори за отпечатоци од прсти вградени во екранот. Додека сензорите за отпечатоци од прсти претходно генерално беа поставени на копчето „Дома“, на задната страна или на страната од куќиштето, многу модерни телефони сега ги имаат вградено директно под екранот. Оваа технологија овозможува дизајн на цел екран (тенки рамки), а сепак обезбедува практична биометриска безбедност. Па, како точно е процесот на создавање сензор за отпечатоци од прсти вграден во екранот? Оваа статија ги разгледува технологијата, производството и тестирањето на квалитетот.
1. Разберете го принципот на работа на сензорот за отпечатоци од прсти на екранот
Пред да се започне со процесот на производство, важно е да се разберат двата главни типа на сензори за отпечатоци од прсти вградени во екранот:
1. Оптички (оптички)
Овој сензор работи како „мала камера“ зад екранот. Кога прстот ќе ја допре површината на сензорот, екранот емитува светлина (обично од OLED/AMOLED панел), а потоа сензорот го доловува рефлектираниот образец на отпечаток од прст. Овој образец потоа се обработува во биометриски податоци.
2. Ултразвучно
Ултразвучните сензори користат високофреквентни звучни бранови за да ги „мапираат“ контурите на отпечатокот од прст. Овој метод може да чита подлабоко, вклучувајќи детали за текстурата на кожата, што го прави обично попрецизен и потежок за измама од оптичките сензори.
Секоја технологија има последици врз процесот на производство: оптичките сензори имаат тенденција да бидат поедноставни и поевтини, додека ултразвучните сензори бараат посложени компоненти и калибрација.
2. Фаза на дизајнирање: Дефинирање на спецификации и интеграција
Процесот на производство започнува долго пред фабриката да произведе компонента. За време на фазата на дизајнирање и инженерство, производителите на уреди (OEM) соработуваат со добавувачи на сензори за да дефинираат спецификации како што се:
– Големина и дебелина на сензорскиот модул
– Активна површина за скенирање (на пр. 8×8 mm или поширока)
– Брзина на читање и ниво на точност
– Потрошувачка на енергија
– Локација на сензорот под екранот (обично во долниот центар)
– Компатибилност со типови на екрански панели (OLED/AMOLED се почести бидејќи можат да емитуваат светлина по пиксел)
Во оваа фаза, се зема предвид и тоа како сензорот ќе биде поврзан со матичната плоча, како ќе биде поставен флексибилниот кабел и како софтверот безбедно ќе ги обработува податоците од отпечатоците од прсти.
3. Производство на сензорски модули: Од плочка до чип
И оптичките и ултразвучните сензори обично започнуваат со процесот на производство на полупроводници. Типичните чекори вклучуваат:
1. Изработка на плочка (изработка на коло на силиконска плочка)
Полупроводничките леарници печатат микрокола со помош на фотолитографија. Шемите на кола се создаваат слој по слој со помош на техники на депозиција, бакроење и јонска имплантација.
2. Сечење на коцки (сечење на вафли во парчиња)
Откако вафлата ќе биде готова, се сече на мали парчиња според големината на сензорот.
3. Пакување (пакување со чипови)
Потоа чипот се „завиткува“ за да се заштити и да се олесни инсталацијата во уредот. Во оваа фаза, електричните врски се прават преку жичено поврзување или преклопување, во зависност од дизајнот. Пакувањето, исто така, ја одредува отпорноста на топлина, притисок и работниот век.
За ултразвучни сензори, модулот може да вклучува елементи на ултразвучен предавател и приемник, како и коло за претходна обработка на сигналот (преден дел). Ова го прави процесот посложен од оптичките сензори, кои често користат наменски сензор за слика и едноставни леќи/оптика под екранот.
4. Создавање на потпорниот оптички или акустичен слој
Сензорот за отпечатоци од прсти вграден во екранот не работи сам. Потребен му е потпорен слој за правилно поминување на сигналот (светлина или ултразвучни бранови).
За оптички сензори
Потребна е соодветна „оптичка патека“:
– Слој за светлосно насочување или светлосно насочување (во одредени дизајни)
– Микро леќа за фокусирање на рефлексијата на отпечатокот од прстот врз сензорот
– Леплив материјал (OCA/оптички проѕирен лепак) кој ја одржува транспарентноста и го намалува дисторзијата
Бидејќи сензорот се наоѓа под панелот, снимената рефлексија може да се намали. Затоа, оптичкиот дизајн и изборот на материјал мора да обезбедат јасна слика од отпечаток од прст.
За ултразвучни сензори
Најважно е „акустичната патека“:
– Слој кој е способен стабилно да пренесува ултразвучни бранови
– Лепила со специфични акустични карактеристики
– Механичка потпорна структура, така што притисокот од прстите не го оштетува модулот
Секој слој што е премногу апсорбирачки или рефлективен ќе го намали квалитетот на скенирањето, па затоа контролата на материјалот во оваа фаза е многу строга.
5. Интеграција со панел за прикажување: Поставување и ламинација
Следниот клучен чекор е интегрирање на сензорскиот модул со дисплејот. Овој процес се одвива во погонот за склопување на модулот за дисплеј или на линијата за склопување на телефоните, во зависност од синџирот на снабдување на производителот.
Општи чекори што се случуваат:
1. Одредување на површината на сензорот на панелот
За оптичките сензори, OLED панелите често се прилагодуваат за да се обезбеди соодветни карактеристики на пренос на светлина во сензорската област. Во некои дизајни, густината на пикселите или распоредот на подпикселите во рамките на сензорската област може да се оптимизира.
2. Поставување на сензорскиот модул
Модулите се поставуваат под специфични области, обично со употреба на прецизни прицврстувачи за да се обезбеди прецизно позиционирање. Толеранциите на поместување може да бидат многу мали, што влијае на корисничкото искуство.
3. Ламинација
Сензорот и поврзаните слоеви се залепени заедно со помош на специјален лепак. Процесот на ламинирање мора да избегне:
– воздушни меурчиња
- прашина
– неправилност во дебелината на лепилото
Бидејќи сето тоа може да ја намали точноста на читањето на отпечатоци од прсти.
4. Инсталирање на флексибилни конектори
Модулот е поврзан со матичната плоча преку флексибилен кабел. Овој кабел мора да издржи топлина и притисок при употреба.
6. Улога на софтверските и безбедносните енклави
Сензорите за отпечатоци од прсти не се само хардвер. Од софтверска страна, постои клучен процес:
– Креирање шаблон за отпечаток од прст кога корисникот регистрира прст
– Екстракција на карактеристики (ситни детали) од ултразвучни слики или мапи
– Брзо и безбедно споредување
– Безбедно складирање во безбедносен хардвер како што е Trusted Executive Environment (TEE) или Secure Enclave/Secure element
Во производството, фирмверот на сензорот и драјверите на оперативниот систем мора да одговараат на карактеристиките на сензорот. Малите разлики во модулот или панелот за приказ може да бараат прилагодени параметри за калибрација.
7. Калибрација на производствената линија: Усогласување на хардверот и дисплеите
Откако ќе се инсталира уредот, телефонот се калибрира за да се обезбедат оптимални перформанси на сензорот. Ова вклучува:
– Калибрирајте го интензитетот на светлината (за оптички сензори) така што сјајот на екранот е доволен, но не троши енергија.
– Калибрирајте го засилувањето и шумот на сензорот така што сликата да не биде премногу темна/премногу светла
– Калибрација на притисок и сигнал (за ултразвук), така што брановите се читаат конзистентно низ различни состојби на кожата.
– Прилагодување на алгоритмот против дефекти, како на пример кога прстите се влажни, мрсни или екранот е малку валкан
Калибрацијата се врши автоматски со помош на специјална опрема за тестирање и фабрички софтвер, а резултатите се зачувуваат како параметри на уредот.
8. Тестирање на квалитет: Точност, издржливост и конзистентност
Пред да се испорача телефонот, сензорскиот модул мора да помине низ серија тестови, на пример:
– Стапка на лажно прифаќање (FAR): колку често системот погрешно прифаќа отпечаток од прст што не е на сопственикот.
– Стапка на лажно одбивање (FRR): колку често системот го отфрла точниот отпечаток од прст на сопственикот.
– Тестирајте под различни услови: суви, влажни, испотени или прашливи прсти
– Тест за отпорност на промени во температурата, влажноста, повторен притисок и стареење на лепилото.
– Тест за паѓање и торзија на уредот за да се осигури дека модулот не се поместува
Дополнително, производителите проверуваат конзистентност меѓу единиците. Сензорот за отпечатоци од прсти вграден во екранот мора да работи рамномерно на илјадници, па дури и милиони единици, и покрај малите варијации во екранот и компонентите.
9. Главни предизвици при креирање на сензор за отпечатоци од прсти на екранот
Оваа технологија има некои посебни предизвици:
– Сигналот мора да го пробие екранот, па затоа квалитетот на читање е чувствителен на материјалот и дебелината на облогата.
– Тенок дизајн: внатрешниот простор на телефонот е ограничен, па затоа модулот мора да биде многу компактен.
– Трошоци за производство: ултразвучните сензори се поскапи, додека оптичките сензори бараат оптимизација на екранот за да се постигнат задоволителни резултати.
– Безбедност: мора да биде отпорна на обиди за фалсификување (измама), на пример слики, отпечатоци или силиконски материјали.
Затоа, процесот на производство не е само за инсталирање на сензори, туку и за балансирање на дизајнот, материјалите, софтверот и тестирањето за да се обезбеди брзо и безбедно корисничко искуство.
Заклучок
Процесот на создавање сензор за отпечатоци од прсти вграден во екранот е комплексна комбинација од производство на полупроводници, инженерство на материјали, интеграција на панелот за дисплеј и развој на безбедносен софтвер. Од изработка на чип на плоча, преку пакување на модули, склопување на оптички или акустичен слој, прецизно ламинирање под екранот, до повеќекратни калибрации и тестирање на квалитетот - сè мора да се изврши според највисоките стандарди. Крајниот резултат е биометриска функција која е практична, поддржува модерни дизајни на паметни телефони без копчиња и ја одржува безбедноста на податоците на корисниците.
Доколку сакате, можам да создадам и потехничка верзија на статијата (на пр., детално дискутирање на фотолитографијата, OCA или FAR/FRR параметрите) или попопуларна верзија за пошироката јавност.
