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苹果iPhone X中的隐形冠军
2018-02-13 16:56:05 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

据麦姆斯咨询报道，iPhone X中真正突破性的进步在于光学系统。正如EE Times之前报道的那样，iPhone X的近红外3D摄像头（TrueDepth）是一款集成了五个子模块的复杂组合体，包括近红外摄像头、ToF测距传感器+红外泛光照明器、RGB摄像头、点阵式投影器和彩色环境光传感器。

您可能会认为大家已经看到铺天盖地的苹果iPhone X智能手机拆解，但是还有一些厂商隐藏在幕后，没有获得足够的曝光。

当然，苹果iPhone X的逻辑集成电路（IC）是最早被拆解分析的，但是苹果真正的创新在于光学器件及模组、MEMS和传感器、封装和PCB技术等领域。

据麦姆斯咨询报道，上周，EE Times与法国Yole和System Plus Consulting公司的分析师进行座谈交流。当被问及苹果公司在iPhone X上的最大突破时，Yole首席执行官兼总裁Jean-Christophe Eloy认为是：苹果公司为移动设备带来的新光学系统。他说：“苹果公司的重大里程碑是基于3D传感技术的Face ID，这项技术比任何现有的安卓（Android）智能手机中的人脸识别都准确！并且，现在正准确向平板电脑、汽车、门铃等领域蔓延。”

EE Times希望Eloy和System Plus Consulting公司首席技术官Romain Fraux能够深度剖析iPhone X智能手机中的亮点，并给出获的iPhone X“设计中标（Design Win）”的厂商。

位于奥地利的PCB制造商AT&S取得巨大胜利

分析师认为，欧洲PCB制造商AT&S（总部位于奥地利莱奥本）是对高集成度iPhone X的重要贡献者。

虽然TechInsights和iFixit的拆解专家也对iPhone X中的PCB“三明治”感到惊叹，但是Fraux指出，到目前为止，AT&S是唯一能够在PCB板上提供如此前所未有的高密度互连产品的厂商。

通过将两块PCB板堆叠在一起，Fraux预计苹果公司节省了iPhone X约15%的“占地面积”，进而使得苹果公司有了足够的“场地”安放额外的电池。

苹果iPhone X堆叠板

苹果iPhone X堆叠板的横截面图

毫无疑问，改良型半加成法工艺（modified Semi-Additive Processes，mSAP）和先进的制造技术正以更低的成本和更快的生产速度，实现智能手机中的高密度互连。

iPhone X及iPhone 8大量使用高密度互连技术电路板，同时加上采用有机发光二极管（OLED）显示与无线充电等技术的整合，助长更多的软板（FPC）与软硬板（Rigid-Flex PCB）整合到智能手机之中，高端PCB工艺产品将成为重要的成长火车头，业界非常看好未来的PCB商机。

Eloy指出，AT&S的mSAP技术对公司近期财务业绩的贡献很大。AT&S近期报告显示，2017财年前三季度（2017年4月1日至12月31日）的营收同比增长24.5%，达到7.659亿欧元。

先进的基板工艺比较

据麦姆斯咨询介绍，高密度互连线路PCB板采用积层法制作，简单说就是用普通多层板作为核心板材进行迭加与积层，再运用打孔、孔内金属化的工艺使各层电子电路形成内部电路连接效用，这会更节省布线面积、提高元器件密度。

Fraux解释说，半加成法（SAP）目前是生产精细线路的主要方法，其特点在于图形形成主要靠电镀和快速蚀刻。在快速蚀刻吋，由于蚀刻的化学铜层非常薄，因此蚀刻时间非常短，对线路侧向的蚀刻很小。与减成法相比，线路的宽度不会受到电镀铜厚的影响，比较容易控制，而且不易出现蚀刻未净等缺陷，提高了成品率。

mSAP与SAP的关键区别在于：mSAP有基铜，而SAP没有。基铜的厚度一般在3~9微米，如此薄的铜厚一般是通过覆铜箔层压板减薄铜得到。mSAP允许通过光刻定义几何形状，走线更加精确，最大限度提高了电路密度，并能够以较低的信号损失实现精确的阻抗控制。

博世（Bosch）为苹果公司定制开发IMU

苹果公司决定在其新款Apple Watch中增加LTE调制解调器（LTE modem），其中一个很大的挑战是：手机的厚度！类似地，MEMS 传感器也遇到该挑战。

Fraux认为博世集团子公司Bosch Sensortec为苹果公司新款Apple Watch特别定制了6轴惯性测量单元（IMU）。这款IMU厚度从其上一代产品的0.9毫米厚度减小到0.6毫米，成为全球最薄的6轴IMU。这也使得：博世取代InvenSense，成为苹果新手机iPhone 8和iPhone X的供应商；同时也取代了意法半导体（STMicroelectronics），成为Apple Watch Series 3的供应商。由此看来，博世彻底击败了竞争对手。

苹果iPhone X中定制版博世6轴IMU拆解分析

“这三款苹果产品为博世带来了每年数以亿计的传感器销量。毫无疑问，博世实际上已成为消费类应用中MEMS IMU的领导者！” Fraux说道。

《苹果iPhone X中的博世6轴IMU》逆向分析报告指出，“在设计方面，博世做出了重大改变：特别是加速度计MEMS芯片，旧的单一质量结构被放弃，采用了可以获得更好传感性能的新结构。博世多年不变的MEMS制造工艺也进行了‘修订’，加速度计和陀螺仪都采用了新工艺。此外，新款ASIC芯片集成了传感器融合功能，用于处理加速度计和陀螺仪的数据，并且具有更低的功耗和附加功能。”

《苹果iPhone X中的博世6轴IMU》报告对苹果iPhone X中的博世6轴IMU进行详细的拆解与逆向分析，包括物理分析、工艺分析和制造成本分析。此外，还提供它与博世BMI160、意法半导体最新6轴IMU的对比分析。如果您想详细了解，欢迎购买该报告。

博通（Broadcom）LTE先进的系统级封装（SiP）

业界一直沉迷于英特尔（Intel）和高通（Qualcomm）之间的竞争，讨论谁将赢得苹果最新款iPhone的调制解调器订单。但是现在我们都知道了：他们两家在iPhone X中都是赢家，在不同地区的iPhone X机型中，一些调制解调器芯片来自英特尔，一些来自高通。

然而，讨论智能手机中的为射频前端模组设计的RF系统级封装（SiP）却较少，这难道不重要吗？

5G时代正在来临，智能手机中的RF器件数量将大幅增加，这与智能手机轻薄化的大趋势相悖。因此，我们认为先进的系统级封装、芯片集成技术将获得更广泛的采用，以缩小RF器件及模组尺寸。

Fraux强调说：“苹果iPhone X中的Broadcom / Avago先进的RF SiP达到了前所未有的集成水平：包含18个滤波器在内的近30颗芯片。Broadcom / Avago的这种设计是为了适应日本的中高频（Band 42, 3.6GHz）。”

博通（Broadcom）射频前端模组AFEM-8072拆解分析

这款博通（Broadcom）射频前端模组对于无SIM卡的智能手机至关重要。 Fraux指出，在iPhone X A1865和A1902中，Broadcom和Skyworks提供射频前端模组（FEM）。在iPhone X A1901中，Broadcom、Skyworks和Epcos是射频前端模组（FEM）供应商。

根据《手机应用的先进射频（RF）系统级封装-2017版》报告介绍：“目前，射频前端模组正在使用复杂的SiP架构，在单个封装中通常包含10~15个裸片（开关、滤波器、功率放大器）和几种类型的互连技术（引线键合、倒装芯片、铜柱）。未来的智能手机连接依赖于SiP创新，2017年~2022年SiP封装市场规模的复合年增长率将超过10%，超过整体半导体封装市场的7%增速。智能手机的射频前端模组市场将从2017年的123亿美元增长至2022年的228亿美元，复合年增长率为13%。先进的多芯片SiP封装拥有一大批满足5G需求的关键技术，具有启动或减缓5G市场的能力！”

此外，《手机应用的先进射频（RF）系统级封装逆向分析综述-2017版》报告针对目前主流的前端模组SiP封装技术进行了技术对比综述，囊括了三款高端旗舰智能手机（华为P10、三星Galaxy S8以及苹果iPhone 8 Plus）中的八款产品。在这些智能手机中，五家主要的供应商（Skyworks Solutions、Murata、TDK-Epcos、Qorvo 以及Broadcom）瓜分了前端模组市场。

智能手机中突破性的光学系统

Eloy认为，iPhone X中真正突破性的进步在于光学系统。正如EE Times之前报道的那样，iPhone X的近红外3D摄像头（TrueDepth）是一款集成了五个子模块的复杂组合体。

这五个子模块分别是：近红外摄像头（意法半导体提供）、ToF测距传感器+红外泛光照明器（意法半导体提供）、RGB摄像头（LG Innotek提供模组，索尼提供图像传感器）、点阵式投影器（ams提供）和彩色/环境光传感器（ams提供）。该3D摄像头模组使用柱形凸块连接近红外图像传感器（倒装芯片）以及包括四个透镜的光学模块。

iPhone X的近红外3D摄像头（TrueDepth）的五个子模块

iPhone X的3D摄像头系统采用结构光原理，红外摄像头会读取点阵图案，捕捉它的红外图像，为用户人脸绘制精确细致的深度图，然后将数据发送至iPhone中央处理器——A11芯片中的安全隔区，以确认是否匹配。其中，点阵图案由红外点阵投影器（即结构光发射器）投射超过30000个肉眼不可见的红外光点形成。由于借助不可见的红外光，即使在黑暗中也能识别用户的脸。

意法半导体为近红外摄像头提供近红外图像传感器，适合人脸识别和移动支付等应用。近红外摄像头的图像传感器和点阵投影器一起工作，可实现高精度的深度感测功能。该图像传感器采用Soitec公司的Imager-SOI技术，具有更高的量子效率和极低的噪声。

ams提供的点阵投影器具有四项创新：（1）封装：采用插入陶瓷衬底的新型热管理方法；（2）专用垂直腔面发射激光器（VCSEL）：采用由Broadcom集成电路驱动的专用光发射谱；（3）折叠光学（Folded Optical）：采用晶圆级光学的折叠光路；（4）主动式衍射光学元件（Active DOE）。

意法半导体提供的“ToF测距传感器+红外泛光照明器”采用了自己的NIR VCSEL和单光子雪崩二极管（SPAD）。

iPhone X的ToF测距传感器+红外泛光照明器的拆解分析