CSM替代COB方案在指纹模组上的应用

[导读] 屏下光学指纹识别方案是COB（chip on board)方案——芯片与外围元器件都是直接放在FPC软板上。

      过去两年全面屏手机的兴起，推动屏下指纹识别技术正在以迅雷不及掩耳之势席卷整个智能手机产业。根据IHS Markit的统计数据显示，2019年，搭载屏下指纹识别技术的智能手机全球出货量将会超过1亿台。预计未来三年该技术将在市场保持高速增长。
      目前市场上主流的屏下光学指纹识别方案是COB（chip on board)方案——芯片与外围元器件都是直接放在FPC软板上。屏下光学指纹方案正是使用的这个方案得以在手机终端大规模应用，但其劣势也较明显——COB封装的模组尺寸较大，挤压了电池空间。一方面，因为COB模组是基于Wire Bonding的技术，所以软板上的内引脚及金线引线需要一定的空间；同时，焊接在软板上的外围元器件占用了一定的空间。这就造成了COB模组的X Y方向的尺寸比较大，电池尺寸被迫做出牺牲。另一方面，因为模组厂必须使用COB的组装线体来组装目前屏下光学指纹识别COB模组，然而COB的组装线体产能较为紧张（基于现在终端的摄像头的数量增长过快，需要更多的COB线体来组装手机上的摄像头），进一步限制了智能手机的产能。
 
                                         图示一：CSM与COB对比图
        随着5G手机的到来，5G手机的功耗更大，对大容量电池的需求更加强烈。牺牲电池尺寸迁就指纹模组变得得不偿失。为了解决这一问题，日前业界领先的人机交互及生物识别方案供应商思立微独家推出了适用于OLED屏幕、在模组尺寸（XY方向）上极具优势的屏下光学指纹识别的CSM (chip-scale module)方案GSL7001F。较之传统 的COB(chip on board)方案，新方案可以把模组XY面积缩减50%，为大容量电池腾出更多空间，整机内部堆叠变得更具操作性。
 
                                            图示二：封装体示意图
          CSM方案使用Flip Chip工艺，把芯片焊接在PCB上，然后用玻璃保护芯片表面，再用锡球把芯片的电路引出来；同时，因为外围元器件也可以焊接在PCB板上面，这就使得整个设计从2D形式转变为3D。这样的设计形成了一个和芯片大小差不多的芯片封装体，不占用额外的X Y方向的空间，基于这个芯片封装体，开发者甚在模组阶段只需要使用SMT把芯片封装体焊接在FPC软板上，然后在芯片封装体上面直接装Holder+Lens，模组组装变得简单，模组XY方向尺寸和芯片尺寸相当，节约了手机内部空间。据介绍，他们推出的CSM方案拥有如下几点优势：1、节约空间：相比较COB模组，CSM方案，X Y方向的空间有50%的缩减，可以留更多地空间留给电池；这个对5G手机尤为重要；2、降低成本：可以使用模组厂成熟的SMT生产线，不需要COB，这样节省了成本。COB方案需要Die Bond/Wire Bond机器及相应的净化级别的车间（一般要求千级车间及以上）；3、提高效率：因为CSM封装体在封装厂完成，较之COB更有效率和品质保证，这就使得新方案比COB更有大量生产的优势。
 
                                                 图示三：CSM实物对比图
           未来的屏下光学指纹识别势必会朝着更安全、更速度（识别准确率更高，识别错误率更低，解锁更快）、更智能化（会随着人的指纹变化而变化、不同的年龄、不同的季节）、产品更小的方向发展。产品更小不仅仅局限于X Y方向，也会在Z方向需要更薄的产品。