TSV 技术较传统封装技术优势与特点分析

2017-02-28 01:54

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导读：TSV 技术较传统封装技术优势与特点分析。指纹识别在智能手机中的应用最早源自苹果的 i Phone5s。由于指纹技术良好的用户体验，以及移动消费支付的兴起，促使相关技术在智能手机中得到快速普及。而指纹识别的芯片封装技术，历经苹果几代产品的使用，也发生了演进与改善。指纹识别是手机上，人机互动最直接的硬件之一，同时对交互体验的要求也是日趋提高。

参考《2016-2022年中国新型电子封装材料产业发展态势及十三五发展定位分析报告》

指纹识别在智能手机中的应用最早源自苹果的 i Phone5s。由于指纹技术良好的用户体验，以及移动消费支付的兴起，促使相关技术在智能手机中得到快速普及。而指纹识别的芯片封装技术，历经苹果几代产品的使用，也发生了演进与改善。指纹识别是手机上，人机互动最直接的硬件之一，同时对交互体验的要求也是日趋提高。

苹果手机为了提升指纹的使用体验，也不断的改进在指纹识别上的技术。最突出变化来自芯片封装所使用的引线技术。从 i Phone5S 时代，苹果就采用了当时先进的 Trench+bond wire（“沟壑”与引线键合）的技术。为了进一步改善体验，在其 6s、7 代产品中，在原有的基础上又采用了改进的TSV（硅通孔）的技术。当其改用 TSV 方案后，在提升芯片有效使用面积、降低芯片封装及模组厚度、提升芯片性能、增加耐用性上，均领先于其他手机品牌厂。而从 17 年的趋势来看，国产品牌手机将在高端机型开始逐步采用 TSV 技术，替代现有的传统封装技术，因为 TSV 技术较传统封装技术，具备无可替代的优势和特点。

（1）TSV 技术本身的优势使得芯片无需再经过边缘的挖沟壑的工艺处理，能显著提升同等尺寸芯片的传感面积，意味着单次采集的指纹信息更多，有效使用面积更大。其带来的好处是，提升指纹识别的准确性与响应速度，更为关键的是能够带来识别安全性的提升，用户体验和隐私保护均获改善。

（2）国内手机目前多还是采用传统的LGA 封装，需要对芯片进行塑胶封盖。而晶圆级封装技术的 TSV 则通过芯片与晶圆内部作垂直通道，相比原有的引线键合（wire bonding）技术，不需要走塑封，另外极大的降低了芯片封装纵向厚度，封装后相应模组厚度从 1mm+降到 0.6mm 以下，符合指纹模组轻薄化的需求。

（3）在指纹芯片封装中，因为芯片与封装面积比很高，体积比也极高，对于翘曲、应力和可靠性造成了很大挑战。传统的 wire bond 技术会因为使用过程的反复按压，损伤连接处引线，最终导致使用的失灵甚至失效。

TSV技术则能很好的避免该缺点，增加指纹芯片耐用性。有意思的是，苹果意识到指纹按压对硬件的损耗，所以在i Phone7 Plus 上取消了能够物理按压功能，同时在底部安装了一个巨大的 Taptic Engine 触控反馈马达，模拟按压的震动感。

（4）TSV 技术能够整合芯片封装和模组一体化，有利于成本加速下降。由于模组组装环节的技术难点，通过TSV 技术在芯片封装环节就可以大部分得到解决，而芯片封装规模化产能的快速扩充，较模组的产能扩充会更快，其成本下降将较传统封装更有优势。

（5）我们认为，对于 Under Glass（简称 UG，玻璃下）电容式指纹识别的技术必须要用 TSV。从手机技术发展来看，Under Glass（玻璃下）指纹识别是一种重要的方向选择，之前高通就在其芯片中采用了超声波的方案，试图通过超声波跳开玻璃盖板的阻隔，直接对指纹信号进行判断，但目前看，使用体验上仍有一些问题。

但如果 UG 仍采用目前通行的电容技术，那么只有在指纹模组中采用 TSV 封装技术才能够实现。因为玻璃下（UG）的指纹识别方案将会采用盖板玻璃作为保护层，而玻璃较蓝宝石和陶瓷材料硬度要低些，所以一旦手机采用 Under Glass 的指纹技术，就意味着在人体指纹和指纹感应 sensor 间的玻璃介质厚度较蓝宝石或是陶瓷材料有明显增加，所以降低误判率和提高信号穿透非常重要。

而 TSV 技术能增加传感器有效使用面积，对降低误判率有很大的帮助。另一方面，由于 TSV 技术方案能够使芯片无塑胶封体，同玻璃底部形成直接贴合，最大化减少指纹芯片感应 sensor 同人体指纹之间的物理间距，实现信号穿透能力增强和封装厚度减小的双重效果，降低信号穿透的误判率。

目前 TSV 的指纹技术在国内品牌手机中已经开始逐步得到认可和使用。前不久发行的华为 Mate9 系列机型，就是采用了 TSV 技术方案。该技术在品牌厂商高端机型的使用将逐步启动，随着规模的扩大和成本降低，而对现有的 LGA 传统封装形成冲击，继而改变整个指纹识别封装市场的版图。

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