你可能认为在过去这段时间已经看到够多的苹果(Apple)最新款智能手机 iPhone X 拆解文,但看来并非如此…与众多聚焦逻辑 IC 的 iPhone X 拆解文有不同观点,市场研究机构 Yole Developpement 的逆向工程合作伙伴 System Plus Consulting 技术长 Romain Fraux 指出,Apple 新产品真正具突破性的技术,在于光学模组、零组件、MEMS、封装与 PCB


EE Times 在不久前采访了总部都在法国的 Yole 与 System Plus Consulting 分析师,在被问到 Apple 在 iPhone X 设计上最大的进步是什么时,Yole 执行长暨总裁 Jean-Christophe Eloy 认为是“Apple 为手持式装置导入的光学系统”;他指出,Apple 设立的一个重要里程碑,是让 3D 感测──能比现有任何一款 Android 手机更精准识别脸部的功能──准备普及到包括平板装置、汽车与门铃等等各种装置。


以下 EE Times 记者请 Eloy 与 Fraux 分享从深度拆解中发现的“亮点”,也请他们指出鲜为人知的、赢得了 iPhone X 设计案的几家厂商。


奥地利 PCB 制造商 AT&S 是大赢家之一
分析师们表示,有一家总部位于奥地利 Leoben 的 PCB 制造商 AT&S,是让 iPhone X 内部设计达到高度整合的最大功臣。


而虽然如 TechInsights、iFixit 等拆解分析机构的专家们,都对于 iPhone X 内的“PCB 三明治”惊叹不已,Fraux 指出 AT&S 是到目前为止唯一有能力在 PCB 上提供这种前所未见高密度水准互连的厂商;藉由将两片 PCB 堆叠在一起,他估计 Apple 能因此在 iPhone X 节省了 15%的“楼地板面积”,并因此有空间能塞进更多的电池。

 

 


两片堆叠在一起的 PCB 以及其横切面


毫无疑问,经过调整的半加成制程(semi-additive processes,mSAP)与先进制造技术,在智能手机内实现了高密度互连,而且成本更低、量产速度也更快。Yole 的 Eloy 并指出,AT&S 的 mSAP 为这家公司最近业绩带来不少贡献──其 2017 财务年度的前三季业绩为 7.659 亿欧元,与 2016 年同期间相较成长了 24.5%。

 

 

先进基板制程比较


Fraux 解释,mSAP 是“用以制造积层板(laminate)或是叠构基板(build-up substrate),而且拥有预先制作的介电薄板(dielectric sheet)与薄铜层,用以做为在进一步图形化或铜涂布之前的晶种层(seed layer);而 mSAP 的优势在于能提供更薄的铜层,涂布于光阻剂(resist)未覆盖的积层板与板面区域。


mSAP 能支援以光学微影技术来划定布线图形,并因此能让走线更精确、最大化电路密度,并因此实现精确的阻抗控制与较低的讯号失真。


Bosch 为 Apple 开发定制惯性传感器
Apple 决定为最新款 Apple Watch 添加 LTE 模组,必须克服一个很大的挑战:该智能手表的厚度;而 Fraux 指出,德国 Bosch Sensortec 跳出来为新一代 Apple Watch 定制了惯性传感器(IMU),将传感器元件厚度从 0.9mm 降低到 0.6mm:“这是目前市场上最薄的六轴 IMU。”


而 Bosch 也因此取代 InvenSense 成为 iPhone 8 与 iPhone X 的传感器供应商,在 Apple Watch Series 3 则是取代 STMicroelectronics;Fraux 指出,上述三款产品设计案为 Bosch 带来每年数亿颗的出货量,让 Bosch 成为消费性应用 MEMS IMU 市场上无可争议的领导厂商。


Fraux 在一份 System Plus Consulting 最近发表的报告中分享他的观察:“Bosch Sensortec 做了显著的改变,特别是在加速度计方面,抛弃了旧式的单体(single-mass)结构,改采能实现更佳感测性能的新结构;此外该公司多年未改变的微机械加工制程也有所革新,加速度计与陀螺仪都采用了全新制程。”


他补充指出:“新的 ASIC 裸晶设计是为了融合来自加速度计与陀螺仪的资料,而且应该也能提供更低的电流耗损以及其他功能性。”


Broadcom 为 LTE 打造的先进 SiP 解决方案
产业界一直关注英特尔(Intel)与高通(Qualcomm)之间争夺 Apple 最新 iPhone 基带芯片板位的战争,而大家应该也都知道这两家公司后来是分别攻占在不同区域市场销售的不同型号 iPhone X;但比较少被讨论到的一个议题,是该款手机的前端模组 RF 系统级封装(SiP)设计。


System Plus Consulting 的 Fraux 指出,iPhone X 的先进 RF SiP 是由博通(Broadcom,即 Avago)所开发,达到了前所未见的高整合度──在单封装中整合了 18 片滤波器、近 30 颗裸晶;Broadcom 设计此方案的目标是适应日本的中高频(Band 42,3.6GHz)。

 

 


Broadcom 设计的前端模组


Broadcom 这款模组对于无 SIM 卡手机特别重要;Fraux 指出,A1865 与 A1902 型号的 iPhone X,是由 Broadcom 与 Skyworks 供应前端模组,A1901 型号的 iPhone X,前端模组供应商则是 Broadcom、Skyworks 与 Epcos。

手机光学系统的技术突破
而 Yole 的 Eloy 总结认为 iPhone X 的光学系统是真正的进步,表示其 TrueDepth 摄影机由复杂的 5 个子模组结合而成,嵌入于 Apple 的光学中枢;那些子模组包括由 ST 提供的近红外线摄影机、ToF 测距传感器以及 IR 泛光感应元件,还有 AMS 提供的 RGB 摄影机、点阵投影器(dot projector)和彩色 / 环境光传感器。


Fraux 观察指出,该 RGB 摄影机传感器是一款有着复杂供应链的产品:“Sony 提供 CMOS 影像传感器(CIS),LG Innotek 则应该是整个模组的供应商;”而该系统的关键是其 IR 摄影机、RGB 摄影机以及点阵投影器设计是一致的,而且能共同运作。

 

 

iPhone X 的 TrueDepth 包含 5 个子模组


如 Yole Developpement 成像技术暨传感器部门领导人 Pierre Cambou 先前向 EE Times 解释的,iPhone X 前面有一个 3D 摄影机能辨别使用者的脸部、为手机解锁,是结合了 ToF 测距传感器以及红外线“结构光”摄影机,因而能使用均匀的“泛光”(flood)或“点阵图案”(dot-pattern)照明。


Cambou 指出,3D 感测相机系统的运作原理与拍摄照片的一般 CMOS 影像传感器非常不同。首先,iPhone X 结合了红外线相机与泛光感应元件,从而在手机前方投射出均匀的红外光。接着拍摄影像,并此触发脸部识别算法。


然而,这种脸部识别功能并非持续运作。连接到 ToF 测距传感器的红外线相机发出讯号,指示相机在侦测到脸部时拍摄照片。iPhone X 接着启动其点阵式投射器拍摄影像。然后将一般影像和点阵图案影像传送至应用处理单元(APU),用于进行神经网路训练,以识别手机使用者以及解锁手机。


Fraux 指出,ST 在近接传感器与泛光照明模组上,使用的是自家的垂直共振腔面发射雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)。他也表示,因为 5 个子模组是排列在 iPhone X 的顶部,若 Apple 考虑缩小这款 iPhone 的尺寸,必须要思考该如何将这些子模组的尺寸进一步迷你化或是整合。

 

 

iPhone X 的近接传感器与泛光照明模组


麦克风为何少一颗?
Apple 在 iPhone 7 与 iPhone 8 都配置了 4 颗麦克风,包括顶部一颗、底部两颗的共 3 颗前向麦克风,还有在手机背面顶部的另一颗麦克风;对此 Fraux 解释,前向顶部的麦克风是为了消除噪音,在背面的那一颗是为了录音,而另两颗在底部的麦克风是用以通话。

 

 

iPhone X 总共只使用了 3 颗麦克风


但 System Plus Consulting 发现,iPhone X 只配置了 3 颗麦克风,其中位于底部的只有一颗;至于原因为何,Fraux 表示他们也还未解开这个谜。iPhone X 的 3 颗麦克风有双供应来源,其一是中国业者歌尔(Goertek),另一家供应商则是楼氏(Knowles)。