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 周 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。

 

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。”

 

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

 

ams 为 iPhone X 智能手机定制开发了一款彩色/环境光传感器,改善了 iPhone 的环境光感测能力。这款传感器的架构使得其能感应很宽的光谱,结合扩散片(diffuser),6 通道传感器芯片能感测紫外光、红光、绿光、蓝光、近红外 1(NIR1)和近红外 2(NIR2)。

 

如果您希望详细学习 iPhone X 近红外 3D 摄像头(TrueDepth),请购买我们精心制作的多份逆向分析报告。

 

减少一颗 MEMS 麦克风的谜题

在 iPhone 7 和 iPhone 8 中,苹果公司为每部智能手机集成了四颗 MEMS 麦克风,包括三颗前置 MEMS 麦克风(一颗在顶部,两颗在底部)和一颗后置 MEMS 麦克风。

 

Fraux 透露,System Plus Consulting 公司拆解 iPhone X 时,只发现了三颗 MEMS 麦克风,减少了一颗前置底部 MEMS 麦克风。当被问及为何减少一颗时,他表示还没解开这个谜题。

 

苹果 iPhone X 拆解分析:仅用了三颗 MEMS 麦克风

 

根据 Fraux 介绍,iPhone X 中的三颗 MEMS 麦克风来自于两家供应商:中国的歌尔股份(Goertek)和美国楼氏电子(Knowles)。