蘋果公司在2022年9月的年度發(fā)布會(huì)上承諾，iPhone 14將配備“重新設(shè)計(jì)的接近傳感器”，可以探測顯示屏后面的光線，以節(jié)省額外空間。事實(shí)上，我們最初的拆解分析顯示，蘋果決定改變他們對接近傳感器的方法。 ?

iPhone顯示屏的正面已經(jīng)從手機(jī)頂部的傳統(tǒng)缺口(用于紅外(IR)設(shè)備中的自拍相機(jī))演變?yōu)橐粋€(gè)pill或“動(dòng)態(tài)島(dynamic island)”區(qū)域(動(dòng)態(tài)指的是隨著島功能的變化，黑色橢圓形的大小和形狀發(fā)生變化；圖1顯示了處于靜止?fàn)顟B(tài)的island/pill 。這是island的最小尺寸)。

圖1：蘋果iPhone 14 Pro顯示屏正面，活動(dòng)顯示屏下方的接近傳感器位置顯示。提取的傳感器的方向被保留。TechInsights, 2022年。

在圖1中，顯示了接近傳感器相對于island的位置，位于有源顯示器下方，IR 投影儀正下方。右側(cè)是提取的接近傳感器，顯示了一個(gè)發(fā)射窗口和一個(gè)更大的檢測窗口。

打開傳感器的蓋子，可以看到三個(gè)主要功能器件以及安裝在兩個(gè)獨(dú)立基板上的無源元件，如圖 2 所示。請注意，覆蓋控制 IC 的金屬蓋已被移除，露出 IC。

圖2:iPhone 14 Pro 接近傳感器指示發(fā)射設(shè)備、探測器和控制IC。TechInsights, 2022。

參考圖2，光學(xué)元件似乎是一個(gè)基本的光電二極管探測器和一個(gè)邊緣安裝的激光二極管。激光二極管的邊緣安裝在一個(gè)大的黑色段塞上，大概用作散熱器。控制IC有封裝標(biāo)記Y81/529IL/EDQCR，激光二極管有裸片標(biāo)記Y2/13/32。

圖3:存儲(chǔ)的控制IC，顯示的是Analog Devices芯片，裸片標(biāo)記為W30A。TechInsights, 2022年。

深入挖掘，控制IC的一個(gè)倉庫如圖3所示。裸片標(biāo)記為ADI/21/W30A和Analog Devices標(biāo)志。通過Analog Devices的目錄搜索這些封裝和裸片標(biāo)記并不能提供任何進(jìn)一步的信息。布局表明大型驅(qū)動(dòng)電路與控制數(shù)字電路一起出現(xiàn)，可能用于飛行時(shí)間測量。在裸片上有36個(gè)鍵合墊(所有線鍵合)，而控制器包有30個(gè)(5 × 6)球鍵合。

這與之前的iPhone接近傳感器有很大不同。TechInsights拆解數(shù)據(jù)庫顯示，蘋果一直在用意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)的設(shè)備制造接近傳感器。目前還沒有跡象表明iPhone 14的傳感器采用的是意法半導(dǎo)體。從表1可以看出，至少從iPhone XS Max開始，這個(gè)位置就一直被意法半導(dǎo)體占據(jù)著。之前的ST接近傳感器使用直接安裝在包含單光子雪崩二極管(SPAD)探測器的硅芯片上的GaAs/AlGaAs垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)(參見封裝報(bào)告PKG-2106-801對這種類型傳感器的詳細(xì)分析)。新的傳感器有一個(gè)更簡單的邊緣安裝激光二極管和簡單的光電探測器。

表1:iPhone世代中的接近傳感器。TechInsights, 2022年。

TechInsights對激光二極管進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，以確定激光器的尺寸和材料。

邊緣發(fā)射激光二極管垂直安裝在一個(gè)插頭上，以引導(dǎo)光線穿過手機(jī)的顯示屏。單個(gè)金球鍵連接到與p+陽極接觸的金色接觸墊。陰極連接在器件的背面。激光二極管測量270 μ m寬，腔長430 μ m。裸片高度為~81μm;這種厚度需要在晶片減薄和棒材切割過程中小心處理。

激光二極管的頂部視圖包括大型非電連接襯墊，有助于保護(hù)激光脊在晶圓減薄、棒材切割和facet涂層的最后階段免受處理損傷，以及作為任何機(jī)器視覺測試和組裝系統(tǒng)的基準(zhǔn)。在激光二極管的表面上，可以觀察到一些表面涂層的過度噴涂，形成顏色邊緣。這種過度噴涂是為了確保小面得到充分的涂層和保護(hù)。所述發(fā)射邊緣的小面涂層被設(shè)計(jì)為部分發(fā)射光，而反射邊緣被調(diào)整為最大限度的反射光學(xué)。沿著裸片切割通道進(jìn)行裸片隔離，以分離設(shè)備。

圖4:激光二極管脊的反射邊緣，EDS位置指示。TechInsights, 2022年。

激光器的后側(cè)面如圖4所示。激光脊寬4.0μm，高2.2μm。乍一看，這似乎是一個(gè)法布里-珀羅增益導(dǎo)向脊波導(dǎo)激光結(jié)構(gòu)。這種應(yīng)用的性能要求不需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)窄線寬或高速調(diào)制。金屬化從小面向后設(shè)置，這將有助于保持高產(chǎn)量的棒材切割，因?yàn)槿魏斡捎诮饘賾掖沟奈ｋU(xiǎn)都被消除了。通過高產(chǎn)量保持低成本可能是這類組件的重要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力。

對材料進(jìn)行SEM-EDS(掃描電子顯微鏡-能量色散x射線能譜)分析，確認(rèn)材料體系。結(jié)果匯總見表2。p接觸金屬化分為兩個(gè)階段。有一個(gè)3微米金層頂部，并從第一金屬化堆棧輕微嵌入。我們期望與p++脊蓋半導(dǎo)體層接觸的典型接觸金屬堆疊是Ti/Pt/Au，以提供良好的合金歐姆接觸，同時(shí)保持一個(gè)屏障，以防止Au進(jìn)入半導(dǎo)體層的可靠性危險(xiǎn)。

金觸點(diǎn)(圖4，點(diǎn)1)通過一個(gè)蝕刻的p觸點(diǎn)連接到p+陽極，通過開口到脊(沒有顯示，因?yàn)檫@個(gè)橫截面視圖沒有通過接觸區(qū)域)。facet涂層(Spot 2，表面)使用含鉭、硅和氧的薄膜來反射激光。山脊本身(點(diǎn)2，大塊)含有銦、磷和砷。在山脊的那個(gè)位置沒有檢測到鎵，但山脊下面的層確實(shí)含有鎵。基材(斑點(diǎn)3)是磷化銦。

當(dāng)蘋果將顯示缺口區(qū)域縮小到pill時(shí)，接近傳感器被放置在活動(dòng)顯示屏下。如果要讓光通過OLED顯示屏傳輸，就需要從905納米波長轉(zhuǎn)換到更長1xxx納米。在iPhone 14中，從GaAs VCSEL器件到具有InGaAsP四元活性區(qū)域的磷化銦激光器的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。簡單的脊?fàn)罴す饨Y(jié)構(gòu)使該裝置的成本較低。光電二極管探測器也使用磷化銦。

新的iPhone 14近距離傳感器引發(fā)了許多問題。新設(shè)備似乎更簡單。成本是主要因素嗎?性能優(yōu)越嗎?整個(gè)傳感器模塊是Analog Devices公司生產(chǎn)的嗎?使用的是什么波長的光?是否修改了接近傳感器上方的顯示(例如，降低像素間距)以允許發(fā)光和檢測?這些問題還需要更進(jìn)一步的探討。?

編輯：黃飛

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