尺寸缩小50%！迎5G手机商用，思立微首发新一代CSM光学指纹模组

在全面屏的趋势之下，2017年苹果率先推出了采用“刘海屏”的iPhone X，首次集成了前置的3D人脸识别系统FaceID，用以取代了之前正面的指纹识别。此后不少安卓手机厂商也开始跟进。但是，3D人脸识别成本相对较高，并且正面需要开槽（用刘海屏），用户也需要改变以往的“指纹识别”解锁/支付的习惯来适应，这也在一定程度上抑制了3D人脸识别的推进。

相比需要在正面屏幕开槽的3D人脸识别模组来说，屏下指纹模组凭借隐藏在屏幕之下、且不需要在屏幕上进行挖孔这一优势脱颖而出，使得手机厂商在保证前置指纹体验的同时，进一步提升全面屏的屏占比，兼顾整体设计的实用性与美观性，因此也受到了不少手机厂商的青睐。

在经历了数代技术的迭代之后，目前光学屏下指纹已经得到了市场的普遍认可。光学屏下指纹已经在中高端智能手机上普及，而随着OLED屏价格的快速下滑，以及光学屏下指纹厂商之间的价格竞争，势必推动光学屏下指纹开始加速向中端机型渗透。

根据IHS Markit预计，2019年屏下指纹的出货量预计将增长6倍，达到近1.8亿片。而天风证券的预测则更为乐观，他们预测2019年屏下指纹手机出货量将达到2.8亿部，年增长率高达900-1000%。

面对这样一个大的市场，各家屏下指纹厂商也在不断的推出新的解决方案来进行争夺.不过,此前各家厂商主要比拼的还是解锁速度、准确率、安全性、成本等方面。而现在随着智能手机摄像头（旗舰都开始上三摄、四摄了）数量的不断增加，以及5G的到来，对于智能手机内部的空间也提出了更高的要求。为了应对这一变化，指纹识别厂商在维持产品原本各项性能指标的前提下，通过工艺改良和结构创新，推出了更小尺寸的屏下光学指纹芯片。

8月23日，业界领先的人机交互及生物识别方案供应商思立微宣布，正式推出最新一代的适用于OLED屏下光学指纹识别的CSM (chip-scale module)方案GSL7001F。相比上一代传统COB（chip on board）方案，在模组尺寸（XY方向）极具优势，面积可缩减50%，将可为智能手机内部的电池、摄像头等内部器件提供更多的空间。思立微深耕技术创新路线，相继推出国内首创MCU和传感器集成方案，首创可调焦光学指纹模组方案，以及最先将3P式镜头应用于指纹识别模组。持续引领行业技术进步。

图示：CSM与COB对比图

与COB方案相比，CSM方案有何优势？

现在主流的屏下光学指纹识别方案是COB方案，即裸芯片直接贴装在FPC软板上，电容也是直接放在软板上。从技术上来看，主要存在两个问题：

1、模组XY方向的尺寸比较大。一方面是基于Wire Bonding的技术，软板上的内引脚及金线引线需要一定的空间；二是电容也必须焊接在软板上，也占用了一定的空间；

2、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。而目前COB的组装线体的建设成本较高，同时，由于目前摄像头模组的组装也是需要COB线体来组装，而基于目前智能手机等终端产品对于摄像头数量需求的增长较快，使得COB线体的产能较为紧张。也就是说，目前的COB方案的屏下光学指纹需要跟摄像头去抢产能。

相比之下，思立微所采用的CSM（Chip Scale Module）工艺方案，则很好的解决了这两个问题。

首先，思立微选择采用Flip Chip工艺，把CIS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；同步，电容也可以焊接在PCB板上面，使得芯片由原来的2D形式转变为3D，使得XY方向的尺寸大大缩小，形成了一个小尺寸的芯片封装体。

▲芯片封装体

▲芯片封装体

其次，基于这个小尺寸芯片封装体，模组厂可以直接采用传统的SMT工艺将其焊接在FPC软板上，然后在芯片封装体上面直接装Holder＋Lens，使得整个模组在XY方向的尺寸大大缩小。

从上面的介绍我们不难看出，思立微的CSM工艺方案集成度更高，可以让FPC软板的元器件区域空间减小。思立微表示，若进一步结合Flash技术，可以完美达成0外围器件的指纹芯片模组方案。据介绍，思立微CSM工艺方案，相比较于COB方案，屏下光学指纹的模组在XY方向能有50%的空间缩减（包括金线引线-引脚，及电容的空间）。而节省下来的空间将可为手机内部的电池容量的增加、摄像头数量的增加、5G手机天线数量以及内部器件的增加提供更多的空间。可以说，CSM方案的屏下光学指纹非常适合于5G手机对于内部空间的需求。

图示:CSM实物对比图

特别需要指出的是，基于CSM工艺方案实现的屏下光学指纹芯片模组尺寸的缩小，并没有牺牲芯片die的尺寸，也就是说这是在保持原有屏下光学指纹的识别区域大小、性能和功能不变的情况下实现的。

另外，在模组生产过程中，直接采用产能极为丰富的传统的SMT工艺即可，无需采用COB工艺，这也意味着无需去和摄像头模组抢COB的产能，生产上更具效率，这也在很大程度上保障了屏下光学指纹芯片模组的产能供应。

思立微Steven告诉芯智讯：“不管模组厂的大小，基本都有SMT产线，有Reflow-回流焊机器，SMT工艺也更成熟。而COB方案需要Die Bond/Wire Bond机器及相应的净化级别的车间，比如前道芯片封装，一般要求千级净化车间及以上，这也意味着产线的成本投入更高。在屏下指纹及摄像头模组需求短期猛增，对于COB产能提出更高要求的趋势之下，对于模组厂来说，是否继续扩建成本更高的COB产线将是一个问题。因为一旦扩建，如果未来摄像头和屏下指纹需求下滑，产线利用率大幅降低，无疑将会造成损失。如果采用SMT产线就能够生产屏下光学指纹模组，那么无疑将帮助模组厂腾出更多的现有COB产能去满足摄像头模组的需求，可能也就无需去扩建COB产线。”

那么，在成本方面，CSM方案相比COB方案优势又如何呢？Steven表示：“就工艺本身来看，CSM并不会比COB贵，而且考虑到设备的投入、生产效率、良率、品质等方面的因素，CSM方案屏下光学指纹模组的成本会更具优势。”

CSM方案的难点在哪？

从前面的介绍来看，似乎CSM方案只是一个工艺上的变化，并没有多高的实现难度，那么竞争对手是否能够轻松跟进呢？

对此，Steven给出了否定的答案。他表示，Flip Chip和SMT确实都是上游的成熟工艺，但是在芯片模组结构设计上思立微却做了很多的创新，并且解决了很多的技术上的难点。

首先，因为光学芯片必须裸露——接触光线，所以不能用环氧树脂进行覆盖，并且CSM模组需要用SMT工艺来生产，而SMT当中的回流焊这一过程中，温度变化急剧，从室温（25摄氏度）到260度的峰值温度，需要在短短的十几分钟，甚至几分钟完成（各个模组厂的工艺有所差别），如果在一个密封空间里，很容易有“爆米花”的现象；但是如果不封住，留有空隙，水汽或者灰尘又很容易进去，影响产品的可靠性或者性能。

所以在研发时，思立微基于使用玻璃和PCB板，用胶封住，做了很多的仿真和实验，在初期，使用弯曲管道来管控，效果不好。后面又采用抽真空的方式来进行，产品经过多次验证后才有了良好的效果。

其次，在做Flip Chip时，也会遇到了很多问题，比如Bump焊盘的布局，在最初时，没有充分的验证，结果会有“倾斜”的风险，后续经过反复的仿真、验证，才解决了这个问题。

Steven表示，“在CSM方案上，思立微已经有了多项专利的布局。即使竞争对手现在来研发，并且绕过我们的专利，至少也需要一年到一年半的时间”。

编辑：芯智讯-浪客剑

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