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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芯智讯（ID: icsmart）
