手机指纹方案简介及结构设计规范

小烯羽2018

导读

短短两三年的时间，千元机、甚至百元机中大量机型搭载了指纹识别技术，一时间，指纹识别技术已逐渐成为智能手机的标配。此外，指纹识别的功能也由之前的单一解锁，到现在的解锁、支付以及启动各种应用等功能，方便用户使用的同时也“做到”保护用户信息的安全。可以想象，在不久的将来，指纹识别技术必将得到进一步的发展和影响；本文就介绍一下手机指纹模组的相关知识；

[/table] 一、指纹识别模块的分类及原理

根据收集指纹的方式不同，指纹识别模块目前主要分为光学式指纹模块、电容式指纹模块、射频式指纹模块。 1.1光学式指纹技术原理

光学式指纹模块是利用光线反射成像识别用户指纹，该类型指纹模块对使用环境的温度湿度都有一定的要求，并且在识别准确度上并不理想，再加上这种模块一般会占用更大的空间，使其难以在手机端有所作为。 1.2电容式指纹技术原理

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利用硅晶元与导电的皮下电解液形成电场，指纹的高低起伏会导致二者之间的压差出现不同的变化，借此可实现准确的指纹测定。该方式适应能力强，对使用环境无 特殊要求，同时，硅晶元以及相关的传感原件对空间的占用在手机设计的可接受范围内，因而使得该技术在手机端得到了比较好的推广。目前的电容式指纹模块也分 为划擦式与按压式两种，前者虽然占用体积较小，但在识别率以及便捷性方面有很大的劣势，这也直接导致厂商全都将目光锁定在了操作更加随意、识别率更高的按 压式电容指纹模块。

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1.3射频指纹技术原理

现阶段包含无线电波探测与超声波探测两种，原理与探测海底物质的的声纳类似，是靠特定频率的信号反射来探知指纹的具体形态的。射频指纹模块技术是通过传感器 本身发射出微量射频信号，穿透手指的表皮层去控测里层的纹路，来获得最佳的指纹图像。这一类指纹模块最大的优点便是手指无需与指纹模块相接触，因而不会对 手机的外观造成太大影响。基于这一点，射频指纹模块也成为了未来指纹识别的主要发展方向之一；

目前手机类产品大多数使用的是电容式指纹模块，本文重点介绍的也是此类模组的结构及应用； 二、用户使用方式：滑动式 VS 按压式 2.1滑动式 采集时需要手指划过采集表面，对手指划过时采集到的指纹图像进行快照，再进行拼接，才能形成完整的指纹图像， IBM笔记本、Vivo Xplay 3S，Galaxy 5S曾采用此种方式，用户体验较差，苹果和华为均采用按压式。 2.2按压式

手指平放在设备上可获取指纹图像按压式的优点是客户体验好，缺点是成本高，集成难度大，一次采集图像面积相对较小，没有足够的特征点，需要用复杂的图像比对算法进行识别，按压式会成为主流。

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三、手机指纹模组结构方式 [table=100%,#ffffff]3.1后置带金属环(bezel)结构

后置指纹模组前两面是主流，如下是后置指纹带金属环(bezel)的一般结构：

                               
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3.1.1 bezel材料规格及模组设计要求

1.材质及规格参数：SUS303/SUS304，厚度：0.15mm；

2.成形工艺要求：采用板材冲压成形，折弯内R角0.05mm,外R角0.2mm。折弯外R角最小1T(料厚)，稍大于一倍料厚有利于外观质量。

3.表面处理工艺：1）必须抛光处理，抛掉厚度~20u。抛光可以在冲切口成形弧面，并使bezel上便面更薄，让指纹模组触摸手感更加顺滑。外观也更圆润；

2）PVD电镀着色，bezel表面处理后必须需有良好导电性及焊接性，利于防ESD。

4.bezel与LGA侧边间隙：最小间隙0.4mm，但目前设计主要因要留出bezel外露宽度，此尺寸一般较大。太小会影响点防水胶溢胶等问题，需小心评估；

                               
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5.bezel与机壳搭接宽度：最小距离0.3mm，计算时需减去R角宽度，避免bezel的圆弧角外露，引起外观不良。

                               
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6.bezel 开口尺寸:   LGA外形（L-0.25*2）mm。如1021标准封装10.2*9.2，bezel做方形开后尺寸：9.7mm*8.7mm；同时需满足外观和人体工学要求。

                               
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7.AA外露区域：开口必须尽量露出sensor AA区，建议AA区外露面积比例S1/S>=95%

                               
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8.bezel 外露机壳宽度：一般0.7~1.1mm，建议1mm。对下陷式设计，此宽度直接影响用户手指触摸舒适性和手指能否与sensor接触得充分，非常重要.

                               
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9.bezel平面度：平面度按0.05mm管控，避免组装后与LGA存在间隙不良，接触阻抗不稳定等。

3.2后置不带金属环(bezel)结构

                               
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3.2.1  指纹不带金属环密封及装配原则

1.LGA周圈点防水胶，

2.与机壳泡棉胶/点胶密封，

3. 模组先装机壳避免密封不好，避免与机壳存在间隙影响外观,

                               
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3.3前置指纹模组+Switch结构

                               
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四、整机结构设计中指纹模组注意事项

1. 指纹模组后盖开孔尽量大会便于手指更好的与指纹sensor面接触;

2.指纹模组下沉深度0.55mm,组装bezel高度要能保证bezel上表面与机壳缝隙配合;

3.带bezel设计的方案，组装定位设计应该以bezel形状来定位，所以模组设计的时候 FPC补强等需做内缩设计;

4.外围元件定位需要考虑和sensor定位的关系，一般bezel定位后，使FPC部分弯折尽量小,避免FPC拉扯撕裂;

5.指纹模组组装一定要牢固，下面支掌一般靠屏蔽罩，要求板厚0.20以上，屏蔽罩和模组直接加缓冲钢丝绒接地;

6.当整机为塑料机壳时，建议采用带bezel设计；

7. 指纹模组不带Bezel时,LGA与金属机壳接触面需要周圈镭雕，利于导走静电;

8.增加有效放电路径，模组sensor补强和2050补强均接地，并通过导电布和整机机壳地导通。

小丫

liliwowo

    

郑先生