從iphone5配備指紋識別功能以來，指紋識別功能已成為市場大勢所趨，據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在2016年剛迎來開春之際，指紋識別芯片的價格戰(zhàn)就已早早上演。

在眾多芯片當中，來自成都的新銳公司費恩格爾已經(jīng)成為市場上的生力軍，借由先進的結構設計，背靠成本合理的成都微電子產(chǎn)業(yè)基礎，其性能優(yōu)異價格合理的產(chǎn)品在市場已大量出貨。

指紋芯片模組價格，從十幾美金已經(jīng)直線跌落至費恩格爾量產(chǎn)出貨的4美元區(qū)間。當前指紋芯片的現(xiàn)狀究竟如何，是哪些因素決定了指紋芯片的價格，指紋芯片與模組的價格底線到底在哪?

應我們邀請，費恩格爾CEO黃昊先生，從與指紋芯片息息相關的技術路線、算法以及封裝工藝三個方面，結合技術與市場，深度解析指紋芯片及模組的專利構成與價格成本的秘密。以下內(nèi)容由費恩格爾協(xié)助提供。

一、核心技術路線與專利

說到指紋識別，最關鍵的技術其實就是檢測手指電容的半導體電容傳感器技術。不管是主動式還是被動式，它都是電容式傳感器技術。就像“天下武學皆出自少林”一樣，現(xiàn)階段，所有指紋識別半導體傳感器技術都源于1997å¹´5月16æ—¥Harris向美國專利商標局遞交的名為ElectricFieldFingerprintSensorHavingEnhancedFeathersandRelatedMethods(具有增強特征和領先方法的電場指紋傳感器)的發(fā)明專利申請，該申請于1999å¹´8月17日獲得授權，授權號US9540526。在該專利的說明書里，發(fā)明人介紹了以往的電容式指紋傳感器(Harris之前被稱作被動式Passive，Harris之后被稱作主動式Active)，并基于電場理論提出了新的設計，提高了對指紋進行探測的靈敏度，以提高傳感器表面保護介質(zhì)的厚度容限來增強可靠性。

該公司后被Authentec收購，Authentec在此基礎上進一步研發(fā)出射頻式傳感器技術。而Authentec擁有的這項專利與技術也成為了蘋果收購它的原因之一。

美國的發(fā)明專利和設計專利的有效期為：95年6月8日之前的，保護期自授權之日起算17年;95年6月8日之后的，自最早申請日起20年，注意，是最早申請日起算。此外，如果保護范圍涉及組合物或者使用該組合物方法的專利，其有效期可以延長，最多可以延長5年。可以算一下，Harris的US9540526專利有效期至少可以到2017年5月16日。也就是說，在此期間，采用主動式的電容指紋識別的方案都繞不開這一技術的壁壘。

雖然電容式指紋傳感器及專利早在20年前就已經(jīng)存在，但其穿透能力比較弱，不能滿足現(xiàn)今的手機應用。為了提高指紋傳感器的穿透能力，各指紋傳感器設計公司都是在原有電容傳感器專利的基礎上進行改進并申請專利。提高指紋傳感器穿透能力的有效辦法是消除PIXEL的寄生電容和噪聲，根據(jù)消除PIXEL寄生電容的方式，目前已形成兩大主流派別。

1.升壓與調(diào)制派

該技術流派簡單說就是采用浮地設計，需要使用外圍驅(qū)動或調(diào)制芯片配合起來消除PIXEL的寄生電容。

第一種是升壓。通過添加一顆驅(qū)動芯片，將電壓從一般的2.8~3.3V提升至12~16V。該方法雖然能極大提升芯片穿透力，但也帶來了功耗多的缺點。另外，有些人對電壓比較敏感，在使用時會有刺痛感。目前采用升壓方式提升穿透力的芯片廠商主要有思立微、信煒等。

升壓方式在使用體驗上存在缺陷，于是人們又采用了第二種方法，就是調(diào)制。該方法讓金屬環(huán)不用帶高電壓，取而代之的是帶有b電頻。然后通過添加一顆調(diào)制芯片，將電源調(diào)制為負電壓。這樣既能提升穿透力，又解決了刺痛感的問題，但仍然沒解決功耗高的缺點。目前采用調(diào)制法的芯片廠商主要有蘋果、FPC和匯頂?shù)取?/p>

下圖是FPC申請專利的說明圖，通過外圍驅(qū)動芯片產(chǎn)生下圖所示驅(qū)動信號32，其優(yōu)點是通過PIXEL的浮地設計及配合外圍驅(qū)動芯片能夠?qū)IXEL的大部分寄生電容消除，其缺點是使用浮地設計，外圍驅(qū)動芯片不能整合到指紋芯片里面，設計結構復雜，需要使用外圍驅(qū)動芯片，良率低，成本高。

以Harris的電容式傳感器技術為基礎的技術路線，目前蘋果走在了最前面。匯頂則在蘋果的基礎上提升了像素位數(shù)，將蘋果的8位像素提升至16位。而不論是升壓還是調(diào)制，都需要額外增加一顆芯片來解決穿透力的問題。這兩種方法的共同特點是：穿透力高、功耗高、成本高(多芯片)。

2.純電容式派

純電容技術的源頭來自于上世紀80年代的平板電容原理。由于已經(jīng)過去20年，該技術專利目前已經(jīng)過期，成為公用專利，因此不存在專利侵權的風險。

純電容式技術使用電荷泵結構的單芯片設計，不需要使用外圍驅(qū)動芯片配合來消除寄生電容，也可以不帶金屬環(huán)。目前采用純電容式技術的芯片廠商主要有費恩格爾、邁瑞微、神盾等，另外，匯頂也剛推出單芯片產(chǎn)品。

下圖是費恩格爾申請專利的說明圖。PIXEL設計只需幾個開關管，配合反饋電路及相應的處理時序，實現(xiàn)消除寄生電容、PIXEL之間的FPN、及電源干擾。其優(yōu)點是電路結構簡單，不需要外圍驅(qū)動芯片，功耗低，良率高達99%以上，成本較低。

總的來說，采用純電容式技術的傳感器具有成本低(單芯片)、功耗低(射頻式傳感器的四分之一)的優(yōu)點。但相對的，該技術對半導體工藝及傳感器設計團隊的要求較高。

從目前指紋識別傳感器的兩種主要技術路線對比可以看出，從技術路線上就產(chÇŽn)生了價格區(qÅ«)別——采用升壓或調(diào)制的指紋傳感器由于需要多顆芯片，成本自然較高;采用純電容式技術的指紋傳感器由于只需要單芯片，成本自然較低。隨著半導體工藝的發(fā)展及傳感器設計團隊水平逐漸提高，純電容式技術的成本優(yōu)勢將愈發(fā)明顯。