蘋果公司在2022年9月的年度發(fā)布會上承諾，iPhone 14將配備“重新設計的接近傳感器”，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)從手機頂部的傳統(tǒng)缺口（用于紅外（IR）設備中的自拍相機）演變?yōu)橐粋€pill或“動態(tài)島（dynamic island）”區(qū)域（動態(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顯示了處于靜止狀態(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。右側是提取的接近傳感器，顯示了一個發(fā)射窗口和一個更大的檢測窗口。
打開傳感器的蓋子，可以看到三個主要功能器件以及安裝在兩個獨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)射設備、探測器和控制IC。TechInsights, 2022。
參考圖2，光學元件似乎是一個基本的光電二極管探測器和一個邊緣安裝的激光二極管。激光二極管的邊緣安裝在一個大的黑色段塞上，大概用作散熱器。控制IC有封裝標記Y81/529IL/EDQCR，激光二極管有裸片標記Y2/13/32。
圖3:存儲的控制IC，顯示的是Analog Devices芯片，裸片標記為W30A。TechInsights, 2022年。
深入挖掘，控制IC的一個倉庫如圖3所示。裸片標記為ADI/21/W30A和Analog Devices標志。通過Analog Devices的目錄搜索這些封裝和裸片標記并不能提供任何進一步的信息。布局表明大型驅動電路與控制數(shù)字電路一起出現(xiàn)，可能用于飛行時間測量。在裸片上有36個鍵合墊（所有線鍵合），而控制器包有30個（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體（STMicroelectronics）的設備制造接近傳感器。目前還沒有跡象表明iPhone 14的傳感器采用的是意法半導體。從表1可以看出，至少從iPhone XS Max開始，這個位置就一直被意法半導體占據(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）（參見封裝報告PKG-2106-801對這種類型傳感器的詳細分析）。新的傳感器有一個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對激光二極管進行了進一步的分析，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插頭上，以引導光線穿過手機的顯示屏。單個金球鍵連接到與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~81?m;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，以及作為任何機器視覺測試和組裝系統(tǒng)的基準。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。所述發(fā)射邊緣的小面涂層被設計為部分發(fā)射光，而反射邊緣被調整為最大限度的反射光學。沿著裸片切割通道進行裸片隔離，以分離設備。
圖4:激光二極管脊的反射邊緣，EDS位置指示。TechInsights, 2022年。
激光器的后側面如圖4所示。激光脊寬4.0?m，高2.2?m。乍一看，這似乎是一個法布里-珀羅增益導向脊波導激光結構。這種應用的性能要求不需要復雜的結構來實現(xiàn)窄線寬或高速調制。金屬化從小面向后設置，這將有助于保持高產量的棒材切割，因為任何由于金屬懸垂的危險都被消除了。通過高產量保持低成本可能是這類組件的重要設計驅動力。
對材料進行SEM-EDS（掃描電子顯微鏡-能量色散x射線能譜）分析，確認材料體系。結果匯總見表2。p接觸金屬化分為兩個階段。有一個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，同時保持一個屏障，以防止Au進入半導體層的可靠性危險。
金觸點（圖4，點1）通過一個蝕刻的p觸點連接到p+陽極，通過開口到脊（沒有顯示，因為這個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2，大塊）含有銦、磷和砷。在山脊的那個位置沒有檢測到鎵，但山脊下面的層確實含有鎵。基材（斑點3）是磷化銦。
當蘋果將顯示缺口區(qū)域縮小到pill時，接近傳感器被放置在活動顯示屏下。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變實現(xiàn)了這一點。簡單的脊狀激光結構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。新設備似乎更簡單。成本是主要因素嗎？性能優(yōu)越嗎？整個傳感器模塊是Analog Devices公司生產的嗎？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一步的探討。
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