你可能認為在過去這段時間已經看到夠多的蘋果(Apple)最新款智慧型手機iPhone X拆解文,但看來並非如此…與眾多聚焦邏輯IC的iPhone X拆解文有不同觀點,市場研究機構Yole Developpement的逆向工程合作夥伴System Plus Consulting技術長Romain Fraux指出,Apple新產品真正具突破性的技術,在於光學模組、零組件、MEMS、封裝與PCB。

EE Times在不久前採訪了總部都在法國的Yole與System Plus Consulting分析師,在被問到Apple在iPhone X設計上最大的進步是什麼時,Yole執行長暨總裁Jean-Christophe Eloy認為是「Apple為手持式裝置導入的光學系統」;他指出,Apple設立的一個重要里程碑,是讓3D感測──能比現有任何一款Android手機更精準辨識臉部的功能──準備普及到包括平板裝置、汽車與門鈴等等各種裝置。

以下EE Times記者請Eloy與Fraux分享從深度拆解中發現的「亮點」,也請他們指出鮮為人知的、贏得了iPhone X設計案的幾家廠商。

奧地利PCB製造商AT&S是大贏家之一

分析師們表示,有一家總部位於奧地利Leoben的PCB製造商AT&S,是讓iPhone X內部設計達到高度整合的最大功臣。

而雖然如TechInsights、iFixit等拆解分析機構的專家們,都對於iPhone X內的「PCB三明治」驚嘆不已,Fraux指出AT&S是到目前為止唯一有能力在PCB上提供這種前所未見高密度水準互連的廠商;藉由將兩片PCB堆疊在一起,他估計Apple能因此在iPhone X節省了15%的「樓地板面積」,並因此有空間能塞進更多的電池。

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兩片堆疊在一起的PCB以及其橫切面
(來源:System Plus Consulting)

毫無疑問,經過調整的半加成製程(semi-additive processes,mSAP)與先進製造技術,在智慧型手機內實現了高密度互連,而且成本更低、量產速度也更快。Yole的Eloy並指出,AT&S的mSAP為這家公司最近業績帶來不少貢獻──其2017財務年度的前三季業績為7.659億歐元,與2016年同期間相較成長了24.5%。

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先進基板製程比較
(來源:Yole Developpement)

([點此看大圖](https://m.eet.com/media/1302572/mSAP_originial.png))

Fraux解釋,mSAP是「用以製造積層板(laminate)或是疊構基板(build-up substrate),而且擁有預先製作的介電薄板(dielectric sheet)與薄銅層,用以做為在進一步圖形化或銅塗佈之前的晶種層(seed layer);而mSAP的優勢在於能提供更薄的銅層,塗佈於光阻劑(resist)未覆蓋的積層板與板面區域。

mSAP能支援以光學微影技術來劃定佈線圖形,並因此能讓走線更精確、最大化電路密度,並因此實現精確的阻抗控制與較低的訊號失真。

Bosch為Apple開發客製化慣性感測器

Apple決定為最新款Apple Watch添加LTE模組,必須克服一個很大的挑戰:該智慧手錶的厚度;而Fraux指出,德國Bosch Sensortec跳出來為新一代Apple Watch客製化了慣性感測器(IMU),將感測器元件厚度從0.9mm降低到0.6mm:「這是目前市場上最薄的六軸IMU。」

而Bosch也因此取代InvenSense成為iPhone 8與iPhone X的感測器供應商,在Apple Watch Series 3則是取代STMicroelectronics;Fraux指出,上述三款產品設計案為Bosch帶來每年數億顆的出貨量,讓Bosch成為消費性應用MEMS IMU市場上無可爭議的領導廠商。

Fraux在一份System Plus Consulting最近發表的報告中分享他的觀察:「Bosch Sensortec做了顯著的改變,特別是在加速度計方面,拋棄了舊式的單體(single-mass)結構,改採能實現更佳感測性能的新結構;此外該公司多年未改變的微機械加工製程也有所革新,加速度計與陀螺儀都採用了全新製程。」

他補充指出:「新的ASIC裸晶設計是為了融合來自加速度計與陀螺儀的資料,而且應該也能提供更低的電流耗損以及其他功能性。」

Broadcom為LTE打造的先進SiP解決方案

產業界一直關注英特爾(Intel)與高通(Qualcomm)之間爭奪Apple最新iPhone數據機晶片板位的戰爭,而大家應該也都知道這兩家公司後來是分別攻佔在不同區域市場銷售的不同型號iPhone X;但比較少被討論到的一個議題,是該款手機的前端模組RF系統級封裝(SiP)設計。

System Plus Consulting的Fraux指出,iPhone X的先進RF SiP是由博通(Broadcom,即Avago)所開發,達到了前所未見的高整合度──在單封裝中整合了18片濾波器、近30顆裸晶;Broadcom設計此方案的目標是適應日本的中高頻(Band 42,3.6GHz)。

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Broadcom設計的前端模組
(來源:System Plus Consulting)

Broadcom這款模組對於無SIM卡手機特別重要;Fraux指出,A1865與A1902型號的iPhone X,是由Broadcom與Skyworks供應前端模組,A1901型號的iPhone X,前端模組供應商則是Broadcom、Skyworks與Epcos。

手機光學系統的技術突破

而Yole的Eloy總結認為iPhone X的光學系統是真正的進步,表示其TrueDepth攝影機由複雜的5個子模組結合而成,嵌入於Apple的光學中樞;那些子模組包括由ST提供的近紅外線攝影機、ToF測距感測器以及IR泛光感應元件,還有AMS提供的RGB攝影機、點陣投影器(dot projector)和彩色/環境光感測器。

Fraux觀察指出,該RGB攝影機感測器是一款有著複雜供應鏈的產品:「Sony提供CMOS影像感測器(CIS),LG Innotek則應該是整個模組的供應商;」而該系統的關鍵是其IR攝影機、RGB攝影機以及點陣投影器設計是一致的,而且能共同運作。

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iPhone X的TrueDepth包含5個子模組
(來源:System Plus Consulting)

如Yole Developpement成像技術暨感測器部門領導人Pierre Cambou先前向EE Times解釋的,iPhone X前面有一個3D攝影機能辨別使用者的臉部、為手機解鎖,是結合了ToF測距感測器以及紅外線「結構光」攝影機,因而能使用均勻的「泛光」(flood)或「點陣圖案」(dot-pattern)照明。

Cambou指出,3D感測相機系統的運作原理與拍攝照片的一般CMOS影像感測器非常不同。首先,iPhone X結合了紅外線相機與泛光感應元件,從而在手機前方投射出均勻的紅外光。接著拍攝影像,並此觸發臉部辨識演算法。

然而,這種臉部辨識功能並非持續運作。連接到ToF測距感測器的紅外線相機發出訊號,指示相機在偵測到臉部時拍攝照片。iPhone X接著啟動其點陣式投射器拍攝影像。然後將一般影像和點陣圖案影像傳送至應用處理單元(APU),用於進行神經網路訓練,以辨識手機使用者以及解鎖手機。

Fraux指出,ST在近接感測器與泛光照明模組上,使用的是自家的垂直共振腔面發射雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)。他也表示,因為5個子模組是排列在iPhone X的頂部,若Apple考慮縮小這款iPhone的尺寸,必須要思考該如何將這些子模組的尺寸進一步迷你化或是整合。

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iPhone X的近接感測器與泛光照明模組
(來源:System Plus Consulting)

麥克風為何少一顆?

Apple在iPhone 7與iPhone 8都配置了4顆麥克風,包括頂部一顆、底部兩顆的共3顆前向麥克風,還有在手機背面頂部的另一顆麥克風;對此Fraux解釋,前向頂部的麥克風是為了消除噪音,在背面的那一顆是為了錄音,而另兩顆在底部的麥克風是用以通話。

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iPhone X總共只使用了3顆麥克風
(來源:System Plus Consulting)

但System Plus Consulting發現,iPhone X只配置了3顆麥克風,其中位於底部的只有一顆;至於原因為何,Fraux表示他們也還未解開這個謎。iPhone X的3顆麥克風有雙供應來源,其一是中國業者歌爾(Goertek),另一家供應商則是樓氏(Knowles)。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: The Stealth Winners in iPhone X,by Junko Yoshida)