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06-18
雷锋网出版社：本文是作者龙魔、Microarray首席科学家、电子与软件设计师。
本文介绍的是人物·Setlak、Authentec 创始人 以及该技术的主要发明者、Touch ID 的设计者、除 C-Q-T 技术系列之外的所有商用电容式指纹传感器所基于的技术原理的发现者。
有传言称，iPhone 7 将继续使用物理 Home 键，而虚拟 Home 键可能会在 iPhone 7 Plus 上使用。
由于苹果尚未正式发布，本文只是根据 作者 获得的原型机进行推测：如果 iPhone 7 Plus 是虚拟 Home 键，可能是什么原因？ Touch ID 将会发生哪些变化？ （网上报道的iPhone7和iPhone 7 Plus谍照）与iPhone6 Plus相比，iPhone7 Plus在外观上并没有变得更大，而且iPhone 6 Plus上的物理Home按钮将芯片尺寸限制在iPhone 6 Plus内壁的内部矩形内。
物理按钮。
因此，Touch ID区域在iPhone 7 Plus上进一步扩大，采用了虚拟Home键。
与 iPhone 6S Plus 相比，iPhone 7 Plus 还没有长大，但 Touch ID 却在不断成长：大家不妨回顾一下我为雷锋网写的这篇文章：《Touch ID变大！iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密？》如果苹果逼近极限到超过水平90%，那么第二代Touch ID无疑将大大提高安全性和用户体验。
这值得夸大，但宣布第二代有安全改进就等于宣布第一代有安全缺陷，所以苹果只是用“更快”来大做文章，从来不提“更大”。
。
这是苹果对第二代Touch ID的考虑。
物理Home键将芯片尺寸限制在物理键内壁的内切矩形内。
当芯片尺寸无法扩展时，像素阵列尺寸取决于布局效率。
下左图为iPhone 5S的Touch ID 1.0，88 x 88像素阵列；下右图为iPhone 6S的Touch ID 2.0，96 x 像素阵列。
可以看到布局变化很大。
但相比同尺寸芯片上实现x像素阵列的“国产Touch ID”，苹果的设计太(ruo)平庸(bao)平庸(le)了。
而且Touch ID 2.0对布局效率的有限提升并非自主创新，而是参考了“国产TouchID”的专利技术：基于专利CN.1公开的模块结构，可采用TSV封装；基于TSV封装，通过硅穿孔节省了芯片正面的布线空间（Touch ID 1.0左右两侧的黑色区域），从而有布局像素的空间。
但苹果之所以是苹果，就在于它能在技术竞争达到瓶颈时交出一分运气。
要进一步扩大指纹传感器的面积，就需要突破物理按键的空间限制，因此iPhone 7 plus采用了“Under Glass”解决方案：将电容式指纹传感器放置在盖板玻璃下方，并且通过盖板玻璃读取指纹，从而使得指纹传感器芯片的尺寸不再受到按键尺寸的限制。
让电容式指纹传感器穿透厚介质的想法最早见于苹果公司于2017年10月8日提交的美国专利“传感方法和装置”。
其中国专利申请CN.6于2017年10月7日提交，如图5所示。
它展示了当介质厚度增加和指纹脊线周期减小时，电容式指纹传感器的图像响应呈指数衰减效应：通过对电场物理定律的研究，苹果发现为了穿透um-um厚度的介质，电容信号会衰减成百上千倍，指纹越薄，衰减越严重。
因此，我们从来没有看到科技领导者之一的Apple声称有什么um穿透力，但有些同事(wen)却混淆了电容值和电容信号，认为尺寸和距离成反比，这简直令人尴尬(wu) ) ) 笑（zhi）大（tou）方（ding）。
为了获得足够高的灵敏度来测量急剧衰减的电容信号，您首先需要收购最出色的公司之一。
于是苹果在2016年收购了Authentec，获得了射频指纹传感器技术的独家使用权以及业界大部分电容式指纹传感器专利。
其次，原有的技术水平必须大幅提高，例如采用CN.6中公开的差分图像合成技术：利用专门设计的电路分别采集垂直差分图像和水平差分图像，然后通过软件将其合成为指纹图像。
然后采用CN.2公开的电感升压高压驱动技术来驱动传感器的地电位，相当于驱动传感器参考系中包括人体在内的绝对地电位，从而超过了传感器的驱动电压。
外接金属环上限：这就是2016年Touch ID 1.0诞生的原因。
缺点是传感器面积有点小，安全性不足。
所以Touch ID 2.0借（chao）和学（xi）“国产Touch ID”的设计方案，做了一点改进。
Touch ID 3.0 终于重新处于技术领先地位。
作为“国产Touch ID”的设计者，我们在空中交流的方式是那么的奇（dou）和妙（bi），我们互相追逐，与Touch ID设计者Setlak一起引领技术的发展。
例如，Touch ID 1.0的厚度为1.2毫米。
国产Touch ID改进了结构设计，厚度降至1.1mm。
Touch ID 2.0复制了结构设计，厚度降低至1.06mm。
虽然我在技术竞赛中稍稍落后，但这是因为我是从零开始的，无法与背负大树的Setlak相比。
事实上，我在2018年就曾小规模发布过Under Glass工程原型，但苹果以外的手机品牌都满足于跟随苹果，不敢领先。
从这个角度来看，从Setlak作为设计师希望新技术首先得到应用的角度来看，将Authentec卖给苹果是极其正确的。
言归正传，电容式指纹传感器技术再好，灵敏度再高，也无法阻止介质厚度增加时信号的指数衰减效应。
一方面，玻璃越厚，结构强度越好。
另一方面，指纹识别则要求玻璃尽可能薄，这就需要一个妥协点。
先(re)知(ai)先(yan)知(jiu)的苹果大师在专利中宣布玻璃可以减薄到um。
批量生产时，必须高于这个值，达到um以上，但不能超过um。
iPhone 7的Touch ID设计采用了将盖板玻璃正面部分减薄，然后进行化学强化的工艺，不仅减少了Touch ID覆盖介质的厚度，还为用户提供了触觉引导的凹槽；最重要的是，平坦的芯片底面不再限制芯片的尺寸，传感器像素阵列可以做得和凹槽一样大，保证指纹识别的安全性。
为了进一步提升虚拟按键的使用体验，还可以引入Force Touch来提供振动反馈，使得手感无限接近实体按键。
经过如此多的努力，Touch ID芯片终于不再受物理按键外框的限制。
可以使传感器面积与虚拟按钮区域的内切正方形一样大，而不降低按钮的手感。
不过，与其这么麻烦，直接使用“国产Touch ID”岂不是一步到位？目前尚不清楚苹果是否会在 iPhone 7+ 上使用虚拟 Home 键。
让我们静待8日凌晨的消息吧。
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