详解iPhone 14 Pro的新环境光传感器

来源：本文由半导体行业察看（ID：ic bank）编译自techinsights 。

苹果公司在2022年9月的年度发布会上承诺，iPhone 14将配备“重新设计的接近传感器”，能够探测显现屏后面的光线，以俭省额外空间。事实上，我们最初的拆解剖析显现，苹果判定改动他们对接近传感器的措施。

iPhone显现屏的正面曾经从手机顶部的传统缺口(用于红外(IR)设备中的自拍相机)演化为一个pill或“动态岛(dynamic island)”区域(动态指的是随着岛功用的变更，黑色椭圆形的大小和外形发作变更；图1显现了处于静止状态的island/pill 。这是island的最小尺寸)。

图1：苹果iPhone 14 Pro显现屏正面，活动显现屏下方的接近传感器位置显现。提取的传感器的方向被保存。TechInsights, 2022年。

在图1中，显现了接近传感器相关于island的位置，位于有源显现器下方，IR 投影仪正下方。右侧是提取的接近传感器，显现了一个发射窗口和一个更大的检测窗口。

翻开传感器的盖子，能够看到三个主要功用器件以及装置在两个独立基板上的无源元件，如图 2 所示。请留意，掩盖控制 IC 的金属盖已被移除，显露 IC。

图2:iPhone 14 Pro 接近传感器指示发射设备、探测器和控制IC。TechInsights, 2022。

参考图2，光学元件似乎是一个基本的光电二极管探测器和一个边沿装置的激光二极管。激光二极管的边沿装置在一个大的黑色段塞上，大约用作散热器。控制IC有封装标记Y81/529IL/EDQCR，激光二极管有裸片标记Y2/13/32。

图3:存储的控制IC，显现的是Analog Devices芯片，裸片标记为W30A。TechInsights, 2022年。

深化发掘，控制IC的一个仓库如图3所示。裸片标记为ADI/21/W30A和Analog Devices标记。经过Analog Devices的目录搜索这些封装和裸片标记并不能提供任何进一步的信息。规划表明大型驱动电路与控制数字电路一同呈现，可能用于飞行时间丈量。在裸片上有36个键合垫(一切线键合)，而控制器包有30个(5 × 6)球键合。

这与之前的iPhone接近传感器有很大不同。TechInsights拆解数据库显现，苹果不时在企图法半导体(STMicroelectronics)的设备制造接近传感器。目前还没有迹象表明iPhone 14的传感器采用的是意法半导体。从表1能够看出，至少从iPhone XS Max开端，这个位置就不时被意法半导体占领着。之前的ST接近传感器运用直接装置在包含单光子雪崩二极管(SPAD)探测器的硅芯片上的GaAs/AlGaAs垂直腔面发射激光器(VCSELs)(参见封装讲演PKG-2106-801对这种类型传感器的细致剖析)。新的传感器有一个更简单的边沿装置激光二极管和简单的光电探测器。

表1:iPhone世代中的接近传感器。TechInsights, 2022年。

TechInsights对激光二极管进行了进一步的剖析，以肯定激光器的尺寸和资料。

边沿发射激光二极管垂直装置在一个插头上，以引导光线穿过手机的显现屏。单个金球键衔接到与p+阳极接触的金色接触垫。阴极衔接在器件的背面。激光二极管丈量270 μ m宽，腔长430 μ m。裸片高度为~81m;这种厚度需求在晶片减薄和棒材切割过程中当心处置。

激光二极管的顶部视图包含大型非电衔接衬垫，有助于维护激光脊 在晶圆减薄、棒材切割和facet涂层的最后阶段免受处置损伤，以及作为任何机器视觉测试和组装系统的基准。在激光二极管的名义上，能够察看到一些名义涂层的过度喷涂，构成颜色边沿。这种过度喷涂是为了确保小面得到充沛的涂层和维护。所述发射边沿的小面涂层被设计为部分发射光，而反射边沿被调整为最大限度的 反射光学。沿着裸片切割通道进行裸片隔离，以分别设备。

图4:激光二极管脊的反射边沿，EDS位置指示。TechInsights, 2022年。

激光器的后侧面如图4所示。激光脊宽4.0m，高2.2m。乍一看，这似乎是一个法布里-珀罗增益导向脊波导激光结构。这种应用的性能请求不需求复杂的结构来完成窄线宽或高速调制。金属化从小面向后设置，这将有助于坚持高产量的棒材切割，由于任何由于金属悬垂的风险都被消弭了。经过高产量坚持低成本可能是这类组件的重要设计驱动力。

对资料进行SEM-EDS(扫描电子显微镜-能量色散x射线能谱)剖析，确认资料体系。结果汇总见表2。p接触金属化分为两个阶段。有一个3微米金层顶部，并从第一金属化堆栈细微嵌入。我们希冀与p++脊盖半导体层接触的典型接触金属堆叠是Ti/Pt/Au，以提供良好的合金欧姆接触，同时坚持一个屏障，以避免Au进入半导体层的牢靠性风险。

金触点(图4，点1)经过一个蚀刻的p触点衔接到p+阳极，经过启齿到脊(没有显现，由于这个横截面视图没有经过接触区域)。facet涂层(Spot 2，名义)运用含钽、硅和氧的薄膜来反射激光。山脊自身(点2，大块)含有铟、 磷和砷。在山脊的那个位置没有检测到镓，但山脊下面的层的确含有镓。基材(雀斑3)是磷化铟。

当苹果将显现缺口区域减少到pill时，接近传感器被放置在活动显现屏下。假如要让光经过OLED显现屏传输，就需求从905纳米波长转换到更长1xxx纳米。在iPhone 14中，从GaAs VCSEL器件到具有InGaAsP四元活性区域的磷化铟激光器的转变完成了这一点。简单的脊状激光结构使该装置的成本较低。光电二极管探测器也运用磷化铟。

新的iPhone 14近距离传感器引发了许多问题。新设备似乎更简单。成本是主要要素吗?性能优越吗?整个传感器模块是Analog Devices公司生产的吗?运用的是什么波长的光?能否修正了接近传感器上方的显现(例如，降低像素间距)以允许发光和检测?这些问题还需求更进一步的讨论。