苹果Face ID，巨变

公众号记得加星标⭐️，第一时间看推送不会错过。

在消费和移动领域，3D传感仍然是重要的收入来源。根据Yole Group发布的《2025年3D成像与传感》报告，预计到2029年，该市场规模将超过75亿美元。智能手机在2024年约占总销量的84%，销量超过5亿部。苹果公司持续引领着前置3D传感系统的架构发展。

与此同时，多家公司正在开发基于超材料（metamaterials ）的超表面（metasurfaces）技术，并将其应用于工作在单一近红外（NIR）波长的3D传感模块中。因此，预计移动领域将成为收入增长的主要驱动力，预计到2029年，移动领域的收入将达到4.43亿美元，这主要得益于超表面技术在用于自动对焦辅助的dToF多区域阵列模块和人脸识别模块中的集成应用。平板电脑领域预计也将带来进一步的增长，因为平板电脑采用的模块架构与智能手机类似。

人脸识别模块的演变

多年来，苹果面临的主要挑战之一就是缩小 iPhone 正面刘海的尺寸。

在 iPhone 13 中，苹果将 Face ID 系统整合到一个模块中，把点阵投影器和近红外摄像头合二为一。这一改进显著缩小了刘海尺寸，从 iPhone 12 的 35 毫米缩小到 27 毫米。

iPhone 14 延续了这一势头，减少了屏幕面积的损失：它消除了 RGB 摄像头模块和 Face ID 模块之间的缝隙，将 Coherent 提供的接近传感器移到了屏幕下方，并将刘海缩小到 21 毫米。

iPhone 15 在保持与 iPhone 14 相同刘海尺寸的同时，将距离传感器集成到了 Face ID 模块中。LG Innotek 负责 Face ID 和距离传感器的封装，首次将它们合二为一。苹果似乎找到了最适合这款 3D 感应模块的组合方案，因为此后该设计一直沿用至今。

在 iPhone 17 中，苹果将 RGB 摄像头与 Center Stage 功能相结合，采用了一颗 2400 万像素的中心成像传感器 (CIS)。这一策略性举措让用户无需旋转手机即可获得更大的取景灵活性。此次升级使摄像头模块面积增加了 39%。为了弥补这一变化，苹果进一步缩小了 Face ID 模块的体积，如下图所示（Face ID 模块横截面图），与 iPhone 16 Pro 相比，其尺寸有所缩小。这种更高的集成度得益于意法半导体 (STMicroelectronics) 提供的堆叠式近红外 (NIR) CIS。

衍射光学元件的演变

超表面技术正由蓬勃发展的初创企业生态系统进行开发，例如Metalenz和NILT Technology（Radiant Opto-Electronics）。作为主要的设计者和技术推动者，这些公司在市场教育和展示基于超表面的器件性能方面发挥着关键作用。他们的努力得到了晶圆级制造合作伙伴和半导体制造商（例如意法半导体）以及包括台积电和联电在内的代工厂生态系统的支持。

在 Yole Group 的苹果 iPhone 17 Face ID报告中，我们的分析师揭示了苹果 3D 传感路线图的一个重要转折点：iPhone 首次采用基于纳米柱的衍射光学元件 (DOE)（如下图所示）。这种新一代架构利用一块刻有数百万个硅纳米柱的单层玻璃基板。通过精确调节这些超原子的大小、形状和位置，超表面能够高效、精准地控制 VCSEL 发射器的光线方向，从而将光学集成度和可制造性提升到一个新的水平。

这种超表面衍射光学元件（DOE）与自iPhone 13以来采用的上一代技术截然不同，后者依赖于两块高纯度熔融石英板。除了简化光学堆叠结构外，Yole Group估计，这一转变还能带来高达约73%的成本降低，为高性价比、高性能的结构光投影树立了新的标杆。

值得注意的是，这种新设计还在芯片上集成了一种创新的护眼机制：一个连接到引线框架的铜电阻，旨在防止在DOE损坏时VCSEL被激活，这体现了苹果公司在不影响性能的前提下，持续关注安全性的理念。iPad Pro M4 DOE架构中也采用了类似的护眼设计理念。

同样，我们之前发布的报告分析了基于超表面的 DOE 技术。iPhone 17 的解决方案基于相同的底层技术，其高度重复的图案尤为突出，我们的团队对其进行了测量和识别，从而为苹果的设计选择提供了新的见解。

近红外CIS的演变

过去八年，Face ID 模块一直沿用相同的正面照相式 (FSI) 近红外 CMOS 图像传感器，其良率约为 88%（相比之下，新型堆叠式 BSI CIS 的良率约为 80%）。在 iPhone 17 中，意法半导体 (STMicroelectronics) 通过采用堆叠式 CIS 架构增强了红外光采集能力。这种更新后的设计采用了背面深沟槽隔离 (B-DTI) 技术来提高像素效率，并结合金属-绝缘体-金属 (MIM) 电容器来提升电荷处理能力。

虽然堆叠式 BSI CIS 的芯片面积较小（从大约 21 平方毫米到 27 平方毫米），但其更先进的工艺节点和更多的金属层显著增加了前端晶圆成本，使其比上一代 FSI 贵了约 55%。

下一步：这意味着什么？

苹果首次将超表面光学元件集成到智能手机供应链中，标志着超光学技术在大规模智能手机供应链中迈出了关键一步。随着光学堆栈的简化和制造生态系统的成熟，超表面技术有望超越结构光投影，涵盖更广泛的功能。

苹果公司持续改进其3D成像模块的性能和集成度。与此同时，其他解决方案，例如Metalenz公司近期发布的Polar ID，预计将在消费市场涌现。

（来源：编译自yole）

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

END

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4378内容，欢迎关注。

★

★

★

★

★

★

★

★

加星标⭐️第一时间看推送

求分享

求推荐