终于打破垄断？国产超声波指纹即将落地

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近有博主爆料称，小米14 Ultra正在测试单点超声波指纹的方案，并积极验证中，同时还准备了双供应商的方案。目前市面上智能手机锁采用的超声波指纹识别技术供应商几乎都是高通，外界猜测这个新的供应商很可能是汇顶科技。
 
在更早之前也有产业链消息称，汇顶超声波屏下指纹已经有多家国内手机厂商正在接触。这或许意味着屏下指纹识别的技术路线上，超声波将成为最后的赢家，而国内供应商的突破，也将加速推动超声波屏下指纹在智能手机上的普及。
 
超声波指纹的发展并不是一帆风顺
 
2015年，高通发布了一款指纹识别技术Snapdragon Sense ID，与当时智能手机上常见的电容式指纹识别不同的是，高通采用了超声波技术来扫描指纹信息。
 
由于超声波对金属、玻璃等材料的穿透性较好，甚至可以穿透皮肤获取到指纹的3D特征，手指上的污渍不容易干扰指纹采样，同时3D特征的加入也让指纹识别更加“安全”。因此作为最早推出的屏下指纹技术方案，超声波也被寄予厚望。
 
然而其中还有很多因素影响，直到四年后的2019年，三星S10系列才首发搭载了高通的超声波屏下指纹技术。
 
而在这期间，光学屏下指纹技术发展迅速，在2018年1月，全球第一款商用的屏下指纹手机vivo X20 Plus就已经推出。这款手机搭载了来自Synaptics的光学指纹方案，原理较为简单，在屏幕面板上对屏下指纹CMOS传感器的位置上增加一个区域的透光率，然后通过屏下指纹模组或是OLED面板在该区域发出强光，CMOS传感器获得从手指上反射回来的指纹图像数据，通过与之前录入的数据对比来进行身份识别。
 
从原理上看，有点像是给指纹拍一张照片来进行识别。事实上，后来在一些成本较低的屏下指纹方案中，还采用到了短焦镜头来获取指纹信息。
 
光学屏下指纹方案成本有较大优势，迅速占领了智能手机市场。但体验上看，由于在检测时屏幕需要将指纹识别区域点亮，亮度较高，在暗光或夜晚解锁时用户体验较差。同时因为光学屏下指纹是获取指纹的2D图像数据，因此屏幕玻璃或手指上的污渍、水都会对指纹识别造成影响。
 
而超声波指纹方面，在首发这项技术的三星S10上就遭遇了大面积的安全事故。在2019年11月，海内外多家支付平台，包括国内的微信、支付宝、中国银行，英国的NatWest和Nationwide Building Society银行等，都关闭了三星采用超声波屏下指纹技术设备的指纹登录功能，甚至有海外金融机构对三星S10、Note 10用户下架了APP。
 
原因是当时有海外用户发现，在给手机装上全包的透明硅胶保护套再录入指纹后，任何人的手指都能够解锁手机，甚至可以进入银行APP登录机主账户。当然三星也迅速回应了，立即发布了一则声明，对目前出现的情况表示歉意，并已经意识到指纹识别上存在的问题，将在近期通过软件补丁的方式解决问题。
 
当时有分析称，这是由于硅胶类材料拥有很高的声衰减性，使得超声波难以穿透，导致可能会录入到硅胶的纹理，并且超声波指纹对于贴膜的要求极高，贴膜与屏幕之间的气隙也会对指纹识别产生影响。
 
然而问题并没有解决，后来有更多的用户发布视频复现，在正常录入指纹信息后，隔着硅胶保护套任何人的手指都能够解锁手机。自此，超声波指纹的安全性就一直被质疑。
 
2021年推出的魅族18也采用了高通的屏下指纹技术，在小编的使用过程中其实也遇到过指纹解锁失效的情况，也就是在正常录入指纹的情况下，通过特定角度的滑动，任何导电的问题都能够解锁指纹。
 
不过随着近几年的发展，高通也推出了第二代的屏下指纹技术，识别面积更大、识别速度更快、更安全等，在后续多家国内手机厂商的应用中，也没有再出现大规模的安全性问题。
 
超声波指纹方案难点
 
超声波指纹识别的核心在于换能器，超声波指纹识别方案所使用的换能器，一般是采用MEMS器件，通过薄膜等振动来发生超声波。该MEMS期间通过晶圆级封装与CMOS ASIC电路进行整合，就能够通过一片很薄的模块实现超声波发生、信号接收等功能。
 
高通的第一代超声波指纹就采用了上述的结构。当然，也有一种被称为PMUT（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer压电MEMS超声换能器），通过压电材料的正逆压电效应使压电薄膜振动，从而发射或者接收超声波信号。
 
PMUT的特别之处在于当PMUT用于发射超声波时，它是一个执行器；当PMUT用于接收超声波时，它是一个传感器，也就是说单一器件就能够完成发射和接收两项工作。不过由于成本较高，要进入到手机屏下指纹领域可能还需要一段时间。
 
小结：
 
虽然目前汇顶还未公布其超声波指纹技术的细节，但相信国产厂商的入局，会加速推动超声波指纹在智能手机上的广泛应用，为消费者带来更好的使用体验。