کالبدشکافی آیفون X: راز مادربرد دوطبقه و جادوی دوربین فیس‌آیدی

آیفون ایکس بالاخره زیر دست ماست! بیا اول ببینیم اپل زیر این قاب شیشه‌ای چه غولی رو قایم کرده:

← تراشه فوق‌العاده قدرتمند A11 Bionic مجهز به موتور عصبی و پردازنده کمکی حرکت M11

← نمایشگر 5.8 اینچی تمام‌صفحه OLED (Super Retina HD) با قابلیت چندلمسی، رزولوشن 1125 در 2436 و تراکم 458 پیکسل در هر اینچ

← دوربین‌های دوگانه پشتی 12 مگاپیکسلی (لنز واید و تله‌فوتو) با دیافراگم‌های ƒ/1.8 و ƒ/2.4 که هر دو به لرزشگیر اپتیکال (OIS) مجهزن

مجموعه دوربین جلویی TrueDepth با سنسور 7 مگاپیکسلی، دیافراگم ƒ/2.2، فیلم‌برداری 1080p و البته سیستم امنیتی فیس‌آیدی

پشتیبانی از فناوری شارژ سریع و شارژ بی‌سیم با استاندارد Qi

← پشتیبانی از باندهای مخابراتی گسترده جهانی به همراه وای‌فای 802.11a/b/g/n/ac با تکنولوژی MIMO، بلوتوث نسخه 5.0 و ماژول NFC

طراحی آیفون تو این ده سال مسیر پرفرازونشیبی رو طی کرده. در واقع، زبان طراحی این مدل یه جورایی بازگشت به ریشه‌هاست و خیلی شبیه به اولین نسل آیفون به نظر می‌رسه.

البته اگه اون برآمدگی عجیب دوربین، فریم استیل براق دور گوشی، قاب پشتی شیشه‌ای و پورت لایتنینگ رو فاکتور بگیریم!

همون‌طور که قبلا تو سری 8 هم دیده بودیم، اپل بالاخره اون نوشته‌های طولانی رگولاتوری و استانداردهای محیط‌زیستی رو از پشت گوشی حذف کرده.

حالا تیم طراحی اپل به اون قاب پشتی یک‌دست و فوق‌العاده تمیزی که همیشه آرزوش رو داشت، رسیده و ظاهر دستگاه به شدت مینیمال شده.

قبل از اینکه چشم‌بسته دل و روده گوشی رو بریزیم بیرون، تصمیم گرفتیم با اشعه ایکس یه اسکن دقیق از داخلش بگیریم تا ببینیم با چه معماری‌ای طرفیم. چیزهایی که تو این عکس‌ها کشف کردیم واقعا جالبه:

← نه یکی، بلکه دو تا سلول باتری مجزا! این اولین باریه که اپل از باتری‌های دوتکه تو آیفون استفاده می‌کنه.

← یه مادربرد با ابعاد فوق‌العاده کوچیک. از تراکم عجیب نقاط لحیم‌کاری می‌شه حدس زد که بردها به صورت دوطبقه روی هم سوار شدن.

← برای اینکه جا برای سنسورهای جدید فیس‌آیدی باز بشه، اسپیکر مکالمه حسابی به سمت پایین هل داده شده.

← یه تراشه کاملا مرموز هم بین موتور ویبره (Taptic Engine) و اسپیکر پایینی قرار داره که خیلی کنجکاویم ببینیم چیه!

پیچ‌های پنتالوب پایین گوشی طراحی عجیبی دارن و اگه راستش رو بخوای، بیشتر شبیه پین هستن تا پیچ معمولی. بخش رزوه‌دار این پیچ روی فریم استیل محکم می‌شه، در حالی که قسمت بلند و بدون رزوه‌اش مثل یه پین بلند عمل می‌کنه و وارد شاسی می‌شه.

احتمالا این طراحی به صفحه نمایش یه مقدار انعطاف میده و هم‌زمان باعث می‌شه براکت نگهدارنده‌اش به سمت داخل گوشی متمایل بشه تا فضای بیشتری برای پورت بزرگ‌تر لایتنینگ باز بشه.

خوشبختانه مراحل باز کردن پنل تغییر خاصی نکرده و با همون ترکیب همیشگی حرارت، ساکشن کاپ و پیک‌های پلاستیکی، می‌تونیم چسب‌های دور نمایشگر رو برش بدیم.

موقع بلند کردن پنل، مقاومت چسب‌ها در حد استاندارده. نکته مثبت اینه که برخلاف بعضی از گوشی‌های بازار، پنل OLED آیفون ایکس روی یه فریم پلاستیکی محکم سوار شده و اصلا شل‌وول نیست.

ظاهرا باز شدن آیفون از بغل (مثل یه کتاب) داره به یه استاندارد همیشگی تبدیل می‌شه. این سبک رو قبلا تو مدل‌های پلاس دیده بودیم و حالا اینجاست.

با باز کردن گوشی، یه براکت فلزی بزرگ می‌بینیم که روی تمام کانکتورهای متصل به مادربرد رو پوشونده. این حجم از فشردگی کانکتورها تو یه جای کوچیک واقعا بی‌نظیره.

باز هم باید با یه لشکر از پیچ‌های سه‌سو (Tri-point) سر و کله بزنیم که مثل نگهبان‌های وفادار، روی این براکت‌ها نشستن تا نذارن راحت به مادربرد برسیم.

یه حسی بهمون می‌گه اپل اصلا دلش نمی‌خواد ما (یا شما تعمیرکارها) به این راحتی داخل گوشیش دست ببریم!

بعد از باز کردن اون براکت عظیم و آزاد کردن کانکتورها، بالاخره می‌تونیم سخت‌افزار این پرچمدار رو بدون هیچ مانعی ببینیم. بررسی دقیق قطعات روی صفحه نمایش رو می‌ذاریم برای مراحل بعد، اما الان به لطف همون عکس اشعه ایکس فهمیدیم که اون تراشه مرموز، دقیقا روی خود پنل نمایشگر سوار شده! یه تغییر جالب تو روند باز کردن: وقتی نمایشگر رو جدا می‌کنی، دوربین سلفی همراهش نمیاد و روی خود شاسی باقی می‌مونه.

نگاه کلی به داخل شاسی همون چیزی رو تأیید می‌کنه که تو اشعه ایکس دیدیم: بیشتر فضا رو باتری دوتکه اشغال کرده و مادربرد به طرز عجیبی آب‌رفته و کوچیک شده.

ماژول دوربین دوگانه پشتی یه براکت محافظ خیلی ضخیم و محکم داره که احتمالا برای جلوگیری از خم شدن و محافظت از قطعات ظریف داخلی دوربین طراحی شده.

دوربین‌ها علاوه بر پیچ، با چسب‌های فومی به قاب پشتی محکم شدن تا موقع ضربه یا لرزش از جاشون تکون نخورن. این ثبات برای عملکرد بی‌نقص حالت پرتره (Portrait Mode) و لرزشگیر اپتیکال به شدت حیاتیه.

اگه به دور تا دور شیشه محافظ دوربین دقت کنی، نقطه‌جوش‌های خیلی ریزی رو می‌بینی که دیواره‌های برآمدگی دوربین رو به فریم فلزی اصلی جوش دادن.

حالا نوبت به بیرون آوردن متراکم‌ترین مادربردی می‌رسه که تا حالا تو آیفون دیدیم. این مادربرد مینیاتوری نهایت استفاده رو از فضا برده. تراکم قطعات و کانکتورهاش انقدر بالاست که حتی برد اپل واچ هم در مقایسه باهاش فضای خالی بیشتری داره!

وقتی برد آیفون ایکس رو کنار برد آیفون 8 پلاس می‌ذاریم، می‌بینیم با وجود اینکه ایکس تکنولوژی‌های خیلی بیشتری داره، اما بردش چقدر جمع‌وجورتر و کوچیک‌تره.

از نظر ابعاد، برد آیفون ایکس فقط حدود 70 درصد برد آیفون 8 پلاس فضا گرفته. این یعنی اپل یه فضای فوق‌العاده بزرگ رو برای جا دادن باتری آزاد کرده.

حتما برات سوال شده که اپل چطور این همه تکنولوژی رو تو 70 درصد فضا جا داده؟ جواب خیلی ساده‌ست: با تا کردن برد از وسط! دو نیمه این برد به هم لحیم شدن. برای جدا کردنشون از دستگاه هوای گرم (هیتر) مخصوص قطعات BGA استفاده کردیم تا لایه‌ها به آرومی از هم جدا بشن.

وقتی دو لایه رو جدا کردیم و مساحت هر دو رو جمع زدیم، دیدیم مساحت کلش 135 درصد بیشتر از برد آیفون 8 پلاس می‌شه! واقعا باید به مهندسی اپل برای این سطح از فشرده‌سازی تبریک گفت.

این اولین باریه که بعد از نسل اول آیفون، اپل دوباره از معماری بردهای دوطبقه (Double-stacked) تو گوشی‌هاش استفاده می‌کنه.

البته این طراحی هوشمندانه یه جنبه کاملا منفی هم داره؛ تعمیرات روی مادربرد و تعویض آیسی‌ها به شدت سخت، زمان‌بر و پرریسک شده.

بریم سراغ آیسی‌های روی نیمه اول برد:

← تراشه قدرتمند Apple A11 Bionic که زیرش 3 گیگابایت حافظه رم LPDDR4X ساخت SK Hynix قرار گرفته (طراحی PoP)

← آیسی مدیریت تغذیه اپل با شناسه 338S00341-B1

← آیسی شارژ باتری Texas Instruments SN2501

← تراشه NXP CBTL1612A1 (که احتمالا نسخه جدید آیسی Tristar برای کنترل شارژ و USB هست)

کدک صوتی اپل 338S00248

آیسی مدیریت توان STMicroelectronics STB600B0

← آیسی مدیریت تغذیه اپل 338S00306

← ماژول یکپارچه وای‌فای و بلوتوث ساخت Apple/Murata

← فرستنده و گیرنده امواج رادیویی (LTE) ساخت کوالکام

← مودم Snapdragon X16 LTE و آیسی تغذیه کوالکام. البته اپل مودم‌ها رو از دو شرکت تأمین می‌کنه و تو بعضی مدل‌ها از مودم اینتل استفاده شده. با اینکه مودم کوالکام قابلیت سرعت گیگابیتی رو داره، اما اپل این ویژگی رو فعال نکرده تا بین دو نسخه تفاوتی نباشه.

← آمپلی‌فایرهای توان RF ساخت Skyworks تو مدل‌های مختلف

کنترلر شارژ بی‌سیم Broadcom BCM59355

ماژول کنترلر NFC ساخت NXP

← ماژول آمپلی‌فایر قدرت Broadcom AFEM-8072

و تو قسمت بیرونی این ساندویچ سیلیکونی جذاب:

← حافظه فلش 64 گیگابایتی ساخت Toshiba

← آمپلی‌فایر صوتی Apple/Cirrus Logic

← سنسور فشارسنج Bosch Sensortec BMP282

← مجموعه ژیروسکوپ و شتاب‌سنج Bosch Sensortec

ادامه بررسی آیسی‌ها:

← کنترلر پورت Cypress Semiconductor

← مبدل DC-DC باتری لیتیوم-یون Texas Instruments

← یه آمپلی‌فایر صوتی دیگه از Apple/Cirrus Logic

← مبدل DC-DC ساخت ON Semiconductor

نوسان‌ساز (اسیلاتور) SiTime MEMS

خب، فهمیدیم که اپل یه مادربرد دوطبقه ساندویچی ساخته، اما ارتباط بین این دو لایه چطور برقرار می‌شه؟

اپل به جای استفاده از فلت‌های شکننده، یه برد فاصله‌انداز (Spacer) دور تا دور لبه‌ها قرار داده. داده‌ها از طریق ده‌ها سوراخ لحیم‌کاری‌شده (Through-hole) بین این دو لایه منتقل می‌شن.

تو این معماری، پردازنده A11 دقیقا تو امن‌ترین نقطه یعنی مرکز برد جا خوش کرده. اگه به عکس اشعه ایکس دقت کنی، استوانه‌های ریزی رو دور تا دور لبه برد می‌بینی؛ این‌ها همون نقاط اتصال لحیمی هستن که دو برد رو محکم به هم وصل کردن.

باتری جدید و دوتکه آیفون ایکس، چهار تا چسب کششی (Pull-tab) داره. این چسب‌ها شبیه مدل‌های قبلی هستن اما زاویه و جهت قرارگیری‌شون کاملا عوض شده.

این چسب‌ها به جای اینکه روی باتری تا بشن، به کناره‌های سلول‌ها چسبیدن؛ برای همین بیرون کشیدنشون یه مقدار قلق داره و پردردسرتر از همیشه‌ست.

این گوشی یه باتری 10.35 وات‌ساعتی (2716 میلی‌آمپر ساعت) داره که یه مقدار از باتری 10.28 وات‌ساعتی آیفون 8 پلاس قوی‌تره، اما هنوز خیلی مونده تا به پای ظرفیت باتری غول‌پیکر نوت 8 سامسونگ برسه.

طراحی دوتکه بیشتر برای استفاده بهینه از فضاست تا افزایش ظرفیت. اینطوری اپل تونسته سلول‌های باتری رو به شکل L دربیاره و از فضای خالی اطراف مادربرد نهایت استفاده رو ببره.

یادت میاد گفتیم فیس‌آیدی؟ ما قبل از کالبدشکافی کامل، گوشی رو زیر دوربین مادون قرمز (IR) بردیم تا کارکرد این سیستم رو ببینیم. با اینکه دوربین ما نتونست پترن نقطه‌ها رو ثبت کنه، اما درخشش نور مادون قرمز کاملا مشخص بود!

بریم سراغ یه کم تاریخچه: سال‌ها پیش، مایکروسافت سنسور کینکت رو معرفی کرد. تکنولوژی شبکه نقاط مادون قرمز این دستگاه، توسط یه شرکت به نام PrimeSense ساخته شده بود.

اپل تو سال 2013 این شرکت رو خرید و قطعا صدها میلیون دلار دیگه هم خرج کرد تا این تکنولوژی رو اینقدر کوچیک و مینیاتوری کنه تا تو لبه بالایی آیفون ایکس جا بشه.

حالا با این تکنولوژی سه‌بعدی و تشخیص عمق، دنیای امنیت بایومتریک وارد یه فاز کاملا جدید شده و مطمئنا در آینده پای این سنسورها به دستگاه‌های خیلی بیشتری باز می‌شه.

حالا می‌ریم سراغ قسمت بالای گوشی تا سیستم دوربین TrueDepth رو بررسی کنیم. این همون مجموعه‌ایه که قابلیت تشخیص چهره (Face ID) رو ممکن کرده.

قدم اول: قطعه Flood Illuminator (نورافکن مادون قرمز) که روی نمایشگر تعبیه شده، صورتت رو با نور نامرئی مادون قرمز روشن می‌کنه.

← قدم دوم: دوربین جلویی (مشخص شده با قرمز) تأیید می‌کنه که یه چهره روبه‌روی گوشیه.

← قدم سوم: پروژکتور نقطه‌ای (Dot Projector) در سمت راست، شبکه‌ای از ده‌ها هزار نقطه مادون قرمز رو روی صورتت می‌تابونه تا یه نقشه سه‌بعدی دقیق بسازه.

← قدم چهارم: در نهایت، دوربین مادون قرمز در سمت چپ، این نقشه رو می‌خونه و داده‌ها رو به پردازنده می‌فرسته.

تو پس‌زمینه، پردازنده آیفون ایکس با سرعت فوق‌العاده‌ای این اطلاعات رو آنالیز می‌کنه تا بفهمه این واقعا خودتی یا فقط یه عکسه.

کم‌کم داریم به آخرای کار نزدیک می‌شیم و قطعات باقی‌مونده تو پایین قاب رو درمیاریم. اول از همه یه براکت کوچیک که پر از اتصالات فنری و محافظ‌های الکترومغناطیسه و یه فلت هم به پشتش چسبیده، از سر راه برداشته می‌شه. بعدش نوبت به محفظه اسپیکر پایینی می‌رسه که دور تا دور پورتش پر از چسب‌های عایق و ضدآبه.

در نهایت، موتور ویبره Taptic Engine و اون دریچه معروف تنظیم فشار هوا رو بیرون میاریم. اپل همچنان از موتورهای نوسان‌ساز خطی برای تولید ویبره‌های دقیق و جذابش استفاده می‌کنه.

با یه حرکت حرفه‌ای و استفاده همزمان از دو تا پنس، پورت لایتنینگ رو هم از سر جاش آزاد می‌کنیم. خبر خوب برای اونایی که همیشه مشکل شل شدن پورت شارژ داشتن: پورت لایتنینگ تو آیفون ایکس به شدت تقویت شده و با یه براکت عریض‌تر مستقیما به دیواره فریم پیچ شده.

همون‌طور که اول کار دیدیم، این براکت سوراخ‌هایی داره که پیچ‌های پنتالوب بیرونی از داخلشون رد می‌شن و علاوه بر محکم کردن پورت، صفحه نمایش رو هم سر جاش نگه می‌دارن.

حالا که شاسی اصلی تقریبا خالی شد، برمی‌گردیم سراغ صفحه نمایش. اولین چیزی که درمیاریم اسپیکر مکالمه‌ست که طراحی جدیدی داره و صدا رو از طریق یه کانال مخصوص و باریک به بیرون هدایت می‌کنه.

وقتی فلت بالای نمایشگر رو با دقت جدا می‌کنیم، با پیچیده‌ترین مجموعه‌ای که تا حالا دیدیم روبه‌رو می‌شیم. این فلت شامل اسپیکر، میکروفون، سنسور نور محیط، نورافکن مادون قرمز (Flood Illuminator) و سنسور مجاورته. بعد از جدا کردن همه این قطعات ماژولار، فقط خود پنل حساس OLED باقی می‌مونه.

وقتشه بریم سراغ اون تراشه مرموز! با برداشتن شیلدهای محافظ پشت صفحه نمایش، می‌تونیم ببینیم زیرش چه خبره: یه کنترلر تاچ‌اسکرین ساخت Broadcom با شناسه BCM15951B0KUB2G اینجا جا خوش کرده.

در کنارش هم یه آیسی مدیریت توان (PMIC) مخصوص نمایشگر OLED ساخت STMicro دیده می‌شه که قبلا تو گوشی‌های دیگه مشابهش رو ندیده بودیم.

وقتی به کف شاسی می‌رسیم، به یه قطعه آشنا برخورد می‌کنیم: سیم‌پیچ شارژ بی‌سیم که حالا پای ثابت آیفون‌های جدید شده. این سیم‌پیچ به همراه دکمه‌های ولوم، کلید سایلنت و یه براکت سنسور نامشخص، همگی روی یه مجموعه یکپارچه و به هم پیوسته قرار دارن.

اون فلت چندمنظوره عجیب بالای گوشی رو هم جدا می‌کنیم. این فلت، فلش چهارگانه True Tone و دکمه پاور رو تو خودش جا داده؛ درست شبیه طراحی‌های قدیمی آیفون.

مرحله جایزه! اگه شیشه پشت آیفون ایکس بشکنه چه اتفاقی می‌افته و چطور تعمیر می‌شه؟ بعد از کلی حرارت دادن، مجبور شدیم از یه تیغه محکم فلزی (Jimmy) استفاده کنیم. مثل سری 8، شیشه پشت با یه چسب فوق‌العاده وحشتناک و قوی به شاسی چسبیده.

اما یه مشکل بزرگ‌تر هم هست: برخلاف آیفون 8 که شیشه‌اش یه تکه بود، اینجا برآمدگی دوربین روی شیشه قرار گرفته و با دقت تمام به فریم فلزی زیرش جوش داده شده!

این یعنی برای درآوردن شیشه پشتی، یا باید فریم فلزی دوربین رو کامل ببری، یا شیشه رو خرد کنی تا از زیر فریم دربیاد. یه کابوس واقعی!

ما ترجیح دادیم فریم دوربین رو ببریم تا شیشه سالم بمونه. اما اگه کسی بخواد شیشه شکسته پشت رو عوض کنه، راه حل تمیزی نداره و تراشیدن تیکه‌های شیشه چسبیده به شاسی، واقعا دیوانه‌کننده‌ست.

خب، اینم از کالبدشکافی عمیق و پرجزئیات آیفون ایکس! دیدن این حجم از مهندسی دقیق و قطعات مینیاتوری همیشه هیجان‌انگیزه. مقایسه این طراحی با نسل‌های قبلی نشون می‌ده که اپل چقدر تو معماری داخلی پیشرفت کرده و فضاها رو بهینه کرده. از اینکه تا اینجا همراهمون بودی و قدم‌به‌قدم این شاهکار رو بررسی کردی دمت گرم!

دیدن داخل گوشی همیشه جذابه، مخصوصا وقتی پای یه طراحی کاملا جدید و قطعات انقلابی مثل فیس‌آیدی در میون باشه.

طراحی داخلی آیفون ایکس یه کلاس درس مهندسیه، اما از نظر تعمیرپذیری چالش‌های زیادی رو برای تعمیرکارها ایجاد کرده. در ادامه خلاصه نکات تعمیراتی رو می‌بینی:

← خوشبختانه تعویض نمایشگر و باتری که پرمصرف‌ترین قطعات هستن، همچنان تو اولویت طراحی اپل قرار دارن.

← اگه صفحه نمایش بشکنه، می‌تونی بدون نیاز به دستکاری یا برداشتن سنسورهای بیومتریک فیس‌آیدی، پنل رو تعویض کنی.

← استفاده از پیچ به جای چسب همیشه نکته مثبتیه، اما برای باز کردن این گوشی باید علاوه بر پیچ‌گوشتی چهارسو، ابزارهای مخصوص اپل (پنتالوب و سه‌سو) رو هم داشته باشی.

← چسب‌های ضدآب روند بعضی از تعمیرات رو سخت‌تر می‌کنن، اما در عوض احتمال خرابی‌های شدید ناشی از آب‌خوردگی رو کاهش می‌دن.

← فلت‌های شکننده و متصل به هم باعث شدن قطعاتی که هیچ ربطی به هم ندارن تو یه مجموعه قرار بگیرن؛ این یعنی تعویضشون هم سخت‌تره و هم گرون‌تر تموم می‌شه.

← استفاده از شیشه در جلو و پشت دستگاه، احتمال شکستگی موقع افتادن رو دو برابر کرده. بدترین قسمتش اینه که اگه شیشه پشتی بشکنه، عملا باید تمام قطعات گوشی رو خالی کنی و کل شاسی رو عوض کنی! پرونده کالبدشکافی آیفون ایکس هم تو آیسی‌مدار بسته شد. معماری برد دوطبقه و سنسورهای فیس‌آیدی نشون داد که تکنولوژی چطور داره به سمت فشرده‌سازی بی‌نهایت می‌ره. اگه از این سفر به داخل پرچمدار اپل لذت بردی، حتما اپلیکیشن آیسی‌مدار رو به دوستات معرفی کن تا اون‌ها هم با دنیای پیچیده و جذاب تعمیرات موبایل آشنا بشن!