電子產品世界 發表於 2021-01-09 11:43:27
圖像傳感器分為CCD傳感器和CIS傳感器兩大類別，CCD傳感器主要應用於單眼相機、工業應用等場景。CIS傳感器由於體積更小、成本更低等優勢廣泛的應用於手機、汽車、安防、醫療等場景。
CIS晶片市場
在全球手機市場增長放緩的背景下，手機攝像頭出貨逆勢增長屢創新高。隨著5G商業應用的到來，5G手機也必將迎來新一次換機潮流，相信攝像頭也將迎來新一輪爆發。根據調查研究，在軟硬體配置和操作體驗兩大維度中，攝像頭像素和拍照效果分別成為消費者選擇智慧型手機的第一要素。
智慧型手機發展的下半場，各廠商不約而同的選擇在拍照功能上進行角逐 ——— 2016年為雙攝像頭爆發的元年，2019年則成為手機三攝像頭普及的大年。三攝配置在提升場景化適應能力上有著質的飛躍，面對遠距離拍攝場景，傳統的單個攝像頭方案拍照呈現效果較差，主攝+長焦鏡頭相互配合能夠明顯改善用戶體驗。
在目前的智慧型手機應用中，攝像頭模組佔據了整個BOM成本的榜首位置。而在攝像頭模組中，CIS晶片又佔據了成本的大頭，佔比高達52%，屬於最貴的組件。（當然，CIS成本也要根據元器件的成像效果、像素、尺寸的不同，數據上會有一定差異。） 作為攝像頭模組中最昂貴的零部件，CIS晶片的市場前景巨大。
其次為單反、汽車、工業、安防、電腦、醫療等領域應用廣泛，隨著下遊行業快速發展壯大，全球CIS市場需求持續增長行業發展勢頭強勁。
未來幾年，隨著車聯網、智能汽車、機器人的應用普及，在車體或機器人的四周加裝4-8個CIS實現360度全景成像、線路檢測、障礙物檢測、防撞、自動駕駛等功能的應用市場將快速發展。到2022年，汽車攝像頭用量將超過3.7億顆。預計到2021年，汽車在CIS晶片的市場佔比將從目前不足5％提升至14％。
在手機多攝、車載、安防三駕馬車的拉動下，CIS將保持高速增長態勢，根據Yole Developpement的預測，2016至2022年間，CIS市場規模年複合增長率高達10.5%。
CIS晶片原理
CIS是CMOS圖像傳感器英文名稱CMOS Image Sensor的縮寫，具有尺寸小、敏感度高、高度集成、功耗較低、成像速度快、成本較低等優點。
CIS由感光單元陣列和輔助控制電路構成，傳感器感知的是外部物體的亮度和色彩信號，主要應用於圖像和視頻採集場所，集成於攝像頭模組之中。CIS晶片在攝像頭中的作用，就類似於眼睛視網膜的作用，用於感知外界的光刺激信號。
上圖中RGB紅綠藍的示意圖，就是CMOS圖像傳感器的位置。CIS晶片通過其上面的感光單元（感光二極體，Photodiode）接受光信號，每個感光單元對應一個像素單元。
CIS將接收到的光信號轉變成電信號，電信號的強度體現了不同光照的強度，以此原理，最終構成一幅色彩斑斕的畫面。
CIS的解析度等於CIS的面積除以單個像素點的面積，手機內部空間是有限的，要想提升CIS的解析度，一方面是提升CIS尺寸，另一方面是縮小每個像素的尺寸，這也是頂級旗艦機型的攝像頭配置追求的兩大方向。
隨著CIS尺寸的增大和每個像素尺寸的縮小，手機後置主攝的解析度也在不斷變大，從開始的2M、5M、8M到12M、13M、16M、20M再到24M、32M、48M、64M。三星S20 Ultra甚至採用了108M的CIS，解析度超過一億像素。
CIS晶片供應緊張
根據TSR的統計數據，2019年全球CIS的市場規模為159億美元，其中，銷售額口徑，索尼的市場佔有率為 48%，排在行業第一，牢牢把握高端市場；三星市佔率為 21%；豪威科技市佔率7%；安森美、佳能等分列第四第五位。（其中豪威被國內的韋爾股份收購）
CIS產業鏈涵蓋CIS晶片設計、製造和下遊攝像頭模組三個主要環節。根據CIS晶片的設計製造模式不同，同其他晶片類似，可分為IDM、Fabless、Fab-lite三種主要模式。
IDM模式是指從設計到製造到封裝一體化的模式，由提供晶片產品的公司獨立完成，代表公司為索尼、三星、海力士等；
Fabless模式是指純晶片設計模式，不參與晶片製造和封裝，代表公司為豪威、 格科微、思比科等；
Fab-lite模式是指IDM+Fabless綜合，最核心或最擅長的晶片品類採用IDM模式，非核心或者競爭力稍差的晶片品類採用Fabless模式，交給Foundry廠商來代工生產。代表公司為意法、安森美等。
高端CIS價值量高，是各大CIS廠商業務重點。高端、高解析度 CIS，對廠商設計能力、製造能力要求很高，具有很高技術壁壘，目前只有索尼、三星、豪威具有48M以上CIS設計能力。
如今晶圓產能緊張，造成CIS晶片行業頻頻出現缺貨、漲價的局面。回顧2019年，受益於手機、汽車、安防監控等多領域需求同時爆發，CIS晶片供不應求，產業鏈上下遊廠商先後出現兩次大規模價格調整，漲幅一度逼近40%。
而今雖有疫情、中美貿易問題等多方負面因素影響，卻依舊沒能打破這一局面，尤其當8英寸晶圓產能缺口進一步擴大後，CIS晶片缺貨、漲價的聲音更是不絕於耳：近幾年，除了CIS晶片外，各類中低端晶片的產品需求量增長迅速，這也是8寸晶圓頻頻告急的重要原因之一。
為解決缺貨問題，也有聲音指出可用12英寸晶圓進行替代。然而晶片廠處於對產品利潤的考慮，中低端像素的CIS基本都是採用性價比更高的8英寸晶圓。這也表示在8英寸晶圓的新產能釋放前，中低端CIS晶片或許在長時間內都處於缺貨的狀態。
晶圓緊缺導致製造成本增加，於晶片廠來說基本屬於不可抗因素，另外在產能非常緊張的情況下，比漲價更讓大客戶在意的是能否按時交貨。
三星計劃挑戰索尼地位
在進入到2010年後，由於CMOS成像技術不斷提升，消費型數字相機以及數字中片幅產品都廣泛採用CMOS，這些新的應用開始推動CIS的增長，領先的CMOS圖像傳感器供應商之間的激烈競爭再次上升。在這十年當中，受惠於智慧型手機的風潮，CIS領域再次發生了翻天覆地的變化。
這也讓索尼有了發展的機會。在這2010中，索尼宣布計劃投入400億日元，為「Exmor」和「Exmor R」CMOS圖像傳感器擴增產量。這兩款產品為索尼搶佔CMOS圖像傳感器市場打下了良好的基礎。
相比於以往的CIS產品，前照式Exmor最大的變化是內置了ADC，該設計有效地減少了噪聲，降低了功耗，引領了行業將ADC集成到CMOS圖像傳感器中的風潮。Exmor R則是背照式CIS，這也是世界上第一個可量產的背照式傳感器。它極大地提升了夜拍效果，而後iPhone 4S採用了索尼的這種產品。
2011年中，除了蘋果以外，還有大量高端旗艦手機轉投索尼的懷抱，從2011年後索尼傳感器就一路高歌猛進。根據相關數據顯示，在2011年中，索尼CMOS圖像傳感器銷售中排名第三。
2012年中，索尼在圖像傳感器上實現了一次技術飛躍，其推出的第一個堆疊式CMOS圖像傳感器能夠將兩顆晶片堆疊在一起，採用這種方式讓智慧型手機製造商可以生產出比此前設備更薄的機型。而後，索尼在CIS領域中的市場份額不斷提升，甚至在2014年開始出現了供不應求的情況。
2015年，索尼以1.55億美元收購東芝圖像傳感器業務，至此，索尼在CIS的霸主地位就成型了。
三星在CIS領域也在這十年當中得到了快速發展。2013年，三星所發布了具有裡程碑意義的ISOCELL技術。相比於BSI技術，ISOCELL技術能夠減少30％的像素串擾，在設計集成化方面，ISOCELL還能夠進一步縮小相機模塊，讓手機和平板電腦變得更加輕薄。
近些年來，三星為了減輕對存儲產品的依賴，也開始將CIS視為突破點。在CIS領域，三星也開始試圖挑戰索尼的地位，並開始向安防、汽車等多個領域發力。為了加強其在CIS領域的競爭力，三星電子在圖像傳感器市場採用了兩項策略，包括採用更先進位程技術，以及更具競爭力的定價策略。
在所有傳感器中，CIS器件的重要性日益突顯。隨著消費者手中的智慧型手機開始配備越來越多的攝像頭，這個曾經用來「錦上添花」的功能如今已經成為了各類手機營銷中的主要賣點。舉例來說，在2017年iPhone X發布會上，蘋果只用了大約10％的時間來介紹其相機功能；而兩年後的iPhone 11發布會，全場有近一半（49％）的時間都在介紹其相機功能如何強大。
不論是低、中、高端的CIS晶片，今年的需求很難出現爆發性增長。作為行業龍頭，有消息稱，索尼由於手機市場需求減少，下調了CIS在2020財年的銷量額預期。據其預測，2020財年（2020年4月-2021年3月），CIS銷量額將同比下降11.8%。
在CIS傳感器市場上，三星的最新份額在21.4%，索尼則佔據了44.2的份額，依然是第一，但三星的份額在提升，索尼的份額實際上在下降，三星一直希望能夠挑戰索尼，特別是當前智慧型手機攝像頭越來越多，像素數也在大幅增長。
三星近年來首發了1億像素CIS傳感器，目前已經得到了市場認可，訂單正在不斷增加中，三星計劃將一條內存生產線轉產CIS晶片。據韓國經濟引述業界消息表示，三星電子將於2021年將一座DRAM廠轉換成用以生產CIS，預計屆時CIS產量將較目前提升約20%，威脅龍頭Sony市場地位。
目前三星的CIS傳感器晶片產能是每月10萬晶圓，每年營收大概是42.6億美元，內存生產線轉產之後會提升到每月12-13萬片晶圓的水平，與索尼每月13.7萬晶圓的產能差距大幅縮小。目前1.08億像素以上的CIS訂單增加，2020年第三季度三星CIS市佔率約21%，落後Sony的44%市佔率，擴大生產有助於追趕落後差距。
對於三星緊追其後，Sony決定投資9億多美元於日本長崎縣工廠旁興建CIS新廠。日媒報導指出，Sony日本有4間工廠生產手機用CIS。原本Sony規劃2021年3月前提升月產量至13萬片，不過之後又將月產量目標提高到13.8萬片，且期望2025年CIS全球市佔率一舉提升至60%。
另一方面，美國強力制裁華為使近期華為手機市佔率大幅滑落，獨家供貨商Sony連帶受到影響。反觀三星CIS客戶像是小米等，最近反因此受惠市佔率上升。
在CIS領域中，除了索尼和三星外，也有一些國產廠商在這十年內得到了快速發展，包括格科微、比亞迪微電子、思特威等企業。國內CIS企業的發展，得益於近些年來中國市場對智慧型手機和安防方面的需求。尤其是在一些細分領域市場中，這些國內CIS企業也取得了令人矚目的成績。
2013-2019年全球CIS出貨量年均複合增長率為15.2%，銷售額年均複合增長率為13.1%，均呈現快速增長態勢；2019年全球CIS出貨量達到60.9億顆，銷售額達到154.7億美元。預計到2024年，全球CIS出貨量將達到100萬顆以上，銷售額將達到230億美元以上。
打開APP閱讀更多精彩內容聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴