镜头行业变革已至

2018-05-10 09:45:42 来源:TechSugar
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前言
Lens(镜头)行业过去主要由日、韩、台三个地区厂商主导,与其他电子零组件一样,Lens行业每一次变革都是下游新兴应用出现带来lens技术路线的变革,每一次也都有后发厂商“冒出”实现弯道超车,从相机时代的日厂尼康、佳能、索尼等到功能机时代的关东辰美,再到智能机时代的塑胶之王——大立光。
 
2017年iPhone X应用3D sensing,发射端部分对lens的耐热性有较高的要求,传统塑料镜头面临一定障碍,lens行业或将面临变革机遇。当前,大立光、AMS、AAC、Himax等针对3D sensing Tx端发热量大的原因都准备了自己的方案,后续哪种方案能够实现性能、成本的双赢仍需继续观察。但毋庸置疑是,智能机时代新的光学机遇已经来临,下一个弯道超车的机会已经出现。
 
另外,针对传统摄像头领域,Wafer Level加工技术的成熟有望提升玻璃镜头、hybrid镜头的加工效率、降低成本,后续hybrid镜头的渗透也有望加速。
 
总之,过去塑料镜头在手机上一统天下的格局正在迅速改变,lens行业变革已至,中国大陆厂商面临机遇。
 
lens龙头的迭代——技术变革带来历次弯道超车机遇
Lens行业过去主要由日、韩、台三个地区厂商主导,进入3D sensing时代后,行业或将迎来变革的机遇。与其他电子零组件一样,Lens行业每一次变革都是下游新兴应用出现带来lens技术路线的变革,每一次也都有后发厂商“冒出”实现弯道超车。
 
1)相机与功能机时代,以透光性好的玻璃镜头为主,大立光最初也只是给尼康等代工玻璃镜头,此时佳能、尼康、卡尔蔡司等主流的相机玻璃镜头厂是全球lens的主导者,Kantatsu则依靠诺基亚主供的地位成为塑料镜头的王者。此时的台湾lens厂商在全球不在第一梯队,大立光与玉晶光尚难分伯仲,规模体量在一个层次之上。
 
2)iPhone 2007年的推出开启了智能手机的黄金时代,像素升级、微小化、低成本、传统相机的份额持续被智能手机挤压,塑料镜头工艺持续改进成为智能手机的首选lens方案,这一时期以关东辰美为代表的日厂过于保守、客户战略失误,导致基本错失智能手机时代大机遇,而大立光、玉晶光凭借成为iPhone核心lens供应商,成功崛起,大立光也逐渐成为全球lens领域龙头。
 
3)近两年,lens升级逐渐变慢,主流旗舰机的像素都已经达到12M甚至16M以上,再通过像素升级给消费者带来的边际体验改善意义已不明显,切会大幅增加成本与模组厚度。而3D sensing在iPhone X上的应用给行业带来了新的变革机遇,iPhone X发射端(Dot Projector)部分不强调成像(VCSEL发射的近红外光,经过光束整形器Beam Shaper形成横截面积较大的、均匀的准直光束,这是WLO的核心功能)、但会面临发热问题,传统的纯塑料镜头当前面临一定的应用困难,苹果应用WLO晶圆级的工艺制成wafer lens。接收端部分,接收端也多出红外摄像头模块,但红外摄像头lens对通光量、畸变矫正等传统成像摄像头所要求的性能容忍度较高,iPhone X一代主要由大立光及玉晶光的plastic lens供应。据台媒中时电子报报道,后续关东辰美也有望加入供应体系。
 
资料来源:苹果官网,海通证券研究所整理
 
可见,3D sensing尤其是发射端部分对lens的耐热性有较高的要求,传统塑料镜头面临一定障碍。一旦3D sensing开始大规模应用,lens行业或将面临变革机遇。另外,3D sensing有望加速Wafer Level lens技术和工艺的成熟,后续hybrid lens的加工成本有望降低,也给传统塑胶镜头带来潜在的挑战。
我们将通过主要厂商当前对于3D sensing发射端光路lens的布局,展望未来光学变革中几种潜在的主流工艺路线。
 
3D sensing Tx端对镜头提出新要求,主要龙头押注方向有别
iPhoneX发射组模块的镜头发热严重,使得对于镜头的耐热性要求提高。塑料镜头一直为人诟病的正是其易发热的特点,过去的普通镜头尚可接受,但是3D感测发射端需要承受的热量远超普通镜头,因此苹果公司采用了晶圆级玻璃镜头WLO作为发射端镜头,使得大立光只拿到了接收端的镜头订单,而WLO主要由AMS旗下的Heptagon供应。
 
AMS:iPhone主供,Heptagon深厚积累有望保持WLO领导地位
AMS作为2017年iPhone X WLO的主要供应商,在光学尤其是3D sensing领域耕耘深厚,产品线涵盖VCSEL、sensor(包括色彩、明暗光、距离传感器)、WLO、DOE甚至到整个模组组装,能够实现高度的自制。
 
AMS的WLO主要由Heptagon供应,Heptagon成立于1993年,在微型lens及封装领域工艺和量产水平位居全球领先地位,截至2016年,Heptagon为客户出货的微型器件产品已经超过20亿件。
 
资料来源:Heptagon,海通证券研究所整理
 
除了供应iPhone之外,我们从产业链了解到,AMS后续有望供应国内顶级手机品牌商,预计后续AMS有望继续成为WLO乃至整个3D sensing行业重要的供应商。
 
大立光依托全塑方案
若能解决耐热问题,全塑料镜头或能再居高位。晶圆级镜头最大的优势就是在克服了传统光学玻璃镜头的尺寸和一致性问题的基础上,还兼具了玻璃镜头的耐热性和高折射率的优点,这使得其在移动端领域崭露头角。但是,塑料镜头的成本优势依然存在,若能在一定程度上解决耐热问题,塑料镜头依旧有望在后续竞争中追上晶圆级玻璃镜头的脚步。
 
根据中时电子报的报道,大立光 CEO 林恩平近日表示,3D 感测镜头发射端镜头的热度问题,目前透过光学设计多加一片塑胶镜片有望解决,目前已送样中。如若能够被iPhone 应用,我们判断下半年新一代 iPhone 的 3D 感测镜头,大立光有望以全 P(塑胶)设计多拿到一颗镜头订单,大立光后续仍将牢固占据lens行业的龙头地位。
 
WLG有望成为WLO之外的重要选择,瑞声科技最受益!
与传统光学透镜设计与加工普遍采用的简单流程和工艺不同,WLO工艺由于是采用半导体工艺和设计思路进行光学器件的制造。WLO工艺在整片玻璃晶元上,用半导体工艺批量复制加工镜头,多个镜头晶元压合在一起,然后切割成单颗镜头,具有尺寸小、高度低、一致性好等特点,因此整个流程更加复杂,无论是设计流程还是加工环节,都需要更加先进的设计思路和更加精细的加工处理,因此相应加工附加值高。另外,wafer level制成的光学透镜间的位置精度达到nm级,我们认为WLL工艺制成的镜片伴随技术、良率、成本的改善,未来有望成为标准化的光学透镜组合的最佳选择。
 
WLO晶圆级透镜加工流程
资料来源:华天科技网站,海通证券研究所整理
 
Heptagon的WLO加工工艺
资料来源:Heptagon,海通证券研究所整理
 
WLG瑞声科技早在2010年收购微型光学器件公司Kaleido 32%的股权,当前已经掌握WLG的工艺,并且预计在2018年实现5M/月的量产水平。相比Heptagon的WLO工艺,WLG在wafer切割之前,需要应用专用胶水印刷到玻璃上制成非球面玻璃,而WLO则是应用模造工艺制成非球面。另外,WLG因为是纯玻璃材质,耐热性相对WLO更佳。
 
与传统的模造玻璃相比,瑞声的WLG工艺能在2英寸晶圆上加工出30~40片镜片,一台WLG机器一天可以制成4k~5k的镜片产能,产出效率相比传统的模造工艺提升了一个量级。我们认为后续WLG有望成为WLO之外的重要选择。
 
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