与非网 11 月 16 日讯 过去,安防和手机市场对需求极大地促进了 CMOS 图像传感器(CIS)的发展。尤其是智能在向多摄方向发展的过程中,更是刺激了 CIS 的增长——作为技术和功能集不断改进的受益者,智能手机 CIS 的销量在过去十年中增长了八倍,到 2019 年达到了 45 亿个。

 

虽然全球 CIS 厂商都在为获得更多的产能而焦急,但伴随着未来以 IDM 模式运营的 CIS 厂商完成自有产线的扩建,这一部分产能或将被释放出来,彼时,CIS 领域的竞争也或许将重新聚焦于技术上竞争。

 

对于 CIS(CMOS 图像传感器)领头羊索尼来说,近来可谓是喜忧参半。失去华为这个超级大客户,让索尼相关业务营收大幅缩水,根据 2020 财年第二财季(自然月 7~9 月)财报,图像传感器业务的运营利润预期被下修 38%至 810 亿日元。索尼的 CFO Hiroki Totoki(十时裕树)就认为直到 2022 财年结束(2023 年 3 月)前,传感器业务的盈利能力都不会恢复。

 

由于苹果 iphone12 的热卖以及来自中国厂商的订单增加,索尼依然对未来充满信心,新建工厂的计划如期进行。

 

CIS 的黄金时代正在到来,对于索尼和其他厂商来说,现在无暇顾及过往,因为未来的竞争容不得丝毫喘息。

 

进入到 2020 年以后,虽然用于智能手机的出货量出现了下滑,但 CIS 的增长势头仍然不减。对于这一现象,StrategyAnalytics 高级分析师指出,多摄的机型进一步普及,推动了摄像头图像传感器的需求,而高像素传感器(如 64MP 和 108MP 图像)的出货量则进一步推动了图像传感器市场传感器在 2020 年上半年增长。

 

黄金时代

我们身处的世界已经被 CIS 包围了。不单是智能手机和照相机,无人机、扫地机器人、智能翻译笔、安防摄像头,还有生产线上的检测设备,都已经离不开 CIS。

 

根据市场分析公司 Yole 的预计,2019 年至 2025 年间,CIS 行业的 CAGR 为 8.1%,五年内收入应达到 270 亿美元。而据另一家分析公司 Frost&Sullivan 统计,2019 年全球 CIS 市场出货量为 63.6 亿颗,预计到 2024 年全球出货量达到 91.1 亿颗。

 

移动设备的首要地位仍不可撼动,多摄像头化是市场最大的驱动力,这里又以手机为最,2019 年全球智能手机及功能手机 CIS 销售额就占据了全球 73.0%的份额,而安全和汽车则在 2020 年成为 CIS 第二和第三大细分市场,年复合增长率也高达 20%。

 

汽车市场的潜力最被行业所看好。IC insights 的报告指出,汽车市场将成为 CIS 的增长动力所在。未来 5 年,这个市场的年复合增长率预计将达到 38.4%,到 2022 年,整个汽车 CMOS 图像传感器市场会增长到 28 亿美元,市场占比会提升到 15%,跃居第二位。

 

这其中的原因就是 ADAS(先进驾驶辅助系统)/AV(自动驾驶汽车)的发展,推动车载摄像头从仅搭载后视摄像头的配置,向 6 个摄像头以上的 ADAS,乃至多达 16 个摄像头的自动驾驶发展,将极大提升 CIS 用量。

 

还有一个有黑马潜质的领域是工业,随着机器视觉的发展,越来越多的工业生产线将引入图像传感器来提高生产效率和质量,预计该领域年复合增长率 18%,2020 年销售额 8.97 亿美元。

 

未来 5 年,汽车,工业,国防和航空航天等所有其他细分市场的表现将超过 CIS 的平均水平,替代移动设备成为市场总量扩大的主要推手。

 

巨头的追逐

同其他半导体市场相似,CIS 也是巨头的乐园。索尼、三星和 Omnivision(豪威科技)位列市场三甲,市场占有率分别为 42%、21%和 10%,几乎瓜分了全部市场份额。意法半导体(ST) 近来表现优异,从而跃升到第四位(市占率为 6%),排在第 5 位的则是安森美(市占率为 4%)。

 

相比鼎盛期,索尼的市场份额有所下降,其中有失去华为这一大客户的影响,但三星、海力士等对手的不停追击也是重要因素。

 

要在 CIS 市场存活乃至领先,必须要在技术上快人一步。这也促使 CIS 的技术不停演进,从 FSI 过渡到 BSI,现在则升级成堆叠式 BSI,使用 TSV 来连接到传感器阵列和逻辑芯片。

 

很有意思的是,CIS 的制造工艺与 DRAM 的制造工艺非常相似,并且 DRAM 的沟槽技术被应用于高像素产品的工艺。因此,DRAM 制造商很有可能后发制人,这就是三星、SK 海力士等厂商快速崛起的秘密。

 

SK 海力士实际上正在应用 DRAM 沟槽工艺技术来消除像素之间的光干扰,同时正在进行一些实验来防止使用金属隔墙时吸收光子。此外,三星电子的 ISOCELL 还采用了 DRAM 工艺技术,并正在努力将其工艺改进到 32nm 的水平。

 

SK 海力士目前正在使用 8 英寸和 12 英寸 CIS 生产线。与去年相比,今年的 12 寸 CIS 产品线的产能增加了 60%以上。此外,由于某些线路正在为 CIS 进行重新部署,因此从今年年底开始,其产品性能将有望大幅提升。

 

三星在使用 8 英寸 CIS 生产线外,也在扩大其 12 英寸生产线的产能,主要是利用旧的 DRAM 生产线。从 2018 年的 11 条生产线开始,三星计划在 2020 年将 13 条生产线转换为 CIS 生产线。

 

三星提出的口号是要在 2030 年之前超过索尼、跃居世界 CIS 首位。为此,三星正在积极地扩大投资。一家设备家企业就表示,其 8~9 月多次获得图像传感器设备的大型订单均来自三星。

 

面对咄咄逼人的对手,索尼在提高 12 寸产线产能的同时,也在加快新产线的建设。如果进展顺利,索尼在日本长崎的全新产线将在 2021 年 4 月开始设备进厂,同年 10 月进行运作。

 

另辟蹊径

索尼和三星在高端市场的“神仙打架”,国内厂商只能作为旁观者。但是,在安防、工业、汽车等领域,国内厂商则有很大机会突围而出。

 

纵览整个安防领域,视频监控作为国内安防市场占比最高的细分行业,一直保持着高增长姿态,高清摄像头成为市场增长的爆发点,也带动了相关 CIS 市场的成长。

 

基于对应用场景更深入的理解,国内厂商表现一直很优异。安防摄像头对于低光照、宽动态范围等性能的需求逐渐提升。就此趋势,本土 CIS 厂商思特威通过全彩夜视技术、近红外增强技术等创新技术,解决了客户的痛点,从而获得了中国乃至全球安防市场的认可。根据 Techno Systems Research 最新报告显示,思特威科技在安防领域自 2017 年起已经连续两年蝉联市占率第一。

 

工业市场也是国内厂商有希望突破的领域。进入 21 世纪后,随着机器视觉在工业自动化的应用,CIS 也获得进入工业市场的准入资格。并且,随着制程工艺的长足进展,CIS 已经与 CCD 渐成分庭抗礼之势。

 

GS(全局快门)的引入,是 CIS 的一个重大革新。它使得 CIS 能同时曝光来撷取不失真的运动物体图像,这对机器视觉的领域有重大意义。快速捕捉(高帧率),无形变和非可见光下成像(近红外增强技术)都相继在 CIS 上得以实现。

 

因为在 GS CIS 方面起步很早,国内厂商在机器视觉的应用上已经取得了一定的进展,在生产线检测、无人机避障等场景中都占有了一席之地。

 

车用 CIS 也为国内厂商所一致看好。“中国拥有全球一半以上的电动车销量,CIS 下游市场优势明显,因此技术机遇和市场优势使得我国车用 CIS 面临良好的发展机遇。”一位业内人士这样分析。

 

进入今年以来,已经有多家国内 CIS 厂商推出了车规级 CIS 产品,展示了良好的发展态势。虽然与国际巨头还有差距,但是利用本土市场优势,加强与国内车企、Tier1 厂商的互动,加速产品验证,同时切入较易进入的后装车载市场,逐步向前装车载市场渗透,国内厂商有机会获得更多市场份额。

 

Yole 最近做出预测:中国或首先在 CIS 上实现自主可控。这个判断的根据是,中美贸易战给了国内厂商更多的机会和大量注资,并且中国大陆拥有 CIS 所需的晶圆代工厂。如果再加上国内在机器人、AR 等新兴市场上的优势,国内厂商有很大几率在未来几年改写 CIS 市场的格局。

 

对于未来来说,由于很多终端产品都在向智能化做转型,而摄像头作为智能设备的双眼开始受到业界的关注,CIS 也有了继续发展的机会。在 ICinsights 来看,在众多领域当中,车用 CIS 是 CIS 下游应用增速最快的市场。ADAS 的发展,将促生大量的 CIS 需求。

 

从目前的发展现状来看,国产 CIS 供应商拥有很大的机会,未来新兴市场对 CIS 的需求,同样也是中国 CIS 厂商发展的新机会。Yole 在其报告中指出,下一个时代将涉及机器人技术,增强现实(AR)和智能物联网(IoT)。所有这些都是中国公司在其中定位良好的市场。CIS 国家的排名最终将随着这些新变化而变化。