CIS很抢手!

2020-03-07 13:19:39 来源:EETOP
新冠病毒疫情持续升高,造成全球电子业供应链出现缺货、缺工的现象相当严重,尤其,随着疫情扩散至韩国与日本两大重要电子零组件生产国,更让市场拉警报。尤其,日本与韩国是全球二大CMOS像传感器(简称CIS)生产大国,一旦停工,恐让原本已经供货相当吃紧的CIS,将更加紧张。毕竟全球能供应智能手机所需的照相CIS,就仅有Sony、三星电子与并购豪威科技(OmniVision)的韦尔股份等几家主要厂商,尤其,Sony占据全球将近一半CIS市占率,不论是苹果或华为高端旗舰机种,均采用Sony的CIS,因此,未来必须关注日本疫情之发展,是否影响Sony生产线,值得留意。

根据市调机构IC Insights统计,2019年CIS销售额估较2018年成长9%、至155亿美元,可望连续八年刷新纪录,今年可望成长4%、到161亿美元,此趋势将延续至2023年。目前CIS最大终端应用在智能手机,但从成长性来看,汽车领域爆发力最强,至2023年销售额年复合成长率(CAGR)估达到29.7%、上看32亿美元;占整体CIS比重达15%。近年来智能手机朝向多镜头发展,从标配二颗镜头逐步扩增至三~四颗镜头,且像素不断提升,促使CIS成本比重占整体照相镜头模组居高不下。再者,尽管智能手机销量成长趋缓,但镜头颗数成长幅度远大于手机销量,也带动CIS供不应求;包括Sony、三星均积极扩增CIS产能。

Sony独霸手机CIS 谁与争锋

然而,谈到CIS就不能不提到龙头Sony,当年影像感测技术可分为CCD(电荷耦合元件,Charge Couple Device)与CMOS(互补式金属氧化半导体,Complementary Metal OxideSemiconductor)二大主流,而Sony同时具备CCD与CMOS技术。基本上两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光与电转换,将图像转换为数字数据,而其主要差异则在数据传送方式的不同。CCD传感器每一行中每一个像素(pixel)的电荷数据都会依序传送到下一个像素中,由最底端的部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出;而在CMOS传感器中,每个像素都会连接一个放大器及A/D转换电路,用类似存储电路的方式将数据输出;之所以造成这种差异的原因,在于CCD的特殊制程可保持数据在传送时不会失真,因此各个像素的数据可集合至边缘处再做放大处理;而CMOS制程的数据在传送较长的距离时会产生噪点,因此必须先行放大再整合各个像素的数据。随着CMOS技术急起直追,不但解析度直逼CCD,成本与耗电也更低,因此市场占有率快速提升,于是在2015年Sony决定停产所有CCD感光元件。

早在2012年,Sony推出了首款堆栈式CMOS,用信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS感光元件的支持基板。在比上代背照式CMOS更薄的同时在图片画质上大幅提升。在经过改进后,Sony的第二代堆栈式CMOS被用在苹果iPhone6/6S上,在五年的生产过程中,总共卖了2.5亿支;iPhone 6系列出色的成像品质和庞大的出货量让Sony坐稳了手机CMOS老大的位置。2017年Sony又推出了首款三层堆栈的CMOS,并作为独门黑科技搭载在自家的Xperia XZ Premium上。三层堆栈的CMOS在双层堆栈式CMOS基础上加入了DRAM快取存储器,可以将图像信息直接快取记忆体在CMOS芯片中。

身为老二的三星电子在CMOS发展也相当积极,日前发布的旗舰机种Galaxy S20系列,其中最顶级的GalaxyS20 Ultra更配备1.08亿像素的主镜头。这款新机采用三星自家名为ISOCELL Bright HM1(S5KHM1)的CMOS,这颗传感器的特点是在1/1.33英寸规格下提供九合一像素合成Nonacell技术,每个像素大小为0.8μm,采3×3架构排列,合成2.4μm大像素,达Tetracell四合一像素(1.6μm)的两倍进光量。三星也在发布会多次强调S20 Ultra的夜间拍照能力,是最能体现这颗CMOS大像素、高进光量的使用场景之一。为了对抗三星,华为将于不久后发布的P40 Pro,将搭载Sony为其定制的IMX700感光元件,虽然像素仅有5200万,但CMOS尺寸与S20 Ultra同样达到1/1.33吋。除此之外,IMX700除了采用RYYB高感光像素排列之外,更支持最高像素16合1拍摄,合并后像素面积达到4.48μm,保证在低光源环境之下仍有惊人的相片画质。无论Sony或是三星,双方在手机CIS不仅是拼产量、拼市占,更重要还要拼技术。

车用CIS商机无限,安森美一家独大 

随着ADAS及自驾车成为汽车电子市场大趋势,每台汽车安装的CMOS图像传感器(CIS)将在2020年跳增一倍至10套以上。车用CIS传感器市场进入快速成长阶段,在搭配特殊算法及传感器模组后,已能针对车厂的特殊需求,推出包括车道偏移警示、车身侧边盲点侦测、前方碰撞警示及自动煞车、夜视与停车辅助等ADAS系统。由此来看,车厂对于CIS元件需求激增,未来五年的年复合成长率(CAGR)势必会超过智能手机应用。

早期车用影像传感器发展主要技术都是以单一传感器进行多功能的应用,而后车用传感器开始应用了高动态范围成像(High Dynamic Range, HDR)的技术,并提高CMOS之灵敏度,同时,已有车厂利用双摄影机获取影像深度资讯,开发出3D立体视觉产品;目前在夜间光源不足或是在远距处侦测时,一般CMOS仍未具有清晰之成像品质,难以达到良好的侦测效果,因此,必须与其他传感器如毫米波雷达进行融合。

然而,目前全球车用CIS是由安森美(On Semi)独霸一方,市占率达四四%,遥遥领先第二位的Omnivision。过去车用CIS像素以VGA为主,主要是用在显示影像,如今为了达到侦测与判读,影像解析度要求越来越高,因此,逐步走向1300万像素等级。(EETOP整理自:中时电子报)

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