半导体

赛迪智库丨图像传感器产业全景图

作者:麻尧斌来源:赛迪智库发布时间:2020-03-11 20:30我要评论

图像传感器作为摄像头模组的核心部件,广泛应用于智能手机、汽车、安防监控、航空航天等领域。我国拥有全球最大的图像传感器市场,然而在高端消费类电子领域的市场份额几乎被索尼和三星占据。随着智能手机采用多摄方案的增加以及IoT、AI、ADAS等技术带动摄像头应用场景的拓展,市场对CIS需求日益旺盛。我国应紧抓市场机遇和我国巨大的市场优势,实现在图像传感器领域的腾飞。

CMOS图像传感器市场火热

作为电子设备的“眼睛”,图像传感器近年来成为市场的焦点,成为半导体行业最炙手可热的领域之一。目前,CCD图像传感器和CMOS图像传感器(CIS)是被普遍采用的两种图像传感器。CCD图像传感器具有量子效率高、噪声低等优点被应用于广播电视和工业监测等领域。随着超大规模集成电路技术和CMOS制造工艺水平的提高,CIS由于尺寸小、低成本、功耗低、集成度高等诸多优点在民用消费电子市场逐渐取代传统的CCD图像传感器,带动了图像传感器市场的发展。根据WSTS数据统计,2019年全球图像传感器销售规模达到193.2亿美元,其中,CIS贡献188.1亿美元,同比增长26.3%,CIS已成为半导体产业中增长最快的产品之一。

索尼三星占据7成全球市场

CIS产业链主要有两种模式,一种是以索尼和三星为代表的IDM模式,另一种是以豪威科技、格科微等为代表的Fabless模式,豪威、格科微负责设计,芯片制造委托给台积电、中芯国际生产,封测交给晶方、华天科技等企业。此外还存在安森美、意法半导体等轻晶圆厂(fab-lite)模式,其自己只生产特定产品,其他均委托给下游环节企业生产及封测。目前,格科微拟在上海临港新片区投资建设12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目,届时有望成为我国CIS领域的IDM企业。

在全球CIS市场竞争格局中,据IHS Markit数据显示,在CIS市场份额上,目前索尼以占比49.2%的绝对优势位于霸主地位,三星以19.8% 位居第二。其中,索尼长期植根于数码摄像技术,得益于带给市场的高像素、高感光、新结构的CIS,其摄像头芯片一直是中高端旗舰手机的标配。三星背靠其集团资源,CIS市占率位列第二,目前由于下游需求旺盛,相关DRAM产能正在转换生产CIS,以扩大其市场份额。我国在CIS领域也涌现出众多优秀的企业。例如,豪威科技在全球车载CIS领域市占率排名第二。格科微在国内CIS出货量位列第一。思比科CIS在国内中低端智能手机市场占有较高份额。思特威在全球率先推出基于电压域架构和Stack BSI工艺的全局曝光CIS芯片,在视频监控领域处于行业领先地位。比亚迪微电子在CIS领域也表现突出。目前,豪威科技和思比科已被韦尔股份收购,成为其子公司。国内企业正在依托自主核心技术,不断扩大在中低端产品的市场份额,同时豪威科技2月份发布6400万像素的CIS(OV64C),正在积极向高端市场迈进。

全球市场迎来三大机遇

一是智能手机领域带来的机遇。手机是CIS最大的终端用户市场。据Counterpoint Research统计,2019年全球智能手机出货量前十中,国产厂商占七位(包括华为、小米、OPPO、VIVO、联想、Realme、TECNO)。其中,华为以2.385亿部成为全球第二,小米以1.245亿部位居全球第四,OPPO以1.198亿部位居全球第五,国产手机厂商给CIS带来了巨大的市场需求。此外,由于消费者对高质量摄像需求的提高,手机摄像头在光学领域不断创新与升级,智能手机采用多摄配置的方案逐渐提升。三星2月份发布的Galaxy S20 Ultra在摄像头配置上拥有五摄(后四+前一)的解决方案。其中“后四+前一”的五摄具体配置包括108MP主摄+12MP超广角+48MP长焦+ToF镜头的后置四摄和40MP的前置单摄。小米2月份发布的小米10 Pro在拍照方面拥有后置108MP主摄+20MP超广角+12MP人像镜头+8MP长焦四摄和前置20M单摄的5摄配置。

二是汽车电子领域带来的机遇。随着传统汽车面向更加智能、安全的发展趋势,以及未来新车使用先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)的解决方案的推进,汽车电子已成为CIS增长速度最快的细分市场。传统汽车为辅助日常停车,安装倒车影像已成为主流。此外,随着ADAS技术在汽车上应用的推进,更多的传感器将被使用,以Tesla为例,其在汽车上装配有8个摄像头。因此,作为感知周围图像信息的摄像头,势必会在汽车领域迎来新一轮增长。

三是安防监控领域带来的机遇。据统计,2020年我国安防市场(包括安防产品、安防工程和报警运营服务及其他)规模约8千亿元,远远领先国外其他地区。其中,安防监控领域市场份额相对较大。摄像头作为安防监控领域的重要组成部分,使得安防监控领域给CIS提供了巨大的应用场景。此外,随着5G、AI、物联网等技术的发展,安防监控行业正在从“传统”到“智慧”升级,进而给CIS市场注入了新的活力。

我国产业发展面临两大难题

一是先进技术积累薄弱,高端产品供应不足。目前国内CIS企业的产品主要应用于中低端领域。在旗舰和高端机型手机等高端消费类电子产品的主摄上,索尼和三星在市场上形成绝对垄断,我国CIS企业在高端市场几乎没有话语权。索尼、三星等国际一流厂商在图像传感器领域积累多年,索尼于1996年开始生产CIS并于2000年推出了首个CIS(IMX001)。国内企业由于起步较晚,关键核心技术积累不占据优势,导致国产高性能成像CIS缺乏。

二是产业链协作不足,协同创新有待加强。目前,索尼和三星是CIS领域的绝对技术引领者和市场占有者。它们的运作模式均属于IDM型,这使得产品的设计研发和工艺制造可以紧密结合、同时发展。对于具有特殊制程的CIS,先进技术的发展使得电路设计和工艺设计的紧密结合尤为重要。目前,我国在CIS领域还没有形成IDM模式的企业,产业链上下游环节协同不强,导致我国CIS产业链协同创新不足,使得设计者设计产品时不能很好考虑到工艺设计,引起企业核心竞争力不足。

三点建议助力国内产业发展

一是积极布局前沿技术,实现关键技术引领。积极通过开发先进材料、先进工艺等途径生产出高性能图像传感器。布局研发基于量子点、有机光导膜(Organic-Photoconductive-Film,OPF)材料、石墨烯-CMOS集成技术的图像传感器,不断推进相关前沿技术的研发与应用,实现我国企业在图像传感器领域的技术引领。

二是促进产业链上下游企业深度合作,推进产业链协同共赢。目前,索尼和三星是CIS领域绝对的技术引领者。索尼开发了背照式(BSI)CIS技术和堆栈式(Stack)CIS技术,并率先生产出基于Cu-Cu连接技术的CIS。三星引入像素隔离(ISOCELL)技术来优化图像传感器的像素结构,可以发现它们的运作模式均属于IDM模式。考虑到国内CIS厂商体量偏小,建议国内厂商设计团队与晶圆厂之间加强沟通协调,促进深度合作,可通过建立虚拟IDM的方式,加强产业链协作水平、推进产业链协同共赢。

三是紧抓全球市场机遇和我国市场优势,寻求产品的差异化应用场景。随着未来汽车不断地采用ADAS和AD的解决方案,汽车电子领域已成为CIS增长速度最快的细分市场。此外,CIS在安防、医疗等场景不断渗透。我国厂商应紧抓市场机遇,利用好我国巨大的市场优势拓展其在汽车电子等领域的应用以及深耕无人机、智能机器人、AR/VR等细分领域,不断丰富产品种类,寻求产品的差异化应用场景。


作者麻尧斌,供职于赛迪研究院集成电路研究所 


责任编辑:赵强
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