隨著全面屏的發(fā)展，手機(jī)對于前置攝像頭模組的要求是盡可能做小、做薄。而決定攝像頭模組的尺寸的，主要是CMOS圖像傳感器和鏡頭的尺寸。近日，三星電子宣布推出當(dāng)下最小的CMOS圖像傳感器，專門針對全面屏形態(tài)的手機(jī)。

對于手機(jī) 、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視等智能設(shè)備，必不可少的就是圖像傳感器。這個(gè)市場已迎來高峰時(shí)期，CMOS圖像傳感器供應(yīng)商之間的競爭也正在升溫。

本篇將聚焦CMOS技術(shù)，說說有關(guān)CMOS圖像傳感器的那些事。

讓你更了解CMOS圖像傳感器

圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的電子設(shè)備。為滿足不同應(yīng)用的特殊目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，它提供了不同級別的靈敏度和質(zhì)量。

美國貝爾實(shí)臉室發(fā)現(xiàn)電荷通過半導(dǎo)體勢阱發(fā)生轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，提出了固態(tài)成像這一新概念和一維CCD(Charge-Coupled Device電荷耦合器件)模型器件。此后很長一段時(shí)間CCD主導(dǎo)著圖像傳感器市場。

但是隨著CCD應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其缺點(diǎn)逐漸暴露出來。CCD技術(shù)芯片技術(shù)工藝復(fù)雜，不能與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。這種芯片需要的電壓功耗也較大，因此CCD技術(shù)芯片價(jià)格昂貴且使用不便。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互補(bǔ)金屬氧化物場效應(yīng)管)圖像傳感器從90年代開始獲得業(yè)界重視并且得到大量人力、物力進(jìn)行研發(fā)，由于CMOS圖像傳感器具有性價(jià)比高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，逐步扭轉(zhuǎn)市場格局。

目前市場上幾乎已經(jīng)呈現(xiàn)CMOS技術(shù)獨(dú)霸的現(xiàn)象。

那么，CMOS技術(shù)是什么?與CCD技術(shù)又有何區(qū)別?

“模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉(zhuǎn)換。CCD的設(shè)計(jì)目的是將電荷逐個(gè)像素地移動(dòng)，直到它們到達(dá)專用讀出區(qū)域放大器。CCD是線性傳感器，其輸出與接收到的光子數(shù)量直接相關(guān)。

“數(shù)字”CMOS圖像傳感器(CIS)執(zhí)行光子到電壓的轉(zhuǎn)換，它直接在像素上進(jìn)行放大。更高級的CIS技術(shù)提供了一個(gè)并行讀出架構(gòu)，其中每個(gè)像素都可以單獨(dú)尋址，或者作為一個(gè)組并行地讀出。

CCD：光子——電子(左) CMOS：光子——電壓(右)

CMOS圖像傳感器有四個(gè)主要組件：

光電二極管(PD)

像素設(shè)計(jì)

彩色濾光片(CF)

微透鏡

光電二極管(PD)用于捕捉光，一般用于實(shí)現(xiàn)這一功能的是PIN二極管或PN結(jié)器件。最廣泛實(shí)現(xiàn)的像素設(shè)計(jì)被稱為“有源像素傳感器”(APS)。通常使用3—6個(gè)晶體管，它們可以從大型電容陣列中獲得或緩沖像素。彩色濾光片用于分離反射光的紅、綠、藍(lán)(RGB)成分。最后，微透鏡從CIS的非活性部分收集光，并將其聚焦到光電二極管。微透鏡通常具有球形表面和網(wǎng)狀透鏡。

綜上，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低等優(yōu)勢，且CMOS傳感器的制造成本遠(yuǎn)低于CCD傳感器，使其在圖像傳感器領(lǐng)域占有率達(dá)到90%。

同時(shí)，CMOS圖像傳感器的背照式和堆棧式技術(shù)也逐漸發(fā)展起來，使得CMOS圖像傳感器的應(yīng)用場景越來越廣。智能手機(jī)的雙攝像頭、三攝像頭、3D攝像頭已經(jīng)屢見不鮮，再加上汽車、無人機(jī)、VR以及AR技術(shù)等新興市場的推動(dòng)，CMOS圖像傳感器正迎來新一輪的產(chǎn)業(yè)成長高峰。

CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè) · 國外篇

CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)，從占據(jù)42%市場份額的全球龍頭企業(yè)索尼的運(yùn)營復(fù)蘇中獲益，以較高的增長速度發(fā)展，并已成為半導(dǎo)體行業(yè)中關(guān)鍵的組成部分。

其下游應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。據(jù)IC Insights預(yù)測，2020年在CMOS領(lǐng)域，手機(jī)市場占比將會(huì)降低到48%，自動(dòng)控制、安防、電腦等領(lǐng)域的占比將逐漸增大。

索尼

目前，索尼依然是CMOS感光元件市場的絕對領(lǐng)導(dǎo)者。

這得益于索尼傳感器極高的畫質(zhì)表現(xiàn)以及相對樸實(shí)的價(jià)格，縱觀CMOS圖像傳感器份額最大的手機(jī)市場，索尼幾乎壟斷了所有中高端手機(jī)品牌。

在iPhone 4S后，蘋果就一直是索尼CMOS的大客戶。此外，三星、華為、OPPO等品牌的機(jī)器也選用了索尼圖像傳感器。

2015年底，索尼以1.55億美元收購東芝的圖像傳感器業(yè)務(wù)。此次收購包含工廠、設(shè)備以及相關(guān)員工。收購后，東芝的圖像傳感器業(yè)務(wù)將全部整合于索尼半導(dǎo)體子公司下掌管運(yùn)營。

索尼在大中華區(qū)的授權(quán)分銷商有：深圳市科輝特電子、宏展數(shù)碼、廣州市碼尼電子科技、廣州市麥?zhǔn)⒛茉纯萍?、深圳市博的電子科技、深圳市賽特美安防電子等?不完全統(tǒng)計(jì)，歡迎補(bǔ)充)

三星

2014年，三星在遭遇智能手機(jī)銷量嚴(yán)重下滑之后，開始更關(guān)注電子元器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。

在多年的堅(jiān)持之后，三星傳感器無論在技術(shù)水平還是市場占有率上都"開花結(jié)果"。對老大索尼的市場也是虎視眈眈，2015年索尼CMOS缺貨，三星有了可乘之機(jī)，搶走不少中國客戶。

在1月，三星發(fā)布了當(dāng)下最小的CMOS圖像傳感器，專門針對全面屏形態(tài)的手機(jī)。三星稱，這顆5.1mm的傳感器可用于屏幕開孔或者劉海屏手機(jī)，可做前置，也可做中端手機(jī)的后置長焦拍攝元件。

對比之前1/3英寸、2000萬像素的CMOS，模塊高度降低了7%;對比1300萬像素、相同高度的CMOS，3T2的數(shù)碼變焦能力提升了60%。

按計(jì)劃，三星將于今年第一季度量產(chǎn)。未來三星的中端機(jī)和以魅族、小米為代表的國產(chǎn)手機(jī)有望將會(huì)采用。

三星電子在大中華區(qū)的授權(quán)分銷商有：深圳升邦電子、深圳市萬瑞爾、愛施得、昆山錦騰貿(mào)易有限公司、成都欣諾通訊科技、深圳市科輝特電子等。(不完全統(tǒng)計(jì)，歡迎補(bǔ)充)

豪威科技

OmniVision(簡稱OV)美國半導(dǎo)體公司，成立于1995年，專業(yè)開發(fā)高度集成CMOS影像技術(shù)。該公司精通微處理器、微控制器、特殊功能邏輯、具有豐富的模擬電路、數(shù)/模混和電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。其長期致力于為微電子影像應(yīng)用設(shè)計(jì)和提供基于CMOS影像芯片的解決方案。

該公司是最早也是最具規(guī)模的一家進(jìn)入CMOS傳感器應(yīng)用在拍照手機(jī)廠商。2003年拍照手機(jī)剛開始應(yīng)用時(shí)，CCD技術(shù)清一色的日本供應(yīng)商，CMOS技術(shù)則主要是歐美廠商。其中OV公司產(chǎn)品最具影響力。全球三分之一的手機(jī)攝像頭采用OV，在2011年之前，OV無疑是圖像傳感器市場的老大。

豪威科技這些年來進(jìn)行大量前瞻性的研發(fā)，比如在強(qiáng)光照射或者黑夜星光等極端光環(huán)境下的圖像顯示。

豪威在大中華區(qū)的授權(quán)分銷商有：普樺科技股份、深圳啟賽電子等。

安森美

“做現(xiàn)代圖像傳感器的創(chuàng)造者?！卑采腊雽?dǎo)體提出的這一口號并不是信口開河。為達(dá)到今天的地位，安森美先后完成了三次并購。

2011年2月，安森美半導(dǎo)體以3140萬美元完成收購賽普拉斯CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部。

2014年4月 安森美半導(dǎo)體以9500萬美元現(xiàn)金收購圖像傳感器設(shè)備制造商TRUESENSE Imaging。

2014年8月，安森美半導(dǎo)體簽署以4億美元收購汽車及工業(yè)市場領(lǐng)先的高性能CMOS圖像傳感器供應(yīng)商Aptina Imaging。

收購Aptina大幅擴(kuò)充了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器業(yè)務(wù)，建成公司在汽車及工業(yè)半導(dǎo)體市場快速增長的圖像傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

安森美在成像領(lǐng)域擁有四十余年的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也提供著業(yè)界最多的產(chǎn)品組合，同時(shí)也在積極開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)及客戶方案等方面，尤其是針對中國市場還提供了大量的本地化工作。

除了CMOS攝像頭之外，安森美也一直在CCD市場進(jìn)行革新。安森美認(rèn)為：“在大部分高清工業(yè)應(yīng)用中，CCD仍然是最合適的方案。同時(shí)擁有CCD和CMOS兩大產(chǎn)品線，也是安森美與行業(yè)競爭者的不同之處?！?/p>

佳能

佳能的CMOS傳感器其實(shí)一直備受爭議，其更新的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上索尼。

看到相機(jī)市場在近年持續(xù)萎縮，佳能正尋求更多相機(jī)以外的出路，希望讓其感光元件技術(shù)，擴(kuò)展至其他市場，包括無人駕駛汽車、機(jī)械人、工業(yè)機(jī)器等等。

早在2014年，索尼便研發(fā)出了曲面CMOS傳感器，在相機(jī)采用該傳感器后，光線經(jīng)折射后到曲面各點(diǎn)距離相同，鏡頭就不需要使用額外的鏡片來修正像場和光線入射角，鏡頭體積可更加?jì)尚　?/p>

CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè) ·國內(nèi)篇

近年來，中國CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)積極布局突破，成立了多家CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)公司和IDM企業(yè)，加上各種創(chuàng)新應(yīng)用的落地，中國CMOS圖像傳感器生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)變得越來越強(qiáng)大。

銳芯微電子

銳芯微電子有限公司是一家研發(fā)、銷售圖像傳感器芯片的高科技公司，成立于2008年，致力于研發(fā)多項(xiàng)像素設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及圖像與處理技術(shù)的應(yīng)用，主要產(chǎn)品包括系列面陣以及線陣CMOS圖像傳感器。

銳芯發(fā)明的MCCD技術(shù)，是圖像傳感器技術(shù)的重大創(chuàng)新，它綜合了CCD和CMOS的優(yōu)點(diǎn)，成倍地提高了感光靈敏度。

銳芯微提供的產(chǎn)品具有極高的性價(jià)比，應(yīng)用領(lǐng)域包括視頻監(jiān)控、人機(jī)交互、工業(yè)監(jiān)控以及其他專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品包括系列面陣以及線陣CMOS圖像傳感器，并提供定制CMOS圖像傳感器及多種IC定制設(shè)計(jì)服務(wù)。

思特威

思特威SmartSens以安防應(yīng)用作為市場切入點(diǎn)，以更高感度、更高信噪比、更高靈敏度、更優(yōu)異低光照性能作為核心需求，在人工智能(AI)，智能感知和機(jī)器視覺等領(lǐng)域進(jìn)行了布局。

思特威SmartSens首創(chuàng)將背照式(BSI)技術(shù)應(yīng)用于全局快門CMOS圖像傳感器, 清晰捕捉高速運(yùn)動(dòng)物體的同時(shí)提供更勝一籌的高靈敏度體驗(yàn)。

格科微電子

格科微電子有限公司創(chuàng)立于2003年，是中國領(lǐng)先的無晶圓廠圖像傳感器設(shè)計(jì)公司，已經(jīng)將目標(biāo)瞄準(zhǔn)到全球移動(dòng)設(shè)備及消費(fèi)電子市場。

其設(shè)計(jì)、開發(fā)及銷售具成本優(yōu)勢的高質(zhì)量CMOS圖像傳感器裝置，該裝置可采集光學(xué)圖像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像輸出信號。其圖像傳感器主要用于功能手機(jī)、智能手機(jī)及平板計(jì)算機(jī)等移動(dòng)裝置。格科微電子也設(shè)計(jì)、開發(fā)及銷售LCD驅(qū)動(dòng)芯片，該裝置可驅(qū)動(dòng)LCD面板將圖像數(shù)據(jù)顯示于屏幕上。

格科微電子的CMOS圖像傳感器具有成本低、質(zhì)量高等特點(diǎn)，其圖像傳感器主要用于功能手機(jī)、智能手機(jī)及平板計(jì)算機(jī)等移動(dòng)裝置。

思比科微電子

一家由留學(xué)歸國人員2004年在中關(guān)村科技園創(chuàng)辦的高新技術(shù)企業(yè)——思比科微電子技術(shù)股份有限公司，專門從事CMOS圖像傳感器和圖像處理芯片的研發(fā)和銷售。

其核心技術(shù)為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“超級像素信號處理技術(shù)(SuperPix)”和"超級圖像處理技術(shù)(Superlmage)"。研制成功的1200萬像素高性能圖像傳感器芯片是中國首款突破千萬級像素大關(guān)的國產(chǎn)芯片，代表了中國在該領(lǐng)域的最高水平。

比亞迪微電子

深圳比亞迪微電子有限公司是比亞迪集團(tuán)旗下的獨(dú)立子公司，自2003年開始致力于集成電路及功率器件的開發(fā)，并提供產(chǎn)品應(yīng)用的整套解決方案。

在CMOS圖像傳感器方面，比亞迪消費(fèi)類CMOS圖像傳感器每月出貨量高達(dá)20KK，擁有114項(xiàng)國內(nèi)外發(fā)明與專利;而安防類CMOS圖像傳感器的月平均出貨量達(dá)到2KK/M，主要應(yīng)用于安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)、IPC、車載攝像機(jī)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中。

此外，在CMOS圖像傳感器代工廠方面，華力微電子(HLMC)受益于豪威科技和TPSCo的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移。SK海力士顯然陷入了“優(yōu)先發(fā)展DRAM，而非CMOS圖像傳感器”的難題。中芯國際處于轉(zhuǎn)型期，必須投資下一代技術(shù)來追趕領(lǐng)先者。

結(jié)語

目前，國內(nèi)的CMOS傳感器廠商與國外廠商還存在一定的差距，既需要雄厚的資金又要把規(guī)模做大。但一些國內(nèi)領(lǐng)先的CMOS傳感器廠商，依托自主核心技術(shù)，正逐步擴(kuò)大份額、向中高端市場滲透。