5年前，幾大手機品牌的旗艦產(chǎn)品還都是前后共兩個攝像頭，目前，華為、蘋果的旗艦機型已經(jīng)擁有4~5個攝像頭，而這種趨勢有愈演愈烈之勢，估計用不了幾年，總共有7~8個攝像頭的手機將布滿大街小巷。 

這種爆發(fā)式的增長，對于CIS（CMOS圖像傳感器）的需求大增，短時間內(nèi)，產(chǎn)能難以跟上應(yīng)用需求，使得CIS成為2019年最為炙手可熱的芯片品類。

與此同時，汽車和安防市場發(fā)展迅速，這兩個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ贑IS的需求量也非常可觀。

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測， 全球車載攝像頭出貨量將從2014年的2800萬個增加到2020年的8270萬個。如今，多數(shù)國家都在制定相應(yīng)法規(guī)，強制新車使用一些特殊的ADAS技術(shù)，而車載攝像頭在汽車智能化中應(yīng)用廣泛，高端汽車的各種輔助設(shè)備配備的攝像頭可多達8個。Mcnex公司預(yù)測，未來，汽車上的攝像頭將可能達到12個。而隨著無人駕駛技術(shù)的發(fā)展， L3以上智能駕駛車型對攝像頭的需求將進一步增加。

至于安防，據(jù)芯謀研究預(yù)測， 2017年全球安防領(lǐng)域CIS出貨量達到1.84億個，預(yù)計2022年將達到3.05億個，年復(fù)合增長率將達到11.95%。IC Insight的數(shù)據(jù)顯示，2018年安防領(lǐng)域CIS市場規(guī)模為8.2億美元，預(yù)計2023年將上升至20億美元，年復(fù)合增長率達19.5%。

在這樣的需求背景下，今年，隨著上游晶圓的產(chǎn)能愈發(fā)緊張，CIS芯片的供貨缺口也進一步加大。5M及以下的CIS出現(xiàn)了兩次大規(guī)模漲價，而漲價的廠商大都分布在我國大陸地區(qū)，其中，格科微的缺貨情況尤為明顯，為緩解壓力，格科微不得不在短期內(nèi)兩次上調(diào)產(chǎn)品價格，整體漲幅至今已接近40%。此外，思比科、比亞迪等多家CIS芯片廠商同樣有調(diào)價操作。

產(chǎn)能吃緊

目前，在全球三大CIS廠商中，索尼和三星是IDM、它們的產(chǎn)品主要由自家工廠生產(chǎn)，而北京豪威（OmniVision）是Fabless，其CIS主要交給晶圓代工廠生產(chǎn)，臺積電很大一部分CIS產(chǎn)能都是用來接單豪威的，另外，華力微電子和中芯國際也有豪威的訂單。 

除了這三家之外，SK海力士、安森美和意法半導(dǎo)體市占率緊隨其后，這三家都是IDM。

工藝方面，高像素的CIS芯片主流制程為55nm（12英寸晶圓），而低像素芯片通常在8英寸晶圓上進行制造。Yole的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球CIS產(chǎn)能折合12英寸晶圓為242.2萬片，月產(chǎn)能約為20萬片，其中，索尼產(chǎn)能占比38%，全部為自用；三星產(chǎn)能占比20%，包含自用與代工；臺積電、中芯國際與華力微電子產(chǎn)能合計占比29%，全部為代工。中芯國際、華力微電子的CIS晶圓產(chǎn)能規(guī)模分別位列全球第四、第五。這五家的產(chǎn)能合計占比達87%。

索尼的轉(zhuǎn)單效應(yīng)

作為全球CIS的霸主，在今年如此火爆的行情下，索尼自家的產(chǎn)能已經(jīng)應(yīng)接不暇，一個月之前，該公司決定將旗下高端CIS交由臺積電代工，這是索尼首度外放高端芯片訂單。據(jù)悉，為了這筆大單，臺積電已經(jīng)訂購了設(shè)備，并做好相關(guān)生產(chǎn)驗證作業(yè)。據(jù)悉，雙方預(yù)定于2020年一月正式簽約。

此次，索尼放出的CIS訂單，將在臺積電南科14a廠導(dǎo)入40nm制程生產(chǎn)，臺積電購置的新設(shè)備將于明年第2季度裝機，8月試產(chǎn)，初期月產(chǎn)能2萬片，并于2021年第1季度量產(chǎn)，后續(xù)很可能會擴大產(chǎn)能，索尼更高端的CIS芯片有望導(dǎo)入臺積電的28nm制程。

除了交由臺積電代工之外，索尼也在日本國內(nèi)積極擴產(chǎn)，據(jù)悉，該公司計劃在未來3年內(nèi)投資7000億日元，用于擴建新廠房。

在這樣的市場需求下，已并購富士通半導(dǎo)體12英寸晶圓廠的聯(lián)電，也占據(jù)著地利，可直接打進索尼供應(yīng)鏈。

此外，傳聞力晶旗下的力積電也拿下了豪威的大單，包下每月破萬片晶圓產(chǎn)能。

三星奮起直追

2018年12月，三星電子設(shè)備解決方案部門通過重組，在系統(tǒng)LSI部門下建立了一個“傳感器業(yè)務(wù)團隊”，負責(zé)LSI事業(yè)部內(nèi)的CIS產(chǎn)品規(guī)劃和銷售，工藝研發(fā)由設(shè)備解決方案部門的代工部門完成。

早些年，三星的CIS在市場上不具備與索尼直接競爭的實力，但自從2013年推出ISOCELL技術(shù)之后，開始奮起直追。三星CIS芯片在2017年的市場占有率已經(jīng)達到25.4%，和索尼當(dāng)時28.3%的市占率差距已經(jīng)很小。但從銷售額看，索尼CIS的全球市占率高達52.2%，遙遙領(lǐng)先于三星的19.1%。因此，三星的CIS想要追上索尼，還需要不斷努力。

近幾年，三星一直在CIS技術(shù)上尋求突破，并于2018年6月推出了ISOCELL Plus技術(shù)。在推出新技術(shù)的同時，三星也在提升CIS生產(chǎn)能力，2017年，三星就開始擴充12英寸CIS產(chǎn)能，并于2017年開始改造12英寸DRAM產(chǎn)線FAB 11，用于生產(chǎn)CIS，2018年底完成改造；同時對FAB 13進行改造，據(jù)悉，F(xiàn)AB 11和FAB 13的原有產(chǎn)能為每月7萬片，原計劃于2019年底全部轉(zhuǎn)為CIS產(chǎn)能。

三星原本擁有1條CIS芯片專用產(chǎn)線，名稱為S4-Line，該公司現(xiàn)有CIS產(chǎn)能約為4.5萬片/月，隨著FAB 11和FAB 13線轉(zhuǎn)為CIS專用線，三星的產(chǎn)能將擴充到12萬片/月，目標(biāo)是超過索尼每月10萬片的產(chǎn)能。

三星啟動轉(zhuǎn)線計劃充分說明CIS芯片市場的火爆程度，且在未來幾年仍將持續(xù)下去。此外，轉(zhuǎn)線計劃是在2018年底開始的，當(dāng)時DRAM已經(jīng)進入降價周期，通過將DRAM產(chǎn)線轉(zhuǎn)為CIS芯片專用線，三星還能夠規(guī)避存儲降價帶來的不利影響。

中國大陸CIS代工參戰(zhàn)

在中國大陸，中芯國際和華力微電子也是重要的CIS晶圓代工力量。

華力微電子方面，65/55nm是該公司最成熟的技術(shù)平臺，華力微電子的55nm技術(shù)平臺CIS芯片在應(yīng)用、像素、架構(gòu)、工藝等方面均做了全面布局，目前只有UTS貼片部分還在計劃中，其他都已可量產(chǎn)或在研發(fā)中。

據(jù)悉，華力微電子在進行小線寬超深結(jié)設(shè)計技術(shù)、小像素設(shè)計、全像素相位檢測自動對焦，以及3D垂直柵像素電路設(shè)計等技術(shù)開發(fā)工作，目前，華力微電子的CIS白色像素可小于100DPPM，1.0微米小像素設(shè)計可做到8000以上的電容，噪聲和暗電流也有大幅改善。

產(chǎn)能方面，華力微電子一期（華虹五廠）現(xiàn)月產(chǎn)能3.5萬片，其中55nm的CIS、LP/ULP產(chǎn)能占比較大，目前，CIS月產(chǎn)能約為1.5萬片，預(yù)計2020年可達2萬片，此外，于10月建成投產(chǎn)的康橋基地二期生產(chǎn)線（華虹六廠）首批月產(chǎn)能也可達1萬片，未來將達到4萬片，屆時華力微電子整體產(chǎn)能將達到8萬片。這為其CIS芯片代工業(yè)務(wù)的拓展提供了堅實的基礎(chǔ)和保證。

未來產(chǎn)能 

IHS Markit的報告顯示，2018年，索尼、三星和豪威的CIS芯片供應(yīng)能力分別為10.0、5.0、 和3.9萬片/月。預(yù)計到2020年，這三家廠商的單年產(chǎn)能擴張速度為1萬片/月，整體年產(chǎn)能擴張速度約16%，其中，2020年三星產(chǎn)能將增長1.5萬片/月，增幅略高于行業(yè)水平，這主要是因為該公司將部分DRAM產(chǎn)品線轉(zhuǎn)產(chǎn)CIS芯片。 

圖：CIS產(chǎn)能供給情況（來源：長城證券）

硅片供給吃緊 

全球CIS芯片供不應(yīng)求的另外一個因素，就是硅片，特別是8英寸晶圓供應(yīng)不足。 

CIS芯片的產(chǎn)能受8英寸晶圓制造產(chǎn)能制約而難以迅速跟隨擴產(chǎn)。因此，無論是新建自身晶圓制造產(chǎn)線（索尼），或由其他產(chǎn)品線轉(zhuǎn)為CIS產(chǎn)線（三星），還是向代工廠追加產(chǎn)能（豪威），都難以在短時間內(nèi)完成。

那么，8英寸晶圓供應(yīng)量為何一直難以滿足市場需求呢？主要有以下幾方面的原因。

首先，自然是包括CIS在內(nèi)的多種芯片緊俏，市場需求旺盛，而這些芯片大都采用8英寸晶圓生產(chǎn)，而全球的8英寸晶圓產(chǎn)量在短時間內(nèi)又很難大幅提升，從而導(dǎo)致供需緊張。

其次，設(shè)備供給不足也是一個重要因素。由于多數(shù)8英寸晶圓代工建廠時間較早，運行時間大多長達10年以上，部分設(shè)備太老舊或者難以修復(fù)，同時，由于當(dāng)前12英寸晶圓代工廠資本支出規(guī)模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產(chǎn)線，使得相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商缺乏研發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的積極性。

目前，8英寸晶圓代工產(chǎn)線設(shè)備主要來自二手市場，多來自從8英寸向12英寸升級的內(nèi)存廠商，如三星和海力士，而舊設(shè)備市場資源有限，已經(jīng)呈現(xiàn)出逐漸枯竭的態(tài)勢，其中，蝕刻機、光刻機、測量設(shè)備最為搶手。

當(dāng)然，除了以上提到的，還有其它一些原因，共同導(dǎo)致了市場8英寸晶圓供應(yīng)量的緊張。這些都間接影響著CIS芯片的產(chǎn)能。

ToF更加瘋狂 

目前，3D感測在智能手機中的應(yīng)用越來越被重視，也是一大發(fā)展趨勢，不只是旗艦機型，也在向中低端手機滲透。目前，主要有三種技術(shù)可以實現(xiàn)3D感測，分別為雙目立體成像、結(jié)構(gòu)光和ToF，目前已經(jīng)比較成熟的方案是結(jié)構(gòu)光和ToF。其中，ToF憑借性價比高的優(yōu)勢，是今后幾年手機上的重要應(yīng)用技術(shù)。 

特別是隨著AR/VR的發(fā)展，ToF有望成為智能手機攝像頭的下一個風(fēng)口。

2019年，3D感測手機大多集中在旗艦機型，結(jié)構(gòu)光以蘋果為代表，自iPhoneX后的機型都已經(jīng)搭載結(jié)構(gòu)光功能，而華為搭載ToF的機型數(shù)量最多。Yole的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，全球3D成像和傳感器的市場規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38％，2017年市場規(guī)模18.3億美元，2022年將超過90億美元。其中，消費電子是增速最快的應(yīng)用市場，2016–2022年的CAGR高達160％。

ToF的3D感知為主動感知，相應(yīng)的3D攝像頭含有紅外傳感器、紅外光源、光學(xué)組件、光學(xué)鏡頭，以及CMOS圖像傳感器。

因此，未來的手機上除了還會繼續(xù)增加攝像頭之外，還需要有ToF，這就又多了一個CIS的需求源。使得未來的CIS市場被無限看好。

結(jié)語 

正是因為如此，索尼公司董事兼半導(dǎo)體子公司社長清水照士于本周表示，即使索尼已作出大筆投資擴產(chǎn)，但估計等到該公司日本長崎新工廠于 2021 年 4 月開始投產(chǎn)時，CIS芯片市場仍是供不應(yīng)求，不會有供給過剩的疑慮。

清水照士還提到，在以5G手機為主的市場需求上，CIS的產(chǎn)能無法跟上需求速度，索尼是一邊向客戶道歉一邊進行生產(chǎn)。與去年情況相同，就算在日本的過年期間也會24小時進行趕工。

來源：2019-12-26  半導(dǎo)體行業(yè)觀察

文章關(guān)鍵詞： CIS

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