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影像傳感器:普及到生活的每一個角落
發表時間:2009-08-26  訪問次數: 2092 次          

影像傳感器:普及到生活的每一個角落

 

作者:曾聰(光電新聞網編輯)

 

    我要買帶攝像頭的手機,5年前當你聽到這句話的時候,也許你仰天長嘆:我遇上了老板的兒子。但是今天你聽到這句話的時候,可能你會投去不屑的目光:傻子!現在商店里哪部手機是沒有攝像頭的?這不是笑話,而是真實的存在,是影像傳感技術近十年迅猛發展的真實寫照。當你靜下心來環顧四周,你會發現功能多樣的手機、各式各樣的數碼相機、數碼攝像頭、監視系統、DV、可視電話等無處不在,的確,影響傳感器已經普及到了生活的每一個角落!

 

    技術進步推動影像傳感器迅速普及

      目前主流的影像傳感器(圖像傳感器)主要有CCD和CMOS兩種。是數碼相機、數碼攝像頭等產品的核心部件。CCD是電荷藕合器件圖像傳感器的簡稱,CMOS是互補性氧化金屬半導體的簡稱,它們都采用高感光度的半導體材料制成。能把光線轉變成電荷,然后轉為信號。兩者的生產工藝和所使用的設備和計算機芯片差不多,所以目前很多主流CMOS/CCD的廠商同時也是芯片制造商。


    隨著近幾年半導體制造工藝的成熟,CCD/CMOS產品成本逐漸降低,主要體現在制造工藝上從5.2微米逐步向45nm演進,使得單位面積的CCD/CMOS能夠承載更多的像素單位,目前市場上800萬像素的數碼相機已經很常見。在成本上跟電腦內存差不多,容量18個月翻一番,價格卻在持續下降。


    最近幾年數碼影像產品的價格已經跌倒普通消費者能夠接受的水平,向一般家庭普及。傳統相機由于技術的局限,已經無法取得突破性的進步,在成本和性能都被采用影像傳感器的新興影像設備所取代,目前傳統影像設備已經逐漸從市場上消失,僅在高端市場上堅守最后一塊陣地。


    目前影像傳感技術已經普及到國民經濟的各個部門,比如醫療影像、軍事偵查、衛星拍攝、氣象預報、安防產業、光學檢測、工業自動化控制、指紋檢查等。和現代電子計算機技術、軟件技術、光學技術的有機結合將促進影像傳感器的進一步普及,更多的新應用將呈現在人們的眼前。

 

    CMOS技術發展迅速 有可能成為未來主流

 

    當前CCD在成像質量上優于CMOS,所以在數碼相機、醫療影像、衛星拍攝等對分辨率要求較高的領域CCD是主流,而另一方面由于CMOS采用標準的半導體生產工藝,生產成本低,耗電少,普遍用在手機和電腦攝像頭。由于技術差異,CCD較多得用于靜態影像,如拍照;CMOS則擅長于動態影像,如視頻監控;另外CMOS還可以把一些周邊電路集成到芯片中,在便攜式設備中大量使用。

 


 
表一

 

    對比兩種技術的未來發展趨勢,筆者認為未來CMOS將是主流。我們可以從以下幾個方面來進行思考:


    一、CMOS影像傳感器技術演進速度遠遠快于CCD技術。CCD技術的像素從5.2微米演進至1.7微米耗時12年之久,而CMOS技術完成這一變化則只用了3年時間。


    二、從市場的擴張速度來看,CMOS也高于CCD,2006年預計圖像傳感器市場交貨總額為7.12億美元,總體市場份額中CCD出貨量從40%減少到30%左右。


    三、CMOS已經在成像的通透性、對實物的色彩還原能力等方面迎頭趕上,總體性能的超越似乎只是時間問題。


    四、目前CMOS已經主導手機拍照市場。CCD在過去三十年已經是成熟的技術,由于其技術的獨特性,改進困難,在成本上已經很難與CMOS競爭,由于其必須采用高于10伏的電壓,功率較高,很難集成到一些便捷式產品中。


    五、CCD技術主要掌握在日本人的手中,阻礙了技術的傳播,而幾乎一般的半導體制造商都可以制造CMOS,所以成本下降很快,也有利于技術進步。

 

     因此,CMOS取代CCD是市場的發展趨勢,06年的時候,美光影像集團新市場開發總監Paul Gallagher更是斷言,CMOS技術將最終取代CCD技術,在未來4~5年內,CCD市場將不斷下滑,預計在10年后CCD市場份額將僅剩10%左右。

 

    全球市場競爭格局和近幾年發展趨勢

 

     目前CCD市場的主要廠商為索尼、夏普、松下等日本廠商,后來進入圖像傳感器領域的廠商基本上都采用CMOS技術,因為它采用標準的半導體工藝,技術門檻相對校低,并且技術進步快,被大多數公司看好。索尼牢牢占據著CCD第一大供應商的位置。


    跟CCD濃重的日本色彩不同,CMOS廠商則散布于美歐日等發達國家,以2007年為例,CMOS供應商按產值的排名如下:美國OmniVision、美國美光半導體、歐洲意法半導體、日本東芝、日本索尼。根據表二所示,去年OmniVision以7.25億美元的銷售收入躍居第一位,增長了34%。美光、意法半導體、東芝均出現了不同程度的下滑。索尼在積極補課CMOS,索尼的熊本新廠于07年開始完工并量產,把索尼拉進了CMOS前五。

 


 
表二

 

     2006年9月日本的調查公司TechnoSystemResearch統計指出,2005年CMOS傳感器的全球市場規模達4億3440萬個,為2004年的2.2倍;金額則為13億2300萬美元(約1480億日圓),為2004年的1.7倍。其市場規模在數量上已超越CCD。根據市場調研公司In-Stat 07年提供的數據,雖然數碼相機增長強勁,但手機仍是圖像傳感器的主要市場,占總出貨量的75%以上。據市場調研公司IC Insights數據,2006年可拍照手機的出貨量將從2005年的3.65億部增長到4.75億部,而且可拍照手機在總體手機市場中所占的比例也在不斷上升。據IC Insights的報告,2006年可拍照手機占總體手機出貨量的比例將達54%左右,而2005年是45%。


      自2002至2007年全球圖像傳感器市場大約以35%的速度在發展,主要得益于拍照手機的全面普及,還有數碼相機需求的飆漲。于是乎,在這種形勢下,各大廠商紛紛增加產量,而2007年卻迎來了市場的寒冬。2007年,CCD和CMOS圖像傳感器合并銷售下降7%,主要由于上半年攝像手機庫存清理,市場需求增長放緩,以及工業和辦公設備應用中的銷售疲軟,比如制造系統中圖像機器、復印機和掃描儀等。CMOS銷售下滑12%,CCD增長為零。


      ICInsights公司今年四月份發布的分析報告指出,2008年圖像傳感器市場將出現反彈。預計2008年圖像傳感器市場規模將達76億美元,比2007年增長10%。ICInsights分析員RobLineback表示,預計2008年CMOS圖像傳感器銷售將上升19%,達到44億美元;同時,預計2008年CCD市場下降1%,為32億美元。不過該報告在撰寫的時候可能沒考慮到下半年歐美會出現嚴重金融?;?,全球需求萎縮的情況,實際情況要等明年的分析報告。根據信產部提供的數據今年整體手機銷量嚴重下滑,多家國產手機廠商生存艱難,國外品牌也被迫降價,深圳山寨機庫存嚴重,一系列消息,都讓人對今年的CMOS市場感到擔憂。


    國內現狀與思考

 

      中國在圖像傳感器領域目前還處于起步階段,仍有很長的路要走,由于圖像傳感器屬于半導體產業的一部分,因此,影像傳感器的發展取決于國內芯片制造技術的進步。目前具有臺灣背景的中芯國際、和艦科技、臺積電等廠商在大陸的芯片廠已經頗具規模,歐美的因特爾、意法半導體也相繼在中國大連和深圳設廠。根據最新的消息今明兩年臺灣有可能開放12英寸晶圓及0.13微米制程甚至90納米制程技術到大陸投資,勢必會進一步促進中國芯片產業的發展。

 
      在技術選擇方面,無疑CMOS必選的方向,CCD技術一直掌握日本人手中,歐美發達國家廠商多年來都無法在該領域分一杯羹,我們應該吸取教訓,選對方向。2007年IBM向中芯國際授權45納米大批量CMOS技術,2008年10月中芯國際宣布成功開發0.11微米CMOS 圖像傳感器工藝技術,在此工藝下生產的器件,其分辨率、暗光噪聲和相對照度都將得到增強。無疑,中國本土廠商進軍影像傳感器產業的號角已經吹響!

 

 

 

 
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