結論
CMOS影像感測器具備省電、體積小、系統設計易整合的優點,目前在PC Camera、TV Camera、Toy DSC的產品領域,幾乎已經完全取代CCD影像感測器。未來在輕薄短小的可攜式產品(如手機加相機)、以價格差異化的低成本應用產品、或多樣少量的利基型創新產品,CMOS影像感測器極具發展機會。
手機加相機的應用需求將會成為CMOS影像感測器未來成長的主要動力,預估CMOS影像感測器2002年市場規模約為3.1億美元, 2004年市場規模可成長一倍以上達7.4億美元。目前全球主要廠商為Agilent、Hynix、OmniVision、ST Micro、Sharp,台灣業者有宜霖、泰視、銳相、原相;由於台灣半導體製造及PC產業完整,加上DSC發展日漸成熟,將有利於台灣CMOS影像感測器業者未來的發展。
CCD v.s. CMOS影像感測器
CCD(Change Coupled Device,光電荷耦合元件)及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,亙補金屬氧化半導體)兩種影像感測器,CCD由於發展時間早,自1969年貝爾實驗室成功開發出來後,即由日系SONY、Panasonic、Sharp等廠商開始研發量產;CCD的量產至今已有二十餘年的歷史,製程極為成熟,良率穩定性高。
CMOS影像感測器的製程與一般邏輯產品的製程相比,CMOS影像感測器僅最後6∼7道的光罩設計與邏輯產品不同,整體製程約有七成是與邏輯產品相似的,因此,利用一般的CMOS生產線即可從事CMOS影像感測器的生產。與一般邏輯產品相比,由於CMOS影像感測器的生產,仍有漏電流控制、封裝載板、測試標準等問題需要克服,因此目前CMOS影像感測器的良率仍然極不穩定,目前良率仍有很大的改善空間。CCD的生產線必須獨立建置,生產線無法轉作其它用途,因此CCD生產線的建置機會成本極高;對於CCD的生產廠商而言,CCD的擴產必須經過極為謹慎且小心的評估,生產成本相對提高。
CMOS影像感測器的發展伴隨半導體產業的精進,短短不過十年的光景,雖然在影像品質及感光度上仍然無法與CCD媲美,但是以其省電、體積小的優勢,在著重成本、畫質要求較低的產品應用市場,如PC Camera、TV Camera、Toy DSC等領域,CCD已經陸續被CMOS所取代。
表一、CCD與CMOS影像感測器的比較
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CMOS |
CCD |
耗電量 |
低 |
高 |
單晶片整合 |
易 |
難 |
生產成本 |
低 |
高 |
製程良率 |
仍有很大的改善空間 |
成熟 |
影像品質 |
佳/可接受 |
優 |
感光度 |
佳/可接受 |
優 |
資料來源:IC Media
CMOS影像感測器市場分析
2000年CMOS與CCD影像感測器的戰場,還是以CIF及XGA應用的Camera市場為爭奪重點,隨著CMOS影像感測器在影像品質上的突破,目前在低階數位相機市場,CCD的占有率已經逐漸被CMOS影像感測器侵蝕。CMOS影像感測器狹低耗電、系統整合彈性高、體積小等優勢,目前在PC Camera、TV Camera、Toy DSC、Dual Model等重成本、畫質要求較低的產品應用市場,幾乎已經完全取代CCD,但因歷經殺價競爭後,目前幾乎已無利潤可言。
由於CCD在影像品質及感光度上仍優於CMOS影像感測器,對於要求高畫質及高感光的百萬畫素以上DSC、Camcorder、及Security Camcorder產品,CMOS影像感測器在良率、品質、及成本上尚待突破,目前仍是CCD的天下。就產品的需求特性來分析,由於CCD在影像品質上仍然具有相對優勢,對於CMOS影像感測器廠商而言,不與CCD在高階畫質產品正面交鋒,而在講究價格低廉、攜帶方便、或附加功能多樣性的產品上多所著墨,如手機用數位相機、汽車用影像顯示器、智慧型亙動玩具、具警示功能的防盜系統等,較具發展機會。
表二、各類產品需求特性分析
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PC Camera |
Toy DSC |
Dual DSC |
Cellular |
PDA |
Camcorder |
High End DSC |
省電 |
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重要 |
重要 |
很重要 |
很重要 |
重要 |
重要 |
體積小 |
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很重要 |
很重要 |
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影像品質好 |
重要 |
重要 |
重要 |
重要 |
重要 |
很重要 |
很重要 |
感光度佳 |
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重要 |
重要 |
很重要 |
很重要 |
價格價宜 |
很重要 |
很重要 |
很重要 |
重要 |
重要 |
重要 |
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資料來源:寶來證券整理
圖一、CMOS影像感測器需求量預估
資料來源:In-Stat Group,TSR,2002,寶來證券整理
CMOS影像感測器最受注目的應用是在DSC百萬畫素以上的發展;2002年7月15日OmniVision推出210萬畫素CMOS影像感測器OV2610,這是目前市場上第1顆正式宣佈已量產的二百萬畫素以上CMOS影像感測器。之前,在DSC應用領域,多以VGA等級為主,最高僅至130萬畫素。130萬畫素CMOS影像感測器量產迄今已超過半年,但是在130萬畫素的新機種仍有三成左右是以CCD作為影像感測器,且全球前五大品牌-SONY、Olympus、Fujifilm、Canon、HP採用CMOS影像感測器的機種比例極低,顯示在DSC領域,影像品質仍然是最重要的關鍵所在,預估CMOS影像感測器雖能以價格優勢在低階市場取得一席之地,但是高階DSC市場仍然是由CCD所獨占。
近來興起的手機加數位相機市場,在日本地區2001年即有600萬台的銷售量,2002上半年銷售量快速飆升至1,700萬台,預估光是在日本地區2002全年即可有2,300萬台的銷售量。日本市場主要的電信服務業者為NTT DoCoMo、KDDI、J-Phone,J-Phone在2001年下半推出一款手機配備DSC,該款手機的推出即使J-Phone的市占率由原先的第3躍升為第2,目前日本的手機業者在新產品的推出上,DSC已經成為標準配備,CMOS以其低耗電、體積小的優點,在要求輕、薄、短、小的全球手機市場仍有很大的發展空間。目前全球手機大廠,Nokia、Motorola、Sony Ericsson均已推出手機加數位相機的機種,以目前全球手機每年4億支的規模來看,一旦手機加數位相機的趨勢在全球推展開來,來自手機應用的需求將會大幅成長;手機加數位相機的應用是未來CMOS影像感測器最具發展潛力的領域。
在其它領域的應用部分,光學滑鼠的應用一直扮演重要角色,隨著滾輪滑鼠漸被取代,敏感度佳的光學滑鼠需求量日漸提昇,對於CMOS影像感測器的需求呈現穩定成長;CMOS影像感測器在PC Camera的應用,則隨PC Camera逐漸成為每台PC標準配備而穩定增加,在玩具、醫療檢測、及汽車的應用日趨多元化的帶動下,其對CMOS影像感測器的需求亦將穩定成長。根據In-Stat的預估,CMOS影像感測器2002年市場規模約為3.1億美元,需求顆數約在4,200萬顆,預估2004年市場規模可成長一倍以上達7.4億美元,需求顆粒數為1.5億顆。
圖二、影像感測器市場規模預估
資料來源:In-Stat Group,2002,寶來證券整理
全球CMOS影像感測器廠商
目前全球最大的CMOS影像感測器廠商是自HP獨立出來的Agilent;Agilent由於在光學滑鼠領域擁有多項IP保護,其它廠商難以競爭,形成Agilent獨佔光學滑鼠市場的局面,同時因為光學滑鼠是CMOS影像感測器目前最主要的應用範圍,因此Agilent在CMOS影像感測器的全球市占率2001年達到28%,為全球最大的CMOS影像感測器廠商。其它CMOS影像感測器廠商包括以中低階數位相機為主要產品的ST Micro,及擅長PC Camera 影像感測器的美商OmniVision;此外,以低價搶占市場而占有一席之地的Hynix在2001年市占率快速提昇,2001年市占率達22%,一舉躍居全球第2大CMOS影像感測器供應商;Photobit在2001年被Micron購併後,Micron 2001年的市占率為7%。
分析全球主要的CMOS影像感測器廠商,其中僅OmniVision為Design House,其它均為具備生產能力的IDM業者;OmniVision近來已在上海設有後段封裝測試廠,顯示製程的支援對於CMOS影像感測器廠商的重要性;CMOS影像感測器的生產與半導體製程息息相關,半導體大廠Micron、Hynix介入影像感測器領域,是否會改變未來CMOS影像感測器的發展,亦是接下來的觀察重點。
此外,CMOS影像感測器的設計逐步朝向單晶片發展,CMOS影像感測器與Back-end Controller的整合愈來愈密切,因此,對於CMOS影像感測器廠商而言,強大的晶片整合能力將是未來決勝的重要關鍵。
目前全球主要的CMOS影像感測器廠商,對於手機加數位相機的產品著墨並不深,原因在於目前手機加相機的主要消費市場是日本地區,而日本手機業者目前仍不接受其它地區CMOS影像感測器廠商的產品,導致目前手機加數位相機的CMOS影像感測器市場是由日商Sharp、Toshiba、Fujishi等獨占的局面。
圖三、CMOS影像感測器市占率
資料來源:TSR,2002,寶來證券整理
台灣CMOS影像感測器的發展
由於台灣晶圓代工實力獨步全球、半導體製造上、中、下游完整,台灣CMOS影像感測器廠商可將精力完全專注在產品設計上,相較於目前CMOS領導廠商均為IDM廠商,以本身即有的類比技術,以購併或授權的方式來發展,雙方各有優勢。
目前國內有四家生產CMOS影像感測器廠商,分別是宜霖、泰視、銳相、原相;以下針對目前國內的CMOS影像感測器廠商分別介紹。
一、宜霖科技(Elec Vision)
宜霖科技成立於1996年,為國內第一家量產CMOS 感測器的公司,亦是國內第一家生產百萬畫素的CMOS影像感測器的廠商。其擁有自行研發的專利ARAMIS為全幅式曝光(Frame mode),可從事隨機或重覆資料存取及非同步控制,增加設計彈性、降低生產成本。宜霖的CMOS影像感測器產品是交由台積電生產;其CMOS感測器的應用領域,除取代部份CCD在數位相機、視訊監視系統外,另外在其它方面的創新應用,如指紋辨識晶片、虛擬鍵盤等亦有著墨。
二、泰視科技(Taiwan Advanced Sensor Corporation)
泰視科技成立於1997年,主要研發團隊來自美國,量產的產品包含CIF、VGA等級的CMOS影像感測器,2001年開始量產百萬畫素 CIS,後端配合廠商為凌陽、旺宏及美商Divio、ARK,目前主要在台積電投片,製程技術以0.5微米為主。2000年第一季開始量產VGA產品,目前已陸續推出CIF、25萬畫素類比輸出(用於保全監視器)及130萬像素數位輸出的CMOS Sensor產品,可應用於玩具相機、監視器、汽車後視鏡相機及工業用相機。
三、銳相科技(IC Media)
銳相科技成立於1998年,技術來源為美商IC Media,擅於CMOS Sensor與影像處理晶片。其產品應用領域包括PC Camera、Dual Mode、數位相機及玩具相機等;百萬畫素的CMOS影像感測器已於2002年2月正式量產出貨,初期出貨量仍小。銳相百萬級CMOS 感測器是由聯電代工,採用0.35微米製程。
四、原相科技(PixArt Imagine)
原相科技成立於1998年,以CMOS感測器為核心技術,已量產CIF、VGA的CMOS感測器,主要應用於PC Camera、玩具、保全系統等方面,百畫素CMOS影像感測器則還在試產階段。原相的研發團隊成員大部分出身於交大,代工夥伴為聯電,目前以0.35微米製程量產;市場主要集中於台灣、香港、美國地區。
表三、國內CMOS影像感測器廠商簡介
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宜霖 |
泰視 |
銳相 |
原相 |
成立時間 |
1996 |
1997 |
1998 |
1998 |
技術來源 |
美、法 |
美 |
美商IC Media |
國內 |
晶圓代工 |
台積電 |
台積電 |
聯電 |
聯電 |
Back End IC設計配合廠商 |
N/A |
旺宏、凌陽、Divio、ARK |
N/A |
N/A |
產品種類 |
VGA、CIF、QCIF、百萬畫素 |
CIF、VGA |
CIF、VGA |
CIF、VGA |
市場 |
N/A |
台灣、香港、日本 |
台灣、大陸 |
台灣、香港、美國 |
資料來源:工研院經資中心
•相關產業:
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