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    影像传感器:普及到生活的每一个角落
    发表时间:2009-08-26  访问?#38382;? 1996 次          

    影像传感器:普及到生活的每一个角落

     

    作者:曾聪(光电新闻网编辑)

     

        我要买带摄像头的手机,5年前当你听到这句话的时候,也许你仰天长叹:我遇上了老板的儿子。但是今天你听到这句话的时候,可能你会投去不屑的目光:傻子!现在商店里哪部手机是没有摄像头的?这不是笑话,而是真实的存在,是影像传感技术近十年迅猛发展的真实写照。当你静下心来环顾四周,你会发现功能多样的手机、各式各样的数码相机、数码摄像头、监视系统、DV、可视电话等无处不在,的确,影响传感器已经普及到了生活的每一个角落!

     

        技术进步推动影像传感器迅速普及

          目前主流的影像传感器(图像传感器)主要有CCD和CMOS两种。是数码相机、数码摄像头等产品的核心部件。CCD是电荷藕合器件图像传感器的简称,CMOS是互补性氧化金属半导体的简称,它们都采用高感光度的半导体材料制成。能把光线转变成电荷,然后转为?#34261;擰?#20004;者的生产工艺和所使用的设备?#22270;?#31639;机芯片差不多,所以目前很多主流CMOS/CCD的厂商同时也是芯片制造商。


        随着近几年半导体制造工艺的成熟,CCD/CMOS产品成本逐渐降低,主要体现在制造工艺上从5.2微米逐步向45nm演进,使得单位面积的CCD/CMOS能够?#24615;?#26356;多?#21335;?#32032;单位,目前市场上800万像素的数码相机已经很常见。在成本上跟电脑内存差不多,容量18个月翻一番,价格却在?#20013;?#19979;降。


        最近几年数码影像产品的价格已经跌倒普通消费者能够接受的水平,向一般家庭普及。传统相机由于技术的局限,已经无法取?#29467;?#30772;性的进步,在成本和性能都被采用影像传感器的新兴影像设备所取代,目前传统影像设备已经逐渐从市场上消失,仅在高端市场上坚守最后一块阵地。


        目前影像传感技术已经普及到国民经济的各个部门,比如医疗影像、军事侦查、卫星拍摄、气象预报、安防产业、光学检测、工业自动化控制、指纹检查等。和现代电子计算机技术、软件技术、光学技术的有机结合将促进影像传感器的进一步普及,更多的新应用将呈现在人们的眼前。

     

        CMOS技术发展迅速 有可能成为未来主流

     

        当前CCD在成像质量上优于CMOS,所以在数码相机、医疗影像、卫星拍摄等对分辨率要求较高的领域CCD是主流,而另一方面由于CMOS采用标准的半导体生产工艺,生产成本低,耗电少,普遍用在手机和电脑摄像头。由于技术差异,CCD较多得用于静态影像,如拍照;CMOS则擅长于动态影像,如视频监控;另外CMOS还可以把一些周边电路集成到芯片中,在便携式设备中大量使用。

     


     
    表一

     

        对比两种技术的未来发展趋势,笔者认为未来CMOS将是主流。我们可以从以下几个方面来进行思考:


        一、CMOS影像传感器技术演进速度?#23545;?#24555;于CCD技术。CCD技术?#21335;?#32032;从5.2微米演进至1.7微米耗时12年之久,而CMOS技术完成这一变化则只用了3年时间。


        二、从市场的扩张速度来看,CMOS也高于CCD,2006年预计图像传感器市场交货总额为7.12亿美元,总体市场份额中CCD出货量从40%减少到30%左右。


        三、CMOS已经在成像的通?#24863;浴?#23545;实物的色彩还原能力等方面迎头赶上,总体性能的超越似乎只是时间问题。


        四、目前CMOS已经主导手机拍照市场。CCD在过去三十年已经是成熟的技术,由于其技术的独特性,改进困难,在成本上已经很难与CMOS竞争,由于其必须采用高于10伏的电压,功?#24335;?#39640;,很难集成到一些便捷式产品中。


        五、CCD技术主要掌握在日本人的手中,阻碍了技术的传播,而几乎一般的半导体制造商都可以制造CMOS,所以成本下降很快,也有利于技术进步。

     

         因此,CMOS取代CCD是市场的发展趋势,06年的时候,美光影像集团新市场开发总监Paul Gallagher更是断言,CMOS技术将最终取代CCD技术,在未来4~5年内,CCD市场将不断下滑,预计在10年后CCD市场份额将仅剩10%左右。

     

        全球市场竞争格局和近几年发展趋势

     

         目前CCD市场的主要厂商为索尼、夏普、?#19978;?#31561;日本厂商,后来进入图像传感器领域的厂商基本上都采用CMOS技术,因为它采用标准的半导体工艺,技术门槛相对校低,并且技术进步快,被大多数公司看好。索尼?#21355;握?#25454;着CCD第一大供应商的位置。


        跟CCD浓重的日本色彩不同,CMOS厂商则散布于美欧日等发达国家,以2007年为例,CMOS供应商按产值的排名如下:美国OmniVision、美国美光半导体、?#20998;?#24847;法半导体、日本东芝、日本索尼。根据表二所示,去年OmniVision以7.25亿美元?#21335;?#21806;收入跃居第一位,增长了34%。美光、意法半导体、东芝均出现了不同程度?#21335;?#28369;。索尼在积极补课CMOS,索尼的熊本新厂于07年开始完工并量产,把索尼拉进了CMOS前五。

     


     
    表二

     

         2006年9月日本的调查公司TechnoSystemResearch统计指出,2005年CMOS传感器的全球市场规模达4亿3440万个,为2004年的2.2倍;金额则为13亿2300万美元(约1480亿日圆),为2004年的1.7倍。其市场规模在数量上已超越CCD。根据市场调研公司In-Stat 07年提供的数据,虽然数码相机增长强劲,但手机仍是图像传感器的主要市场,占总出货量的75%以上。据市场调研公司IC Insights数据,2006年可拍照手机的出货量将从2005年的3.65亿部增长到4.75亿部,而且可拍照手机在总体手机市场中所占的比例也在不断上升。据IC Insights的报告,2006年可拍照手机占总体手机出货量的比例将达54%左右,而2005年是45%。


          自2002至2007年全球图像传感器市场大约以35%的速度在发展,主要得益于拍照手机的全面普及,还有数码相机需求的飙涨。于是乎,在这?#20013;问?#19979;,各大厂商纷?#33258;?#21152;产量,而2007年?#20174;?#26469;了市场的寒冬。2007年,CCD和CMOS图像传感器合并销售下降7%,主要由于上半年摄像手机库存清理,市场需求增长放缓,以及工业和办公设备应用中?#21335;?#21806;疲软,比如制造系统中图像机器、?#20174;?#26426;和扫描仪等。CMOS销售下滑12%,CCD增长为零。


          ICInsights公司今年四月份发布的分析报告指出,2008年图像传感器市场将出现反弹。预计2008年图像传感器市场规模将达76亿美元,比2007年增长10%。ICInsights分析员RobLineback表示,预计2008年CMOS图像传感器销售将上升19%,达到44亿美元;同时,预计2008年CCD市场下降1%,为32亿美元。不过该报告在撰写的时候可能没考虑到下半年?#35775;?#20250;出现?#29616;?#37329;融危机,全球需求萎缩的情况,实?#26159;?#20917;要等明年的分析报告。根据信产部提供的数据今年整体手机销量?#29616;?#19979;滑,多家国产手机厂商生存艰难,国外品牌也被迫?#23548;郟?#28145;圳山寨机库存?#29616;兀?#19968;系列消息,都让人对今年的CMOS市场感到担忧。


        国内现?#20174;?#24605;考

     

          中国在图像传感器领域目前还处于起步阶?#21361;?#20173;有很长的路要走,由于图像传感器属于半导体产业的一部分,因此,影像传感器的发展取决于国内芯片制造技术的进步。目前具有台湾背景的中芯国际、和舰科技、台积电等厂商在大陆的芯片厂已经颇具规模,?#35775;?#30340;因特尔、意法半导体也相继在中国大连和深圳设厂。根据最新?#21335;?#24687;今明两年台湾有可能开放12英寸晶圆及0.13微米制程甚至90纳米制程技术到大陆投资,势必会进一步促进中国芯片产业的发展。

     
          在技术选择方面,无疑CMOS必选的方向,CCD技术一直掌握日本人手中,?#35775;?#21457;达国?#39029;?#21830;多年来都无法在该领域分一杯羹,我们应该吸取教?#25285;?#36873;对方向。2007年IBM向中芯国际授权45纳米大批量CMOS技术,2008年10月中芯国?#24066;?#24067;成功开发0.11微米CMOS 图像传感器工艺技术,在此工艺下生产的器件,其分辨率、暗光噪声和相对照度都将得到增强。无疑,中国本土厂商进军影像传感器产业的号角已经吹响!

     

     

     

     
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