CIS（Cmos Image Sensor，即CMOS图像传感器）芯片杂谈
CIS（Cmos Image Sensor，即CMOS图像传感器）芯片杂谈
CIS（CMOS图像传感器）是摄像头的核心部件，受益于汽车电子、智能手机、安防监控以及屏下指纹等应用领域的增长，CIS市场需求快速增长。特别是中国已经进入存量乘用车的大规模置换周期，车载CIS将迎来巨大的市场机会。
目前，CIS的技术突破集中在对单位价格区间内极致性能的追求。我们认为，在汽车行业，伴随自动驾驶的升级需求，车载摄像头性能的提高尤为迫切，特别集中在高感光能力、高HDR、LED闪烁抑制等功能的提升与突破，进一步带动车载CIS单车价值的提高。手机CIS主要受益于手机多摄及高像素主摄的摄像硬件配置趋势。安防监控高清化是智能化发展的基础，对于CIS在低照度光线环境成像、HDR、高清/超高清成像、智能识别等成像性能方面提出了更高的要求。
在行业竞争格局方面，2021年前三大CIS企业索尼、三星、韦尔股份市占率达到75%，行业垄断程度较高。不过索尼、三星的产品主要应用于手机领域，对于汽车、机器视觉等新领域布局较少，国内厂商在这些新兴领域和高端产品上有较多的突破机会。
CIS (CMOS Image Sensor) 是一种光学传感器，是摄像头模组的核心器件，能够将光子转换为电子，把图像信号转换为数字信号。CMOS 图像传感器集成度较高，其结构主要包括感光区阵列 (像素阵列) 、时序控制、模拟信号处理以及模数转换等模块。
以手机摄像头为例，手机摄像头一般由保护膜、镜头组、对焦马达、红外滤光片、图像传感器（CIS）、PCB板等物理部件组成，其中CIS是摄像头模组的核心器件。以车载摄像头为例，CIS是摄像头的感光元件，被车用摄像头广泛使用，进而构成高级驾驶辅助系统（ADAS）的主要视觉传感器，因此作为自动驾驶的主流应用技术方案，ADAS的关键是以CIS为核心的视觉系统。
图表 1 摄像头模组示意图（左），CIS传感器示意图（右）
1. CIS工作原理
CMOS 图像传感器首先通过感光单元阵列将所获取对象景物的亮度和色彩等信息由光信号转换为电信号；再将电信号按照顺序进行读出并通过 ADC (Analog Digital Convertor) 数模转换模块转换成数字信号；最后将数字信号进行预处理，并通过传输接口将图像信息传送给平台接收。
图表 2 CIS工作原理
2. CIS分类
根据CMOS传感器技术工艺分类，可将其分为FSI、BSI和Stacked三种结构，其主要差别在感光元件位置不同。
（1）前照式（FSI，Front Side illumination）：金属线路位于感光元件的上面，感光路径会因芯片的感光组件上方金属层干扰，而造成光感应敏度衰减；
（2）背照式（BSI，Back Side illuminated）：感光元件位于金属线路的上方，提升了感光效率；
（3）堆栈式（Stacked）：将原本与像素处于同一平面的逻辑电路移到下方，形成像素层和逻辑芯片层两层堆栈互联。堆栈式结构提供了更大的感光面积，能够形成更好的成像效果，是未来的主流方向，但堆栈也对芯片制造的工艺和成本提出了更多挑战。
图表 3 CIS的定义与感应结构分类
FSI和基础的CMOS logic工艺一样，首先完成前道工艺（FEOL，front-end-of-line），然后做后道工艺（BEOL，back-end-of-line），最后在表面做光学模块（color filter以及micro-lens）。FSI的一个主要问题在于光进入到silicon之前需要穿过较厚的金属布线层，这导致了较多的光子损失，影响了最终的量子效率（QE，quantum efficiency）。特别是像素不断缩小，有效的感光面积占整个pixel的区域变得更加有限。
BSI即是为了解决这个问题而发明，BSI在完成BEOL之后，会将sensor wafer（wafer # A）翻转过来，然后将其bonding到另一个wafer（wafer # B，carrier wafer）上，从背面开始将wafer # A减薄，直到wafer # A只剩下器件需要的厚度（比如3um左右）。然后再在表面去做color filter和micro-lens。这样，在BSI工艺中，光从背面可以直接入射到silicon中，而不需要经过金属布线层，因此对于小像素而言，其QE能得到较大提升。BSI比较关键的技术点包括wafer的键合技术、背面减薄技术、背面PAD技术。
BSI进一步发展出了stacking技术，即将sensor与logic分别制造在不同的wafer中，这样sensor wafer被bonding在logic wafer上被减薄。stacking的优势在sensor wafer的工艺可以单独优化，不必受限于logic wafer的工艺；而且，能够将整个sensor面积做得更小，或是说同样的面积能够集成更复杂的功能（比如event-based camera，SPAD camera，AI-included sensor等sensor的发展，都很大程度受益于stacking技术）。CIS因此分成了像素层和逻辑芯片层两层，这两层堆栈结构要互联，比较关键的技术点除了BSI的相关技术外，还需要考虑两个wafer之间的电气连接问题。在这一点上，主要有两个解决方案：TSV（硅穿孔技术）以及Cu-Cu direct bonding（有时也叫hybrid bonding），其中Cu-Cu互联可以实现多点连接，两层芯片能够形成直接的连接。
3. 技术指标
CIS技术主要存在高像素、高帧率、高成像效果（如高信噪比、低照度及动态环境感知等）这三个发展方向，所涉及的技术指标包括如下表所示：
图表 4 CIS核心技术指标
CIS最核心的三个技术指标为总像素数（个）、像素尺寸（um）、光学尺寸（英寸）。高像素、大尺寸、低成本被成为“不可能三角”。即CIS高性能所代表的高像素和大尺寸（像素尺寸和光学尺寸），但对应CIS的成本高，因此高像素、大尺寸、低成本三者不可能完全满足，下游客户会在三者中进行参数的取舍。
图表 5 CIS关键规格参数
4. 应用场景
CMOS图像传感器行业主要在智能手机、安防监控、汽车电子和机器视觉领域发展，5G、AI等新兴技术的实现和新能源汽车、AR/VR浪潮的背景下，CMOS图像传感器行业规范度在不断提高。
图表 6 CMOS图像传感器主要产品参数及应用场景
汽车在使用过程中会面临严苛的环境，温度范围要求极端苛刻，需要能够达到-40°C及105°C，且使用周期至少达到8-10年，因此相比手机CIS，车载CIS对安全性稳定性的要求更高。目前主流汽车CIS产品主要具有以下性能要求：
（1）车规认证：车载CIS在稳定性和寿命要求高于消费品，需要通过严苛的车规级认证（如AEC-Q100、ISO26262）。
（2）高感光能力：要求汽车CIS具有更强的感光能力，使车载摄像头在晚上、隧道中可以正常工作。
（3）高动态范围（HDR）：据52智驾，一般要求汽车CIS的动态范围在120~140dB，保证车载摄像头能适应光线的剧烈变化，捕捉高质量图像。智能手机CIS的动态范围一般在60~70dB。
（4）LED闪烁抑制（LFM）：要求汽车CIS厂商使用抑制技术，来避免因为CIS与LED信号灯频率不同步造成的误判。
图表 7 部分汽车CIS供应商产品性能
受益于高像素、多功能主摄需求，多摄方案渗透提振手机CIS用量。（1）用量提升多摄：据Frost & Sullivan预测，2024年手机后置多摄渗透率将提升至91%，届时平均单部手机摄像头搭载数量将达4.9个。在手机市场进入存量竞争后，智能手机摄像头数量的增加将直接带动CMOS图像传感器市场需求的上升。（2）高价值量-高像素主摄：用户对于拍照性能的追求推动了CIS技术水平和价值量的提升。此外，如何协调CIS感光面积提升与摄像模组的大小，以及实现摄像头功能的多样化需求，也对CIS的性能选代与开发提出了要求。值得注意的是，感光面积同时受像素大小与数量影响，像素数量提升并非无止境，性能表现和成本仍然为重要的考虑因素。
手机与车载CIS的发展方向也不尽相同：手机CIS注重成像效果，追求小尺寸高像素，主摄摄像头以1200万-5000万为主；车载更注重探测与识别，对像素的要求不高，车载前视摄像头像素多为100万像素，行业中最高像素也仅达到800万，整体像素较低。
图表 8 CIS在手机领域与汽车领域的对比
5. 关键工艺技术
CIS产品的完整性不仅取决于工艺技术，而且还取决于像素设备、模拟-数字设计以及图像信号处理（ISP）技术等如何有机地相互补充和优化。制造CIS产品需要采用CIS特有的、有别于半导体存储器的关键制造工艺技术，此类工艺技术可分为以下五大类。
（1）深层光电二极管成型工艺技术
消费者对更清晰的图像品质的渴望引发了移动端CIS的像素密度和分辨率竞争，进而加速了CIS工艺技术的发展。在相同的芯片尺寸上要增加像素数量，就需要不可避免地缩小单一像素的尺寸。深层光电二极管的形成是防止图像质量下降的关键技术。为了在更小的像素中确保足够的满阱容量（full well capacity, FWC），与半导体存储器相比，CIS需要采用难度更高的图像形成技术。尤其需要确保高纵横比（>15:1）植入掩码（implant MASK）工艺技术，以阻止高能量离子的植入；事实上，目前纵横比在业内有逐步提高的趋势。
图表 9 光电二极管结构随像素尺寸减小而变化的示意图
（2）像素间隔离处理技术
将像素彼此隔离的技术对于制作高清CIS至关重要。如果采用过时的隔离技术，可能会造成各种图像缺陷，如混色、散色等，每家芯片制造商都具备不同的隔离技术。在CIS市场中，更高的像素密度和更高的分辨率正逐步成为业界通用标准，而隔离处理技术的水平差异也正成为衡量CIS品质的重要指标。隔离过程中可能会出现各种问题，各大厂商正在做出巨大努力，选择更好的设备，开发新方案，以提高CIS产品线的良品率及产品质量。
（3）彩色滤波阵列（CFA）处理技术
彩色滤波阵列是有别于半导体存储器制造工艺的CIS独有的工艺。CFA工艺一般由彩色滤波器（CF）和微透镜（ML）组成，前者可将入射光过滤成红、绿、蓝各波长范围，后者可提高光凝聚效率。为了获得优良的图像品质，开发和评估R/G/B彩色素材并开发相关技术以优化形状、厚度等工艺条件非常重要。近年来，得益于Bayer和Quad等应用技术与CFA的基本构造相结合的技术发展，一系列高质量、高功能的CIS产品不断涌现。
图表 10 彩色滤波阵列（CFA）结构
（4）晶圆堆叠工艺
晶圆堆叠是指将两个晶圆连接在一起，是制作高像素、高清晰度的CIS产品的必备技术。对于高像素CIS产品，像素阵列和逻辑电路分别在个别晶圆上形成。这些晶圆在工艺期间被连接在一起，而这一过程被称为“晶圆粘结（wafer bonding）”。像素阵列和逻辑电路的分离意味着制造成本的增加，但同时也意味着可以在同等晶圆面积上生产更多芯片；不仅如此，这还有助于提高产品的性能。因此，这是目前大多数CIS芯片厂商所采用的技术。晶圆堆叠技术正以各种形式不断发展。近年来，晶圆堆叠技术也被应用于半导体存储器领域，促进了产品性能的提升。
图表 11 晶圆堆叠结构
（5）有助于提高CIS良品率和产品质量的控制技术
控制金属污染是CIS产品开发和量产过程中最基本的前提条件之一。由于CIS产品对污染的敏感度是存储器产品的数倍，且污染会直接影响CIS产品的良品率和质量，因此CIS的生产必须采用各种污染控制技术。另一个重要因素是等离子体损伤控制。由于图像属性的损坏（如热像素）是在工艺过程中造成的损伤而发生的，因此有必要对关键工艺进行精确管理。
6. 技术发展趋势
目前，在高像素方面，当前市场上的主流智能手机CIS像素数量约为200~6400万，某些国际厂商已经推出了1.08亿像素的智能手机CIS传感器，而安防及汽车电子CMOS图像传感器像素数量约为200万以下像素。在高帧率方面，目前市场上主流CMOS图像传感器帧率约为30fps。在高成像效果方面，多家市场参与者已在全局快门、低照度感知、高动态感知等方面实现了技术突破，在安防、汽车电子、医疗影像的领域具有广泛的应用。
以上所述的技术发展趋势也为CMOS图像传感器的研发设计带来了挑战。一方面，随着像素数量的提升，所涉及的数据规模大幅增加，CMOS图像传感器对于数据读取和处理数据的要求也相应提高，高帧率的实现难度增加，同时大规模数据会带来更多CMOS图像传感器的串扰问题，在整体上提升了产品的设计难度。另一方面，由于消费者普遍追求能够媲美单反相机的拍照效果和“轻”、“薄”的手机外观，终端厂商在不断追求以上技术指标的同时，对于摄像头的小型化存在严苛的要求，也对芯片设计厂商提出了挑战。
为了解决上述问题，业内参与者开创了多条技术路线，包括芯片设计优化、芯片结构创新、工艺改良等，主要包括如下几个发展趋势：
（1）电路及芯片结构设计优化
为了满足高像素拍摄需求，部分市场参与者开创了CMOS图像传感器的堆栈式芯片设计，将感光元件、图像信号处理芯片、储存芯片的进行3D堆叠，以减少传感器封装尺寸和外围电路对感光单元的干扰，并实现高像素拍摄下的大规模数据快速读取与处理，另有部分市场参与者以非堆栈式设计为基础，通过芯片桥接方案实现高性价比、高数据处理能力、高像素的CMOS图像传感器。
（2）BSI背照式结构普及
为了加强整体成像效果，采用BSI技术的高阶CMOS图像传感器逐渐在市场上普及，该技术改变了光线的入射方位，将电气组件与光线分离，有效减少了光子的损耗，大幅提升了CMOS图像传感器的量子效率，提升了暗光和室外场景下的拍照品质。在BSI结构的基础上，市场参与者越来越重视相关工艺研发，致力于通过优化的工艺设计提升产品的性价比及生产效率。
图表 12 在CMOS中使用BSI技术的公司
（3）封装工艺创新
目前，传统的CMOS图像传感器及摄像头模组封装工艺包括CSP（Chip Scale Package）工艺和COB（Chip On Borad）工艺。其中，CSP工艺采用对感光面进行玻璃保护、在背面添加锡球引线的方式，简化了后续摄像头模组的加工工艺，并降低了模组制造成本，但其在光路精度、杂散光、可靠性等级方面表现不及COB工艺。而COB工艺的主要流程为：在超洁净环境下，将测试、减薄、切割后的CMOS图像传感器芯片直接粘贴在摄像头模组底部的软硬结合柔性电路板上，再进行一系列复杂的后续工序，能够提升摄像头模组的光学性能和可靠性，但存在成本较高、工程制样及量产周期较长等特点。因此，市场参与者纷纷在封装工艺上进行了创新，力求打破现有封装工艺的瓶颈。
图表 13 在CMOS中使用CSP/COB封装工艺的公司
CIS行业概况
1. 市场现状
传感器按产品分为MEMS、CMOS、RF、雷达等类别，其中CMOS图像传感器占比位居第二，达26.5%。中国传感器市场规模从2017年的1691亿元增长至2021年的2851亿元，预计2022年增长至3297亿元。
图表 14 中国2021年各类传感器占比（按营收）
图表 15 2017-2021年中国传感器市场规模（按营收）
中国CMOS传感器市场规模约占全球50%，行业未来呈稳定增长态势。2021年中国市场规模为848.6亿元，2017年至2021年的年复合增长率为13.5%。根据沙利文咨询预测，预计2026年将增长至1247.7亿元，2021年至2026年的年复合增长率为8%。
图表 16 中国2017-2026年CMOS传感器市场规模及预测（按营收，亿元）
从细分领域来看，根据Counterpoint数据预测，CIS下游应用领域中手机市场2022年占比为71.4%，其次是汽车（8.6%）、监控（5.6%）、数码相机（3.1%）、PC/平板电脑（3%）和工业（2.9%）。
图表 17 2022年CIS下游应用领域占比预测（%）
受益于智能手机升级迭代加速，中国智能手机渗透率趋近饱和，在2019年已经达到95.6%。与智能手机对功能机的替换类似，新能源汽车也是对传统能源汽车的需求替换。目前新能源汽车仍处于渗透率快速提升的阶段，2022年我国新能源乘用车的批发渗透率达28.1%，其增量主要来自于对燃油车的替代。根据乘联会数据可知，批发层面，2023年6月份新能源车厂商批发渗透率达34.03%，较2022年6月26.10%的渗透率提升7.93个百分点。电动车渗透率提升有望继续延续，主要在于电动车产品力提升、存量增换购群体对电车接受度高以及出行理念潜移默化的革新。
图表 18 2023年6月新能源乘用车厂商批发渗透率（%）
中国已经进入存量乘用车的大规模置换周期，处于换购需求加速增长的前夜。按照燃油车10-15年的使用寿命来看，2005-2010年购入的燃油车已经进入置换时点。根据乘联会数据，2021年乘用车销售中，约850万辆为换购需求，相当于2008-2009年的乘用车销售规模。2010-2017年时中国乘用车消费的飞跃期，期间乘用车年平均销量达到1700万辆，时2005-2009年平均规模的近3倍，因此未来5年乘用车换购需求将迅速提升。鉴于新能源汽车行业初期的爆发增长和长期巨大的市场空间，我们认为对于车载CIS芯片来说，这其中孕育着巨大的市场机会。
图表 19 中国乘用车逐年销量
2. 竞争格局
传感器行业技术门槛高，产业投入大，2021年中国中高端CMOS传感器90%以上来自进口，境外供应商有韩国索尼、三星、美国安森美等公司。2021年前三大CMOS传感器占有75%的市场。索尼在行业中处于龙头地位，目前市占率约为39%左右。其次是三星（23%）、韦尔股份（豪威科技，13%）。
图表 20 2021年全球CMOS市场竞争格局
随着中国传感器制造、封装和测试厂商在技术及工艺上的突破，中国中高端智能传感器进口比率将逐渐下降。2022年Counterpoint预测豪威销售额市占率12.9%，格科微4.7%，思特威2.3%，三家合计接近20%。但从出货维度来看，2021年格科微在CMOS芯片出货量达到了22亿颗左右，份额为全球第一，大约为32%。销售额和出货量不匹配的主要原因是格科微销售的CMOS芯片，更多是聚焦于低端产品，比如500万像素以下的手机等。
图表 21 韦尔股份、格科微、思特威库存情况（亿元）
3. 产业链介绍
车载CIS产业链上游为CIS芯片制造行业，拥有三种模式；中游为摄像头模组制造行业；下游为整车制造行业，市场集中度高。
图表 22 2021年中国CIS行业产业链图谱
CIS芯片厂商分为IDM、Fabless、Fab-lite三种模式。
（1）IDM是指从设计到制造到封装一体化的模式，以索尼、三星、海力士为代表；
（2）Fabless是指之作设计，以豪威、格科微为代表；
（3）Fab-lite是指部分IDM保留了一部分最核心或最擅长芯片品类的生产线，继续维持IDM模式，而把另一部分相对非核心或者竞争力稍差的芯片品类交给foundry厂商来生产，目前以ON Semi，ST为代表；
（4）Foundry是指纯CIS代工厂，以台积电，韩国东部，中芯国际为代表。
图表 23 CIS设计厂商类别
国内本土CMOS图像传感器设计厂商目前一般采取Fabless模式，包括思特威、韦尔股份（豪威科技）、格科微等。Fabless模式的优点集中在其轻资产、低运行费用和高灵活度，可以专注于芯片的设计和创研工作。在晶圆产能供应紧张的阶段，Fabless厂商能否获得上游晶圆代工厂的稳定供货至关重要。晶圆代工厂选择合作伙伴的标准也不仅仅停留在短期价格的层面。国内外的晶圆代工厂商都会更倾向于与有自主技术、有产品能力、并与下游行业客户绑定较深的优质Fabless厂商保持稳定的供应关系。
(1) 智能手机领域
手机摄像头的制造成本主要由CMOS图像传感器、模组封装、光学镜头、音圈马达、红外滤光片等部分组成，其中CMOS图像传感器是摄像头组成的核心，也是最关键的技术，占据手机摄像头成本的约52%。
图表 24 手机摄像头成本构成
2021年全球智能手机CMOS图像传感器市场规模为151亿美元，同比增长3%。从市场增长来看，手机市场增速逐渐放缓，2021年增速为近五年来最低。受下游手机市场低迷的影响，CMOS图像传感器需求增速减少，预计至2025年，智能手机领域的CMOS图像传感器销售额为169亿美元，复合增长率在3%左右。
图表 25 全球智能手机CIS销售额
手机销量方面，全球智能手机市场已进入存量时代，近几年增量有限。2021年全球手机出货量为13.55亿部，同比增长4.8%。2020年受疫情影响，全球手机出货量明显下滑，2021随着市场复苏，销量有所增长，但是依然没有回到疫情前水平。目前市场上主要品牌智能手机缺乏创新，SG手机更换潮也已基本完成，消费者换新机动力较弱，预计近两年手机出货量增量较小。2022年上半年，中国手机出货量为134亿部，同比下降16.9%，手机市场持续低迷将影响CMOS图像传感器的需求。
图表 26 全球及中国手机出货量
目前，手机CMOS图像传感器的增长主要来源于多摄像头及高画质需求的拉动。2021年全球平均每部手机摄像头的数量平均约为4.1个，是2017年的两倍。为提高智能手机的摄像能力，手机厂商不断增添不同功能的摄像头以提升用户的拍摄体验，3-4个摄像头数量成为目前智能手机行业主流。不过随着手机拍照功能的提高，摄像头升级带来的边际效益递减，预计未来手机厂商将更多的从其他地方提升手机性能，因此单个手机的摄像头需求也将固定。
图表 27 智能手机平均摄像头数量（左），中国手机摄像头数量结构（右）
(2) 智能驾驶
在汽车电子领域，CMOS图像传感器已经大规模地被安装在智能车載行车记录、前视及倒车影像、360°环视影像、防碰撞系统之内。而随着汽车电动化的趋势及自动驾驶技术的发展，更多的新车将标配ADAS（高级自动驾驶辅助系统），单车平均搭载CMOS图像传感器数量也在显著增加。
主流的车载摄像头主要包括内视摄像头、后视摄像头、前置摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等。根据车辆配置和智能化的程度，所配各的摄像头的数量有区別，综合来看，智能驾驶要达到L3及以上的车辆摄像头数量将达到10-20个左右。
图表 28 车载摄像头安装部位及功能
汽车市场是CMOS图像传感器增长最快的市场，也是厂商争相布局发展的市场。2021年，汽车电子领域CMOS图像传感器的销售额为19.1亿美元同比增长11.6%。随着汽车智能辅助驾驶的发展，车载CMOS图像传感器用量将会大幅增长，预计到2025年全球汽车CMOS图像传感器市场规模将达到32.75亿美元，复合增长率将达到14.3%。
图表 29 全球车用CIS市场规模
我国智能汽车市场发展迅速，当前智能汽车约为1000万辆，渗透率为50%，预计到2025年我国智能汽车数量将达到2800万辆，渗透率约达80%。智能汽车领域的快速发展，将带来ADAS的升级与渗透率不断提高，加速单车平均摄像头用量增涨，根据Yole Developpement数据，2020年单车平均搭載摄像头数量约为2.2颗，预计到2028年将达到7.0颗。此外，由于ADAS功能升级，对车载摄像头像素以及HIDR、LED闪烁抑制等功能提出了更高要求，技术要求的提高也进一步带动了车载CMOS因像传感器单价提升。
图表 30 单车摄像头搭载量（左），全国摄像头价格指数（右）
目前，车载CMOS图像传感器用量增长的主要动力来自于自动驾驶辅助系统，汽车辅助驾驶功能的升级，车辆需要的位置定位精确度增加，单车平均搭载CMOS图像传感器数量增加明显。L1/L2级别自动驾驶的CMOS图像传传感器数目为6个，而L3、L4、LS可分别达13/29/32个。当前，汽车生产商多把智能驾驶辅助作为主要发展方向，因此L3、L4、L5的渗透率也在逐步提升，预计到2030年，L3级别以上自动驾驶渗透率将达将达30%。
图表 31 不同自动驾驶级别对应单车平均CIS数量（左），不同级别自动驾驶占比（右）
(3) 安防监控
安防监控离不开视觉信息的获取，对图像传感器依赖较深，也是CMOS图像传感器市场增长较快的新兴行业领域之一。近五年来，安防视频监控在全球范围内的应用也逐步由发达国家向发展中国家延伸，整体规模保持着高速发展。国内市场，各级政府近年来对安防建设的重视已经让我国成为全球最大的安防视频监控产品制造地和全球最重要的安防监控市场之一，国内安防市场对包括CMOS图像传感器在内的安防监控产品的需求也由一线城市延伸至二、三线城市及农村地区。
从技术角度看，闭路电视监控系统过去经历了录像带录像机（VCR）和数宇视频录像机（DVR）等时代，最终迈入到如今的网络视频录像机（NVR）阶段。在此过程中，视频监控系统的复杂度逐步提高，对CMOS图像传感器性能的要求也在不断升级，对于CMOS图像传感器在低照度光线环境成像、HDR、高清/超高清成像、智能识别等成像性能方面提出了更高的要求。
图表 32 主要安防摄像机类型
2021年，全球安防监控领域CMOS图像传感器市场规模为10.8亿美元，同比增长24%。随着未来安防监控行业整体市场规模的不断扩大，预计2025年市场规模将达到20.1亿美元。
图表 33 全球安防监控CIS销售额
4. 国内主要厂商
（1）韦尔股份（豪威科技）：半导体设计平台化布局
公司构建了图像传感器解决方案、触控与显示解决方案和模拟解决方案三大业务体系协同发展的半导体设计业务体系。产品已经广泛应用于消费电子、安防、汽车、医疗、AR/VR等领域，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、网络摄像头、安防设备、汽车、医疗成像、AR/VR头显设备等。
基本盘：①汽车CIS：2022年，随着公司车载CIS市场份额继续提升，除CIS以外的汽车半导体陆续放量，公司汽车半导体业务有望继续保持高速增长，预计占公司整体营收比重也将进一步提升。②安防CIS：基于智慧城市道路交通及Al智能识别广泛推广将推动安防摄像头的像素及数量提升。公司持续在中高端安防市场发力，以技术领先驱动市场份额提升。
图表 34 截止2022年豪威的像素技术
图表 35 公司1300W像素以上手机类和200W像素以上汽车类产品
（2）格科微：聚焦CIS与DDI，走向Fab-Lite模式
格科微是国内领先的CMOS图像传感器芯片、DDI显示芯片设计公司，公司量产的产品线主要覆盖QVGA（8万像素）至1300万像素的CMOS图像传感器和分辨率介于QQVGA到HD之间的LCD驱动芯片。
公司的CMOS图像传感器采用了自主研发的N型衬底技术、低光高灵敏度像素技术、低噪声像素技术等高性能Pixel设计等创新技术，以及一系列独创的特色制造工艺。未来公司将在产品定位方面实现从高性价比产品向高性能产品的拓展，在产品应用方面实现从副摄向主摄的拓展，在经营模式方面实现从Fabless向Fab-Lite的转变。随着募投项目推进，预计公司实现生产步骤的逐步自主可控，并且品牌客户资源、技术上的核心优势将为公司提升市场地位和综合竞争力。
图表 36 格科微CIS核心技术
图表 37 格科微CIS产品线情况
（3）思特威：CIS安防龙头，加速拓展汽车与手机
思特威主要产品是高性能CMOS图像传感器。公司针对目标应用领域特定及新兴需求，开发了具有高信噪比、高感光度、高速全局快门捕捉、超宽动态范围、超高近红外感度、低功耗等特点的图像传感器。以2020年出货量口径计算，公司的产品在安防CMOS图像传感器领域位列全球第一，在新兴机器视觉领域全局快门CMOS图像传感器中亦取得行业领先的地位。
公司产品已广泛运用于包括网络摄像机、模拟闭路摄像机、家用看护摄像机、智能门铃等安防监控领域;包括无人机、扫地机器人、工业相机、智慧交通、人脸识别等机器视觉领域，包括智能化的车载行车记录仪、车载环视及后视摄像头、驾驶员监测摄像头等智能车载电子等多场景应用领域。
图表 38 思特威公司核心技术
图表 39 思特威安防监控产品与主要竞争对手
图表 40 思特威机器视觉领域产品与主要竞争对手
图表 41 思特威汽车电子领域产品与主要竞争对手
（4）主要厂商业绩
CMOS图像传感器行业垄断程度较高，索尼和三星在手机摄像头里应用占比较高，且拥有较强的技术优势，二者龙头地位难以动摇。韦尔股份在收购豪威科技后，凭借豪威科技原有的市场份额，目前市占率能排到第三。格科威和思特威属于成长初期的企业，公司发展CMOS图像传感器时间较短，当前市占率较小，借助国内中低端市场的高增长，两家企业业务增长迅速。
图表 42 各企业CIS营收对比（万元）
从毛利率来看，国内企业韦尔股份和格科威的毛利率相对较高，在30%左右。韦尔股份及格科微的产品应用以手机为主，而思特威的产品应用以安防监控及新兴机器视觉领域为主因此利润会有所差别。前两年由于消费电子市场需求旺盛，使得手机、安防领域的CMOS图像传感器出现不同程度的涨价，国内企业毛利都有所上涨2022年上半年手机、PC等市场低迷，预计会影响到国内企业的利润率。
从研发投入占比来看，三家CMOS图像传感器企业在2021-2022年整体呈现上升趋势，其中韦尔股份研发投入占比高于行业水平，均保持10%以上的水平。从CIS产品营收来看，相对于2021年，2022年三家企业营收均有所下降，但思特威2022年产品销量上升了13.29%，这是源于公司在消费电子和汽车电子领域客户的拓展。
CIS芯片赛道里的国产力量（第一版）
CIS（Cmos Image Sensor）即CMOS图像传感器，是摄像头模组的核心元器件，在摄像头模组中的成本占比达到52%。它的主要作用是将光信号转化为电信号，然后将电信号转化为数字信号。
CIS的工作原理主要包括以下几个步骤：
- 镜头利用透镜的折射原理汇聚光信号使其在CIS上清晰成像，经过微透镜聚合、滤光片过滤的光信号转化为电信号，电信号经过放大器放大、CDS去除噪声后进一步通过ADC转化为数字信号。
- 通过ISP的内置算法，经过镜头矫正、缺陷像素矫正、颜色插值、白平衡和色彩矫正等多个步骤，将CIS感光单元输出的拜尔格式原始图像转换为高质量图像，基于此可进一步根据对图像的实时计算实现自动曝光、自动对焦、防抖动等功能。
CIS产业链
CIS芯片的制造产业链主要分为设计、代工和封装测试三个环节，最后由模组厂采购组装，整合入摄像头模组再出售给下游应用厂商。
在CIS芯片的发展过程中，索尼、三星等龙头企业均采用IDM模式，而豪威、格科微等中国企业多采用Fabless模式。
随着竞争逐渐变得更加激烈，国内代工业务正在逐渐成熟，也有一些中国CIS公司开始着手建设自己的fab厂，以实现成本进一步压缩，提升产品价格优势。
上游产业：
硅晶圆制造：CMOS图像传感器的制造通常始于硅晶圆的制备，这是CIS的基础材料。
光学组件：在CIS中，光学组件如透镜和滤光片用于捕捉和处理光信号，这些组件通常由光学制造商提供。
封装材料：CMOS图像传感器需要封装以保护芯片并提供电连接，封装材料供应商为此提供必要的材料。
测试设备：用于测试和校准CMOS图像传感器的测试设备是上游的重要组成部分，它们确保传感器的质量和性能。
下游产业：
应用领域：CMOS图像传感器在各种应用领域中得到广泛应用，包括但不限于智能手机、摄像机、工业视觉、医疗成像、汽车视觉等。
终端产品制造：终端产品制造商（OEM）将CMOS图像传感器集成到其产品中，例如智能手机制造商、相机制造商和汽车制造商。
销售和分销：销售和分销渠道将CMOS图像传感器引入市场，与终端客户建立合作关系。
市场研究和咨询：市场研究公司和咨询机构提供有关CIS市场趋势、竞争分析和行业洞察的信息。包括人才机构，如识聘猎头在CIS领域持续研究学习和积累人才。
市场与应用情况
结合西部证券陈杭团队&YOLE提供的数据，CIS整个市场正在趋于饱和。笔者从目前情况来看，市场格局相对稳定，但在中国，依然有新进入的企业正在携资入场分食存量业绩，未来在既有的市场依然有变革的空间，且随着新技术、新终端、新场景的变化，拥有技术或客户关系优势的企业依然可以抢到一些份额。识聘猎头近期也陆续收到一些招聘需求，涉及到针对CIS的不同维度的创新。
CIS投产范围很广，随着智能化需求越来越广泛，有摄像头的地方就有CIS。越来越多的智能终端厂商通过采购CIS传感器来调优算法，实现对场景的识别与数据处理。就目前情况来看，手机依然是带动cis销量最大的品类，从2021年的数据看，手机对CIS的需求占一半以上。
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chiptimes 整理
中国企业在全球CIS市场发展亮眼，在全球Top12供应商中，排名5、8的上海公司格科微、思特威发展稳健，分别保持了14.3%、26.3%的增速领跑市场。随着中国市场进一步国产替代，并叠加新技术、新终端、fab扩建，中国公司在市场份额上会进一步表现出优势。
外资公司
Top 1：Sony索尼，日本，成立于1946年5月7日
索尼的CMOS图像传感器（CIS）业务发展经历了几个重要的里程碑：
- 早期的半导体发展: 索尼早期并未专注于CIS，而是以“特丽珑”（Trinitron）显示技术和其他消费电子产品（如随身听、PlayStation游戏机）而闻名。
- CIS市场的入局: 索尼于2000年开始涉足CIS市场，并在2006年实现了量产。这一时期，CIS技术因其小体积和低成本在手机、安防和汽车等领域得到了广泛应用。
- 技术创新: 索尼在CIS技术上取得了重大突破，特别是在2009年商品化了背照式CIS，这种CIS的感光度是传统产品的两倍。2012年，索尼发布了第一颗双层堆叠CIS“EXMOR RS”，在两片晶圆上分别制造图像传感单元和逻辑控制单元，并利用硅通孔（TSV）封装技术实现了两者的连接。2017年，索尼推出了集成DRAM的三层堆叠CIS，这在性能上实现了进一步的提升。
- 产能扩张: 为了支持CIS业务的增长，索尼在2015年收购了东芝的图像传感器业务，并在2021年与台积电合作在日本熊本建立了晶圆代工厂。
- 跨界尝试和未来展望: 索尼不仅在CIS技术上进行了创新，还在探索如何将这些技术应用于新领域，例如电动汽车。索尼目前在电动汽车的传感器和安全技术方面也进行了多项创新
Top2：Samsung三星，韩国，成立于1969年三星的CMOS图像传感器（CIS）业务经历了以下的发展历程：
- 市场增长和产能调配:
- 三星把CIS作为非存储业务的重要支点，根据市场需求调配和扩充CIS产能。例如，三星在年初将位于韩国华城的第11条DRAM生产线改建成CIS产线，以响应CIS市场的增长。
- 2020年CIS产业营收已经翻倍，年复合增长率达到15.1%。三星被视为全球CMOS图像传感器市场的第二大玩家，仅次于索尼。
- 技术创新:
- 三星已经成为全球第二大CIS供应商，并且正计划到2025年成为全球第一，取代索尼。三星在高像素CIS产品策略上取得了成功，尤其是在1亿以上高像素产品市场上，已在高像素市场占据较有利的主导地位。
- 产能扩展:
- 三星要求CMOS图像传感器测试商提高产能，并且有计划将DRAM晶圆厂投入生产CMOS图像传感器，扩大CIS产能。
- 市场占有率的竞争:
- 2022年上半年，Sony在智能手机CIS市场的市占率为44%，而三星为30%。三星的市占率首度达到30%，与索尼的差距从前一年的17个百分点缩小至14个百分点，这是历来最小的差距。
- 应对市场变化:
- 三星也在汽车CIS市场和智能手机市场之外寻找增长机会，如AI技术的发展。三星正在尝试将图像传感器与AI信号处理结合，以降低延迟、保证隐私，并降低功耗和通信成本，支持新兴应用的发展。
- 产品线的分布:
- CIS为三星系统LSI事业部最关注的产品线，主要分为移动及车用两大产品主轴，ISOCELL系列被视为三星半导体设计的核心资产。
- 对华为禁令的应对:
- 美国对华为的制裁对索尼CIS业务产生了影响，但三星的智能手机产业保持强劲，使其在CMOS图像传感器市场上有着天然优势。三星不断追赶索尼，技术差距逐渐缩小。
- 高像素战略:
- 三星采用了高像素战略，通过向客户供应2亿像素产品，主导高分辨率市场的需求与发展。例如，向小米、摩托罗拉供应2款2亿像素影像传感器。
OmniVision豪威，还是算美国吧
OmniVision（豪威科技）的CMOS图像传感器（CIS）业务发展历程如下：
- 1995年：OmniVision成立于美国硅谷，由几位华人留学生创立。
- 2000年：OmniVision在纳斯达克上市。
- 2005年：收购CDM-Optics公司，该公司为实现波前编码商业化而成立。
- 2010年：收购Aurora Systems，将LCOS加入其产品线。
- 2011年：收购柯达专利。
- 2015年：被包括中信资本、北京清芯华创和金石投资在内的中国投资机构收购，收购价约为19亿美元。
- 2016年：由于被中国私募股权财团收购，OmniVision从纳斯达克退市，成为一家私人公司。
- 2019年：韦尔半导体以21.78亿美元收购OmniVision和SuperPix Micro Technology，并将其合并为Omnivision集团。同年，OV6948获得世界上最小的商业化传感器。
- 2022年：豪威科技更名为OMNIVISION，并增加了两个新的业务部门：模拟解决方案和触控与显示解决方案。
技术方面，OV提供多种成像技术，如背照式技术（BSI）、CameraCubeChip、RGB-Ir技术、PureCel技术等，不断推动产品和技术创新，专注于为移动、汽车、安全、医疗和新兴市场提供最先进的成像系统解决方案。OmniVision的客户群庞大，包括台积电、苹果、Oppo和小米等，是全球第三大CMOS图像传感器制造商
STMicroelectronics意法半导体，意大利+法国，刚刚宣布重组
自1999年以来，意法半导体已成为成像传感器设计与制造的行业领导者。目前的产品组合覆盖了从入门级VGA到24 M像素的众多传统成像传感器，而且即将推出上亿像素级别的产品。意法半导体提供广泛的成像解决方案，并以CMOS图像传感器、CMOS光子传感器、处理器和CIS晶圆等不同类别的产品提升客户的产品价值。通过掌握成像产业链的各个环节，意法半导体在向主要用户提供定制设计服务方面居于有利地位，并且已经推出了大量定制传感器、ISP和成像模块。
意法半导体的传感器在汽车、安防、游戏、医疗和高端传统照相机市场中的成像领域有着越来越广泛的应用。作为无线行业的领先供应商，意法半导体正在不断实现全方位的产品创新。意法半导体首次实现了扩展景深(EDoF)照相机模块的产业化，与传统的定焦(FF)技术相比，它能为用户带来更完美的成像体验。运用丰富的系统级芯片(SOC)专业技术，可以合理的成本将众多特性与像素阵列集成在同一个晶粒上，包括自动对焦(AF)驱动器、镜头遮光修正(LSC)算法，以及高动态范围(HDR)技术等创新解决方案。
处于硅制造工艺开发领先地位的意法半导体专用CMOS成像生产设施正在逐步提升新产品的产能，这些产品具备最先进的后端照明(BSI)技术，以及深沟槽隔离(DTI)等创新设计特性，解决了像素串扰等重要的技术难题。
——信息摘取于官网
- onsemi安森美，美国
- SK hynix海力士，韩国
- Canon佳能，日本
- Hamamatsu滨松光子学，日本
- Teledyne特励达，美国
- Panasonic松下，日本
- 派视尔，韩国
中国公司
格科微，上海，成立于2003年
格科微（GalaxyCore）的发展历程展示如下：
2003年：赵立新先生创立格科微有限公司，公司专注于CMOS图像传感器（CIS）的研发与设计。
2004-2010年：格科微推出首款手机应用的CIS产品，并逐步扩展产品线至非手机应用领域，如安防监控、笔记本电脑等市场，通过技术创新不断提升产品性能和市场份额。
2020年底：格科微在上海证券交易所科创板成功上市，股票代码688728，标志着公司在资本市场上迈出了重要一步。
2021-2022年：格科微继续深化技术创新，向Fab-Lite模式转型，强化与全球代工厂的合作关系，提升产能效率和成本控制能力。
2023年：格科微庆祝成立20周年之际，宣布其临港工厂正式投产，此举进一步增强了公司的生产能力和供应链自主性，为未来业务发展奠定坚实基础。
思特威，上海，成立于2011年
- 思特威（SmartSens Technology）成立于2011年，由徐辰博士等创立，总部位于中国上海张江高科技园区。
- 初始业务聚焦于CMOS图像传感器（CIS）的研发和设计，尤其是在安防监控领域。
- 思特威通过技术突破，成功研发出了一系列高性能、高性价比的CMOS图像传感器产品，包括采用背照式（BSI）和堆栈式（Stacked BSI）技术的产品。
- 在安防监控市场上快速崛起，逐步占据行业领先地位，并开始拓展车载电子、机器视觉及消费类电子产品市场。
- 2022年5月20日，思特威成功登陆上海证券交易所科创板上市，进一步增强了公司的品牌影响力和资本实力。
长光辰芯，长春，成立于2011
2012年，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（简称：长春光机所）从欧洲引进包括王欣洋在内CMOS研发团队，这才有了长光辰芯。一众VC/PE机构进入，携手王欣洋将长光辰芯带到IPO大门前。
值得一提的是，这是长春光机所孵化的第三个IPO。始建于1952年，长春光机所素有中国“光学的摇篮”之美誉，此前从这里走出的长光华芯已成功登陆科创板；
- 锐芯微 (2008，昆山)
- 成都微光 (2014，成都)
- 海图微电子 (2018，合肥)
- 芯视达 (2019，上海)
- 广州印芯 (2019，广州)
- 珠海燧景 (2021，珠海)
- 元视芯 (2021，深圳)
受限于时间精力与部分公司的信息管控，更多中国公司及详细信息仅存于本地文档暂不更新，文档仅用于交流学习用途，信息来源取自于行业调研、AIGC、人工检索、交流学习。
参考文献链接
https://mp.weixin.qq.com/s/Lja5tpkefpPiBCzHwBpHgQ
https://mp.weixin.qq.com/s/tqLpDy2wY9wMs9ylMNZfiQ
