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图像传感器之像素缩放竞赛


  来源: 传感器专家网 时间:2020-05-14 编辑:仪器仪商WXF
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经过一段创纪录的增长之后,CMOS图像传感器市场开始面临一些新的和不可预见的挑战。


CMOS图像传感器可在智能手机和其他产品中提供相机功能,但现在它们在晶圆厂中面临缩放和制造问题。此外,与所有芯片产品一样,在新冠状病毒爆发期间,图像传感器的增长速度也有所放缓。


智能手机集成了比以往更多的CMOS图像传感器,从而在系统中启用了高分辨率,功能丰富的相机。例如,三星的新型5G智能手机由五个摄像头组成,包括一个基于108兆像素(MP)图像传感器的后置广角摄像头。在小晶粒尺寸上,这相当于超过1亿像素。根据Tech Insights的说法,用于自拍照的前置摄像头集成了48MP图像传感器,该传感器基于世界上最小的像素间距0.7μm。


图像传感器结合了许多微小的光敏像素,而像素间距是从一个像素的中心到另一个像素的中心的距离,以μm为单位。虽然并非所有手机都配备有最先进的图像传感器,但是很明显,消费者要求更多的成像功能。


UMC公司市场营销技术总监David Hideo Uriu表示:“随着更高带宽的数据性能,从3G到4G再到现在的5G,对高质量摄像机的需求也在增长。这种趋势下,加上对更高像素数和更高分辨率的需求,推动了CMOS图像传感器的繁荣。除了这些趋势外,手机ID / NIR光谱中的生物识别ID,3D传感和增强的人类视觉应用领域也越来越突出。”



尽管如此,图像传感器供应商仍面临一些挑战。多年来,他们一直在努力降低像素间距,以在图像传感器中封装更多像素,从而提高了设备的分辨率。但是,随着间距接近光的波长,像素缩放变得越来越困难。


OmniVision工艺工程副总裁Lindsay Grant表示,像素研发团队现在必须找到新方法,以避免灵敏度降低和传感器中的串扰降低。


另一方面,还有一种趋势是保持手机中较大的像素大小,并引入较小像素的最佳改进以提高图像质量。这些趋势满足了客户对更大,更好的相机的需求,从而导致更多的传感器具有更大的裸片尺寸。


目前,图像传感器供应商已经找到了解决某些挑战的方法。包括:


新工艺:高k膜和其他fab技术已经开始推动像素缩放。


模具堆叠和互连:将不同的功能放在两个模具上并堆叠它们并不是什么新鲜事,但是新的互连方案是有意思的,例如像素间连接,正在研发中。


1、图像传感器的市场动态


图像传感器主要有两种类型,CMOS图像传感器和电荷耦合器件(CCD)。CCD是电流驱动的设备,存在于数码相机和各种高端产品中。CMOS图像传感器(互补金属氧化物半导体)则有所不同,它的每个像素都有一个光电二极管和一个CMOS晶体管开关,从而可以分别放大像素信号。针对各种应用,CMOS图像传感器具有不同的格式,帧速率,像素大小和分辨率。


图像传感器具有全局或滚动快门。例如,OmniVision的新型64MP图像传感器具有1 / 1.7英寸格式的0.8μm像素大小。该传感器具有静态图像捕获和4K视频性能,具有2型,2×2微透镜相位检测自动对焦功能,可提高自动对焦精度。输出格式包括64MP,每秒15帧(fps)。


供应商分为两个阵营:无晶圆厂和IDM。IDM拥有自己的晶圆厂,而无晶圆厂公司则使用代工厂。无论哪种情况,卖方都在晶片上制造图像传感器管芯,将其切割并组装成封装。


根据YoleDéveloppement的说法,大约65%的图像传感器是在300毫米晶圆厂生产的。“ 200mm对于各种安全,医疗和汽车CMOS图像传感器产品仍然至关重要,”Lam Research战略市场营销总经理David Haynes说。


如今,索尼已成为CMOS图像传感器的最大供应商,其次是三星和OmniVision。根据IC Insights,其他供应商包括夏普,安森美,意法半导体,GalaxyCore,SK Hynix,松下和佳能。


根据IC Insights的数据,2019年图像传感器销售额达到184亿美元,比2018年增长30%。“在2020年,我们预测CMOS图像传感器的销售额将下降3%,至178亿美元,由于在Covid-19病毒健康危机中手机和其他系统对传感器的需求下降,使销售连续刷新纪录,” IC Insights的分析师Rob Lineback。


根据Yole的说法,在另一种更乐观的预测中,CMOS图像传感器市场在2019年增长了25%。据该公司称,到2020年,市场预计将放缓并增长7%。最大的推动力是智能手机。根据Yole的数据,2018年,每部手机有2.5个摄像头。“在2019年,每个智能手机的摄像机数量已跃升至2.8个。我们看到,到2020年,每部智能手机将配备三台摄像机。” Yole光电与传感部门主管Guillaume Girardin说。


每个手机配置都不一样。例如,Apple的iPhone 11 Pro集成了12MP三摄技术(宽,超宽和远摄)。同时,三星的5G手机具有五个摄像头,包括四个后置摄像头和一个前置摄像头。一台相机配有飞行时间传感器,用于手势和3D对象识别。


关键词:图像传感器 像素缩放竞赛    浏览量:1246

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