來源：內容由公眾號半導體行業觀察（ID：icbank）原創，謝謝。
5年前，幾大手機品牌的旗艦產品還都是前后共兩個攝像頭，目前，華為、蘋果的旗艦機型已經擁有4~5個攝像頭，而這種趨勢有愈演愈烈之勢，估計用不了幾年，總共有7~8個攝像頭的手機將布滿大街小巷。
這種爆發式的增長，對于CIS（CMOS圖像傳感器）的需求大增，短時間內，產能難以跟上應用需求，使得CIS成為2019年最為炙手可熱的芯片品類。
與此同時，汽車和安防市場發展迅速，這兩個應用領域對于CIS的需求量也非常可觀。
據中商產業研究院預測， 全球車載攝像頭出貨量將從2014年的2800萬個增加到2020年的8270萬個。如今，多數國家都在制定相應法規，強制新車使用一些特殊的ADAS技術，而車載攝像頭在汽車智能化中應用廣泛，高端汽車的各種輔助設備配備的攝像頭可多達8個。Mcnex公司預測，未來，汽車上的攝像頭將可能達到12個。而隨著無人駕駛技術的發展， L3以上智能駕駛車型對攝像頭的需求將進一步增加。
至于安防，據芯謀研究預測， 2017年全球安防領域CIS出貨量達到1.84億個，預計2022年將達到3.05億個，年復合增長率將達到11.95%。IC Insight的數據顯示，2018年安防領域CIS市場規模為8.2億美元，預計2023年將上升至20億美元，年復合增長率達19.5%。
在這樣的需求背景下，今年，隨著上游晶圓的產能愈發緊張，CIS芯片的供貨缺口也進一步加大。5M及以下的CIS出現了兩次大規模漲價，而漲價的廠商大都分布在我國大陸地區，其中，格科微的缺貨情況尤為明顯，為緩解壓力，格科微不得不在短期內兩次上調產品價格，整體漲幅至今已接近40%。此外，思比科、比亞迪等多家CIS芯片廠商同樣有調價操作。
產能吃緊
目前，在全球三大CIS廠商中，索尼和三星是IDM、它們的產品主要由自家工廠生產，而北京豪威（OmniVision）是Fabless，其CIS主要交給晶圓代工廠生產，臺積電很大一部分CIS產能都是用來接單豪威的，另外，華力微電子和中芯國際也有豪威的訂單。
除了這三家之外，SK海力士、安森美和意法半導體市占率緊隨其后，這三家都是IDM。
工藝方面，高像素的CIS芯片主流制程為55nm（12英寸晶圓），而低像素芯片通常在8英寸晶圓上進行制造。Yole的數據顯示，2017年全球CIS產能折合12英寸晶圓為242.2萬片，月產能約為20萬片，其中，索尼產能占比38%，全部為自用；三星產能占比20%，包含自用與代工；臺積電、中芯國際與華力微電子產能合計占比29%，全部為代工。中芯國際、華力微電子的CIS晶圓產能規模分別位列全球第四、第五。這五家的產能合計占比達87%。
索尼的轉單效應作為全球CIS的霸主，在今年如此火爆的行情下，索尼自家的產能已經應接不暇，一個月之前，該公司決定將旗下高端CIS交由臺積電代工，這是索尼首度外放高端芯片訂單。據悉，為了這筆大單，臺積電已經訂購了設備，并做好相關生產驗證作業。據悉，雙方預定于2020年一月正式簽約。
此次，索尼放出的CIS訂單，將在臺積電南科14a廠導入40nm制程生產，臺積電購置的新設備將于明年第2季度裝機，8月試產，初期月產能2萬片，并于2021年第1季度量產，后續很可能會擴大產能，索尼更高端的CIS芯片有望導入臺積電的28nm制程。
除了交由臺積電代工之外，索尼也在日本國內積極擴產，據悉，該公司計劃在未來3年內投資7000億日元，用于擴建新廠房。
在這樣的市場需求下，已并購富士通半導體12英寸晶圓廠的聯電，也占據著地利，可直接打進索尼供應鏈。
此外，傳聞力晶旗下的力積電也拿下了豪威的大單，包下每月破萬片晶圓產能。
三星奮起直追2018年12月，三星電子設備解決方案部門通過重組，在系統LSI部門下建立了一個“傳感器業務團隊”，負責LSI事業部內的CIS產品規劃和銷售，工藝研發由設備解決方案部門的代工部門完成。
早些年，三星的CIS在市場上不具備與索尼直接競爭的實力，但自從2013年推出ISOCELL技術之后，開始奮起直追。三星CIS芯片在2017年的市場占有率已經達到25.4%，和索尼當時28.3%的市占率差距已經很小。但從銷售額看，索尼CIS的全球市占率高達52.2%，遙遙領先于三星的19.1%。因此，三星的CIS想要追上索尼，還需要不斷努力。
近幾年，三星一直在CIS技術上尋求突破，并于2018年6月推出了ISOCELL Plus技術。在推出新技術的同時，三星也在提升CIS生產能力，2017年，三星就開始擴充12英寸CIS產能，并于2017年開始改造12英寸DRAM產線FAB 11，用于生產CIS，2018年底完成改造；同時對FAB 13進行改造，據悉，FAB 11和FAB 13的原有產能為每月7萬片，原計劃于2019年底全部轉為CIS產能。
三星原本擁有1條CIS芯片專用產線，名稱為S4-Line，該公司現有CIS產能約為4.5萬片/月，隨著FAB 11和FAB 13線轉為CIS專用線，三星的產能將擴充到12萬片/月，目標是超過索尼每月10萬片的產能。
三星啟動轉線計劃充分說明CIS芯片市場的火爆程度，且在未來幾年仍將持續下去。此外，轉線計劃是在2018年底開始的，當時DRAM已經進入降價周期，通過將DRAM產線轉為CIS芯片專用線，三星還能夠規避存儲降價帶來的不利影響。
中國大陸CIS代工參戰在中國大陸，中芯國際和華力微電子也是重要的CIS晶圓代工力量。
華力微電子方面，65/55nm是該公司最成熟的技術平臺，華力微電子的55nm技術平臺CIS芯片在應用、像素、架構、工藝等方面均做了全面布局，目前只有UTS貼片部分還在計劃中，其他都已可量產或在研發中。
據悉，華力微電子在進行小線寬超深結設計技術、小像素設計、全像素相位檢測自動對焦，以及3D垂直柵像素電路設計等技術開發工作，目前，華力微電子的CIS白色像素可小于100DPPM，1.0微米小像素設計可做到8000以上的電容，噪聲和暗電流也有大幅改善。
產能方面，華力微電子一期（華虹五廠）現月產能3.5萬片，其中55nm的CIS、LP/ULP產能占比較大，目前，CIS月產能約為1.5萬片，預計2020年可達2萬片，此外，于10月建成投產的康橋基地二期生產線（華虹六廠）首批月產能也可達1萬片，未來將達到4萬片，屆時華力微電子整體產能將達到8萬片。這為其CIS芯片代工業務的拓展提供了堅實的基礎和保證。
未來產能
IHS Markit的報告顯示，2018年，索尼、三星和豪威的CIS芯片供應能力分別為10.0、5.0、 和3.9萬片/月。預計到2020年，這三家廠商的單年產能擴張速度為1萬片/月，整體年產能擴張速度約16%，其中，2020年三星產能將增長1.5萬片/月，增幅略高于行業水平，這主要是因為該公司將部分DRAM產品線轉產CIS芯片。
圖：CIS產能供給情況（來源：長城證券）
硅片供給吃緊
全球CIS芯片供不應求的另外一個因素，就是硅片，特別是8英寸晶圓供應不足。
CIS芯片的產能受8英寸晶圓制造產能制約而難以迅速跟隨擴產。因此，無論是新建自身晶圓制造產線（索尼），或由其他產品線轉為CIS產線（三星），還是向代工廠追加產能（豪威），都難以在短時間內完成。
那么，8英寸晶圓供應量為何一直難以滿足市場需求呢？主要有以下幾方面的原因。
首先，自然是包括CIS在內的多種芯片緊俏，市場需求旺盛，而這些芯片大都采用8英寸晶圓生產，而全球的8英寸晶圓產量在短時間內又很難大幅提升，從而導致供需緊張。
其次，設備供給不足也是一個重要因素。由于多數8英寸晶圓代工建廠時間較早，運行時間大多長達10年以上，部分設備太老舊或者難以修復，同時，由于當前12英寸晶圓代工廠資本支出規模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產線，使得相關設備供應商缺乏研發和生產相關設備的積極性。
目前，8英寸晶圓代工產線設備主要來自二手市場，多來自從8英寸向12英寸升級的內存廠商，如三星和海力士，而舊設備市場資源有限，已經呈現出逐漸枯竭的態勢，其中，蝕刻機、光刻機、測量設備最為搶手。
當然，除了以上提到的，還有其它一些原因，共同導致了市場8英寸晶圓供應量的緊張。這些都間接影響著CIS芯片的產能。
ToF更加瘋狂
目前，3D感測在智能手機中的應用越來越被重視，也是一大發展趨勢，不只是旗艦機型，也在向中低端手機滲透。目前，主要有三種技術可以實現3D感測，分別為雙目立體成像、結構光和ToF，目前已經比較成熟的方案是結構光和ToF。其中，ToF憑借性價比高的優勢，是今后幾年手機上的重要應用技術。
特別是隨著AR/VR的發展，ToF有望成為智能手機攝像頭的下一個風口。
2019年，3D感測手機大多集中在旗艦機型，結構光以蘋果為代表，自iPhoneX后的機型都已經搭載結構光功能，而華為搭載ToF的機型數量最多。Yole的預測數據顯示，全球3D成像和傳感器的市場規模在2016–2022年的CAGR為38％，2017年市場規模18.3億美元，2022年將超過90億美元。其中，消費電子是增速最快的應用市場，2016–2022年的CAGR高達160％。
ToF的3D感知為主動感知，相應的3D攝像頭含有紅外傳感器、紅外光源、光學組件、光學鏡頭，以及CMOS圖像傳感器。
因此，未來的手機上除了還會繼續增加攝像頭之外，還需要有ToF，這就又多了一個CIS的需求源。使得未來的CIS市場被無限看好。
結語
正是因為如此，索尼公司董事兼半導體子公司社長清水照士于本周表示，即使索尼已作出大筆投資擴產，但估計等到該公司日本長崎新工廠于 2021 年 4 月開始投產時，CIS芯片市場仍是供不應求，不會有供給過剩的疑慮。
清水照士還提到，在以5G手機為主的市場需求上，CIS的產能無法跟上需求速度，索尼是一邊向客戶道歉一邊進行生產。與去年情況相同，就算在日本的過年期間也會24小時進行趕工。
