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CIS產(chǎn)能的誘惑
5年前，幾大手機(jī)品牌的旗艦產(chǎn)品還都是前后共兩個(gè)攝像頭，目前，華為、蘋(píng)果的旗艦機(jī)型已經(jīng)擁有4~5個(gè)攝像頭，而這種趨勢(shì)有愈演愈烈之勢(shì)，估計(jì)用不了幾年，總共有7~8個(gè)攝像頭的手機(jī)將布滿大街小巷。
這種爆發(fā)式的增長(zhǎng)，對(duì)于CIS（CMOS圖像傳感器）的需求大增，短時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)能難以跟上應(yīng)用需求，使得CIS成為2019年最為炙手可熱的芯片品類(lèi)。
與此同時(shí)，汽車(chē)和安防市場(chǎng)發(fā)展迅速，這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ贑IS的需求量也非?？捎^。
據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)， 全球車(chē)載攝像頭出貨量將從2014年的2800萬(wàn)個(gè)增加到2020年的8270萬(wàn)個(gè)。如今，多數(shù)國(guó)家都在制定相應(yīng)法規(guī)，強(qiáng)制新車(chē)使用一些特殊的ADAS技術(shù)，而車(chē)載攝像頭在汽車(chē)智能化中應(yīng)用廣泛，高端汽車(chē)的各種輔助設(shè)備配備的攝像頭可多達(dá)8個(gè)。Mcnex公司預(yù)測(cè)，未來(lái)，汽車(chē)上的攝像頭將可能達(dá)到12個(gè)。而隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展， L3以上智能駕駛車(chē)型對(duì)攝像頭的需求將進(jìn)一步增加。
至于安防，據(jù)芯謀研究預(yù)測(cè)， 2017年全球安防領(lǐng)域CIS出貨量達(dá)到1.84億個(gè)，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到3.05億個(gè)，年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到11.95%。IC Insight的數(shù)據(jù)顯示，2018年安防領(lǐng)域CIS市場(chǎng)規(guī)模為8.2億美元，預(yù)計(jì)2023年將上升至20億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)19.5%。
在這樣的需求背景下，今年，隨著上游晶圓的產(chǎn)能愈發(fā)緊張，CIS芯片的供貨缺口也進(jìn)一步加大。5M及以下的CIS出現(xiàn)了兩次大規(guī)模漲價(jià)，而漲價(jià)的廠商大都分布在我國(guó)大陸地區(qū)，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(nèi)兩次上調(diào)產(chǎn)品價(jià)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(diào)價(jià)操作。
產(chǎn)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(chǎn)品主要由自家工廠生產(chǎn)，而北京豪威（OmniVision）是Fabless，其CIS主要交給晶圓代工廠生產(chǎn)，臺(tái)積電很大一部分CIS產(chǎn)能都是用來(lái)接單豪威的，另外，華力微電子和中芯國(guó)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(dǎo)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(jìn)行制造。Yole的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球CIS產(chǎn)能折合12英寸晶圓為242.2萬(wàn)片，月產(chǎn)能約為20萬(wàn)片，其中，索尼產(chǎn)能占比38%，全部為自用；三星產(chǎn)能占比20%，包含自用與代工；臺(tái)積電、中芯國(guó)際與華力微電子產(chǎn)能合計(jì)占比29%，全部為代工。中芯國(guó)際、華力微電子的CIS晶圓產(chǎn)能規(guī)模分別位列全球第四、第五。這五家的產(chǎn)能合計(jì)占比達(dá)87%。
索尼的轉(zhuǎn)單效應(yīng)
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(chǎn)能已經(jīng)應(yīng)接不暇，一個(gè)月之前，該公司決定將旗下高端CIS交由臺(tái)積電代工，這是索尼首度外放高端芯片訂單。據(jù)悉，為了這筆大單，臺(tái)積電已經(jīng)訂購(gòu)了設(shè)備，并做好相關(guān)生產(chǎn)驗(yàn)證作業(yè)。據(jù)悉，雙方預(yù)定于2020年一月正式簽約。
此次，索尼放出的CIS訂單，將在臺(tái)積電南科14a廠導(dǎo)入40nm制程生產(chǎn)，臺(tái)積電購(gòu)置的新設(shè)備將于明年第2季度裝機(jī)，8月試產(chǎn)，初期月產(chǎn)能2萬(wàn)片，并于2021年第1季度量產(chǎn)，后續(xù)很可能會(huì)擴(kuò)大產(chǎn)能，索尼更高端的CIS芯片有望導(dǎo)入臺(tái)積電的28nm制程。
除了交由臺(tái)積電代工之外，索尼也在日本國(guó)內(nèi)積極擴(kuò)產(chǎn)，據(jù)悉，該公司計(jì)劃在未來(lái)3年內(nèi)投資7000億日元，用于擴(kuò)建新廠房。
在這樣的市場(chǎng)需求下，已并購(gòu)富士通半導(dǎo)體12英寸晶圓廠的聯(lián)電，也占據(jù)著地利，可直接打進(jìn)索尼供應(yīng)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(wàn)片晶圓產(chǎn)能。
三星奮起直追
2018年12月，三星電子設(shè)備解決方案部門(mén)通過(guò)重組，在系統(tǒng)LSI部門(mén)下建立了一個(gè)“傳感器業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)”，負(fù)責(zé)LSI事業(yè)部?jī)?nèi)的CIS產(chǎn)品規(guī)劃和銷(xiāo)售，工藝研發(fā)由設(shè)備解決方案部門(mén)的代工部門(mén)完成。
早些年，三星的CIS在市場(chǎng)上不具備與索尼直接競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，但自從2013年推出ISOCELL技術(shù)之后，開(kāi)始奮起直追。三星CIS芯片在2017年的市場(chǎng)占有率已經(jīng)達(dá)到25.4%，和索尼當(dāng)時(shí)28.3%的市占率差距已經(jīng)很小。但從銷(xiāo)售額看，索尼CIS的全球市占率高達(dá)52.2%，遙遙領(lǐng)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(shù)上尋求突破，并于2018年6月推出了ISOCELL Plus技術(shù)。在推出新技術(shù)的同時(shí)，三星也在提升CIS生產(chǎn)能力，2017年，三星就開(kāi)始擴(kuò)充12英寸CIS產(chǎn)能，并于2017年開(kāi)始改造12英寸DRAM產(chǎn)線FAB 11，用于生產(chǎn)CIS，2018年底完成改造；同時(shí)對(duì)FAB 13進(jìn)行改造，據(jù)悉，F(xiàn)AB 11和FAB 13的原有產(chǎn)能為每月7萬(wàn)片，原計(jì)劃于2019年底全部轉(zhuǎn)為CIS產(chǎn)能。
三星原本擁有1條CIS芯片專(zhuān)用產(chǎn)線，名稱(chēng)為S4-Line，該公司現(xiàn)有CIS產(chǎn)能約為4.5萬(wàn)片/月，隨著FAB 11和FAB 13線轉(zhuǎn)為CIS專(zhuān)用線，三星的產(chǎn)能將擴(kuò)充到12萬(wàn)片/月，目標(biāo)是超過(guò)索尼每月10萬(wàn)片的產(chǎn)能。
三星啟動(dòng)轉(zhuǎn)線計(jì)劃充分說(shuō)明CIS芯片市場(chǎng)的火爆程度，且在未來(lái)幾年仍將持續(xù)下去。此外，轉(zhuǎn)線計(jì)劃是在2018年底開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)DRAM已經(jīng)進(jìn)入降價(jià)周期，通過(guò)將DRAM產(chǎn)線轉(zhuǎn)為CIS芯片專(zhuān)用線，三星還能夠規(guī)避存儲(chǔ)降價(jià)帶來(lái)的不利影響。
中國(guó)大陸CIS代工參戰(zhàn)
在中國(guó)大陸，中芯國(guó)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(shù)平臺(tái)，華力微電子的55nm技術(shù)平臺(tái)CIS芯片在應(yīng)用、像素、架構(gòu)、工藝等方面均做了全面布局，目前只有UTS貼片部分還在計(jì)劃中，其他都已可量產(chǎn)或在研發(fā)中。
據(jù)悉，華力微電子在進(jìn)行小線寬超深結(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)、小像素設(shè)計(jì)、全像素相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，以及3D垂直柵像素電路設(shè)計(jì)等技術(shù)開(kāi)發(fā)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(shè)計(jì)可做到8000以上的電容，噪聲和暗電流也有大幅改善。
產(chǎn)能方面，華力微電子一期（華虹五廠）現(xiàn)月產(chǎn)能3.5萬(wàn)片，其中55nm的CIS、LP/ULP產(chǎn)能占比較大，目前，CIS月產(chǎn)能約為1.5萬(wàn)片，預(yù)計(jì)2020年可達(dá)2萬(wàn)片，此外，于10月建成投產(chǎn)的康橋基地二期生產(chǎn)線（華虹六廠）首批月產(chǎn)能也可達(dá)1萬(wàn)片，未來(lái)將達(dá)到4萬(wàn)片，屆時(shí)華力微電子整體產(chǎn)能將達(dá)到8萬(wàn)片。這為其CIS芯片代工業(yè)務(wù)的拓展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。
未來(lái)產(chǎn)能
IHS Markit的報(bào)告顯示，2018年，索尼、三星和豪威的CIS芯片供應(yīng)能力分別為10.0、5.0、 和3.9萬(wàn)片/月。預(yù)計(jì)到2020年，這三家廠商的單年產(chǎn)能擴(kuò)張速度為1萬(wàn)片/月，整體年產(chǎn)能擴(kuò)張速度約16%，其中，2020年三星產(chǎn)能將增長(zhǎng)1.5萬(wàn)片/月，增幅略高于行業(yè)水平，這主要是因?yàn)樵摴緦⒉糠諨RAM產(chǎn)品線轉(zhuǎn)產(chǎn)CIS芯片。
圖：CIS產(chǎn)能供給情況（來(lái)源：長(zhǎng)城證券）
硅片供給吃緊
全球CIS芯片供不應(yīng)求的另外一個(gè)因素，就是硅片，特別是8英寸晶圓供應(yīng)不足。
CIS芯片的產(chǎn)能受8英寸晶圓制造產(chǎn)能制約而難以迅速跟隨擴(kuò)產(chǎn)。因此，無(wú)論是新建自身晶圓制造產(chǎn)線（索尼），或由其他產(chǎn)品線轉(zhuǎn)為CIS產(chǎn)線（三星），還是向代工廠追加產(chǎn)能（豪威），都難以在短時(shí)間內(nèi)完成。
那么，8英寸晶圓供應(yīng)量為何一直難以滿足市場(chǎng)需求呢？主要有以下幾方面的原因。
首先，自然是包括CIS在內(nèi)的多種芯片緊俏，市場(chǎng)需求旺盛，而這些芯片大都采用8英寸晶圓生產(chǎn)，而全球的8英寸晶圓產(chǎn)量在短時(shí)間內(nèi)又很難大幅提升，從而導(dǎo)致供需緊張。
其次，設(shè)備供給不足也是一個(gè)重要因素。由于多數(shù)8英寸晶圓代工建廠時(shí)間較早，運(yùn)行時(shí)間大多長(zhǎng)達(dá)10年以上，部分設(shè)備太老舊或者難以修復(fù)，同時(shí)，由于當(dāng)前12英寸晶圓代工廠資本支出規(guī)模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產(chǎn)線，使得相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商缺乏研發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的積極性。
目前，8英寸晶圓代工產(chǎn)線設(shè)備主要來(lái)自二手市場(chǎng)，多來(lái)自從8英寸向12英寸升級(jí)的內(nèi)存廠商，如三星和海力士，而舊設(shè)備市場(chǎng)資源有限，已經(jīng)呈現(xiàn)出逐漸枯竭的態(tài)勢(shì)，其中，蝕刻機(jī)、光刻機(jī)、測(cè)量設(shè)備最為搶手。
當(dāng)然，除了以上提到的，還有其它一些原因，共同導(dǎo)致了市場(chǎng)8英寸晶圓供應(yīng)量的緊張。這些都間接影響著CIS芯片的產(chǎn)能。
ToF更加瘋狂
目前，3D感測(cè)在智能手機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越被重視，也是一大發(fā)展趨勢(shì)，不只是旗艦機(jī)型，也在向中低端手機(jī)滲透。目前，主要有三種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)3D感測(cè)，分別為雙目立體成像、結(jié)構(gòu)光和ToF，目前已經(jīng)比較成熟的方案是結(jié)構(gòu)光和ToF。其中，ToF憑借性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，是今后幾年手機(jī)上的重要應(yīng)用技術(shù)。
特別是隨著AR/VR的發(fā)展，ToF有望成為智能手機(jī)攝像頭的下一個(gè)風(fēng)口。
2019年，3D感測(cè)手機(jī)大多集中在旗艦機(jī)型，結(jié)構(gòu)光以蘋(píng)果為代表，自iPhoneX后的機(jī)型都已經(jīng)搭載結(jié)構(gòu)光功能，而華為搭載ToF的機(jī)型數(shù)量最多。Yole的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，全球3D成像和傳感器的市場(chǎng)規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38％，2017年市場(chǎng)規(guī)模18.3億美元，2022年將超過(guò)90億美元。其中，消費(fèi)電子是增速最快的應(yīng)用市場(chǎng)，2016–2022年的CAGR高達(dá)160％。
ToF的3D感知為主動(dòng)感知，相應(yīng)的3D攝像頭含有紅外傳感器、紅外光源、光學(xué)組件、光學(xué)鏡頭，以及CMOS圖像傳感器。
因此，未來(lái)的手機(jī)上除了還會(huì)繼續(xù)增加攝像頭之外，還需要有ToF，這就又多了一個(gè)CIS的需求源。使得未來(lái)的CIS市場(chǎng)被無(wú)限看好。
結(jié)語(yǔ)
正是因?yàn)槿绱耍髂峁径录姘雽?dǎo)體子公司社長(zhǎng)清水照士于本周表示，即使索尼已作出大筆投資擴(kuò)產(chǎn)，但估計(jì)等到該公司日本長(zhǎng)崎新工廠于 2021 年 4 月開(kāi)始投產(chǎn)時(shí)，CIS芯片市場(chǎng)仍是供不應(yīng)求，不會(huì)有供給過(guò)剩的疑慮。
清水照士還提到，在以5G手機(jī)為主的市場(chǎng)需求上，CIS的產(chǎn)能無(wú)法跟上需求速度，索尼是一邊向客戶道歉一邊進(jìn)行生產(chǎn)。與去年情況相同，就算在日本的過(guò)年期間也會(huì)24小時(shí)進(jìn)行趕工。
來(lái)源：2019-12-26 半導(dǎo)體行業(yè)觀察
文章關(guān)鍵詞： CIS
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