[原创] CIS产能的诱惑

2019-12-26
14:00:03
来源: 半导体行业观察



5年前,几大手机品牌的旗舰产品还都是前后共两个摄像头,目前,华为、苹果的旗舰机型已经拥有4~5个摄像头,而这种趋势有愈演愈烈之势,估计用不了几年,总共有7~8个摄像头的手机将布满大街小巷。



这种爆发式的增长,对于CIS(CMOS图像传感器)的需求大增,短时间内,产能难以跟上应用需求,使得CIS成为2019年最为炙手可热的芯片品类。


与此同时,汽车和安防市场发展迅速,这两个应用领域对于CIS的需求量也非常可观。


据中商产业研究院预测, 全球车载摄像头出货量将从2014年的2800万个增加到2020年的8270万个。如今,多数国家都在制定相应法规,强制新车使用一些特殊的ADAS技术,而车载摄像头在汽车智能化中应用广泛,高端汽车的各种辅助设备配备的摄像头可多达8个。Mcnex公司预测,未来,汽车上的摄像头将可能达到12个。而随着无人驾驶技术的发展, L3以上智能驾驶车型对摄像头的需求将进一步增加。


至于安防,据芯谋研究预测, 2017年全球安防领域CIS出货量达到1.84亿个,预计2022年将达到3.05亿个,年复合增长率将达到11.95%。IC Insight的数据显示,2018年安防领域CIS市场规模为8.2亿美元,预计2023年将上升至20亿美元,年复合增长率达19.5%。


在这样的需求背景下,今年,随着上游晶圆的产能愈发紧张,CIS芯片的供货缺口也进一步加大。5M及以下的CIS出现了两次大规模涨价,而涨价的厂商大都分布在我国大陆地区,其中,格科微的缺货情况尤为明显,为缓解压力,格科微不得不在短期内两次上调产品价格,整体涨幅至今已接近40%。此外,思比科、比亚迪等多家CIS芯片厂商同样有调价操作。

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产能吃紧






目前,在全球三大CIS厂商中,索尼和三星是IDM、它们的产品主要由自家工厂生产,而北京豪威(OmniVision)是Fabless,其CIS主要交给晶圆代工厂生产,台积电很大一部分CIS产能都是用来接单豪威的,另外,华力微电子和中芯国际也有豪威的订单。



除了这三家之外,SK海力士、安森美和意法半导体市占率紧随其后,这三家都是IDM。


工艺方面,高像素的CIS芯片主流制程为55nm(12英寸晶圆),而低像素芯片通常在8英寸晶圆上进行制造。Yole的数据显示,2017年全球CIS产能折合12英寸晶圆为242.2万片,月产能约为20万片,其中,索尼产能占比38%,全部为自用;三星产能占比20%,包含自用与代工;台积电、中芯国际与华力微电子产能合计占比29%,全部为代工。中芯国际、华力微电子的CIS晶圆产能规模分别位列全球第四、第五。这五家的产能合计占比达87%。





索尼的转单效应














作为全球CIS的霸主,在今年如此火爆的行情下,索尼自家的产能已经应接不暇,一个月之前,该公司决定将旗下高端CIS交由台积电代工,这是索尼首度外放高端芯片订单。据悉,为了这笔大单,台积电已经订购了设备,并做好相关生产验证作业。据悉,双方预定于2020年一月正式签约。


此次,索尼放出的CIS订单,将在台积电南科14a厂导入40nm制程生产,台积电购置的新设备将于明年第2季度装机,8月试产,初期月产能2万片,并于2021年第1季度量产,后续很可能会扩大产能,索尼更高端的CIS芯片有望导入台积电的28nm制程。


除了交由台积电代工之外,索尼也在日本国内积极扩产,据悉,该公司计划在未来3年内投资7000亿日元,用于扩建新厂房。


在这样的市场需求下,已并购富士通半导体12英寸晶圆厂的联电,也占据着地利,可直接打进索尼供应链。


此外,传闻力晶旗下的力积电也拿下了豪威的大单,包下每月破万片晶圆产能。





三星奋起直追














2018年12月,三星电子设备解决方案部门通过重组,在系统LSI部门下建立了一个“传感器业务团队”,负责LSI事业部内的CIS产品规划和销售,工艺研发由设备解决方案部门的代工部门完成。


早些年,三星的CIS在市场上不具备与索尼直接竞争的实力,但自从2013年推出ISOCELL技术之后,开始奋起直追。三星CIS芯片在2017年的市场占有率已经达到25.4%,和索尼当时28.3%的市占率差距已经很小。但从销售额看,索尼CIS的全球市占率高达52.2%,遥遥领先于三星的19.1%。因此,三星的CIS想要追上索尼,还需要不断努力。


近几年,三星一直在CIS技术上寻求突破,并于2018年6月推出了ISOCELL Plus技术。在推出新技术的同时,三星也在提升CIS生产能力,2017年,三星就开始扩充12英寸CIS产能,并于2017年开始改造12英寸DRAM产线FAB 11,用于生产CIS,2018年底完成改造;同时对FAB 13进行改造,据悉,FAB 11和FAB 13的原有产能为每月7万片,原计划于2019年底全部转为CIS产能。


三星原本拥有1条CIS芯片专用产线,名称为S4-Line,该公司现有CIS产能约为4.5万片/月,随着FAB 11和FAB 13线转为CIS专用线,三星的产能将扩充到12万片/月,目标是超过索尼每月10万片的产能。


三星启动转线计划充分说明CIS芯片市场的火爆程度,且在未来几年仍将持续下去。此外,转线计划是在2018年底开始的,当时DRAM已经进入降价周期,通过将DRAM产线转为CIS芯片专用线,三星还能够规避存储降价带来的不利影响。





中国大陆CIS代工参战














在中国大陆,中芯国际和华力微电子也是重要的CIS晶圆代工力量。


华力微电子方面,65/55nm是该公司最成熟的技术平台,华力微电子的55nm技术平台CIS芯片在应用、像素、架构、工艺等方面均做了全面布局,目前只有UTS贴片部分还在计划中,其他都已可量产或在研发中。


据悉,华力微电子在进行小线宽超深结设计技术、小像素设计、全像素相位检测自动对焦,以及3D垂直栅像素电路设计等技术开发工作,目前,华力微电子的CIS白色像素可小于100DPPM,1.0微米小像素设计可做到8000以上的电容,噪声和暗电流也有大幅改善。


产能方面,华力微电子一期(华虹五厂)现月产能3.5万片,其中55nm的CIS、LP/ULP产能占比较大,目前,CIS月产能约为1.5万片,预计2020年可达2万片,此外,于10月建成投产的康桥基地二期生产线(华虹六厂)首批月产能也可达1万片,未来将达到4万片,届时华力微电子整体产能将达到8万片。这为其CIS芯片代工业务的拓展提供了坚实的基础和保证。

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未来产能










IHS Markit的报告显示,2018年,索尼、三星和豪威的CIS芯片供应能力分别为10.0、5.0、 和3.9万片/月。预计到2020年,这三家厂商的单年产能扩张速度为1万片/月,整体年产能扩张速度约16%,其中,2020年三星产能将增长1.5万片/月,增幅略高于行业水平,这主要是因为该公司将部分DRAM产品线转产CIS芯片。


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图:CIS产能供给情况(来源:长城证券)


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硅片供给吃紧










全球CIS芯片供不应求的另外一个因素,就是硅片,特别是8英寸晶圆供应不足。



CIS芯片的产能受8英寸晶圆制造产能制约而难以迅速跟随扩产。因此,无论是新建自身晶圆制造产线(索尼),或由其他产品线转为CIS产线(三星),还是向代工厂追加产能(豪威),都难以在短时间内完成。


那么,8英寸晶圆供应量为何一直难以满足市场需求呢?主要有以下几方面的原因。


首先,自然是包括CIS在内的多种芯片紧俏,市场需求旺盛,而这些芯片大都采用8英寸晶圆生产,而全球的8英寸晶圆产量在短时间内又很难大幅提升,从而导致供需紧张。


其次,设备供给不足也是一个重要因素。由于多数8英寸晶圆代工建厂时间较早,运行时间大多长达10年以上,部分设备太老旧或者难以修复,同时,由于当前12英寸晶圆代工厂资本支出规模巨大,部分厂商停止了8英寸晶圆产线,使得相关设备供应商缺乏研发和生产相关设备的积极性。


目前,8英寸晶圆代工产线设备主要来自二手市场,多来自从8英寸向12英寸升级的内存厂商,如三星和海力士,而旧设备市场资源有限,已经呈现出逐渐枯竭的态势,其中,蚀刻机、光刻机、测量设备最为抢手。


当然,除了以上提到的,还有其它一些原因,共同导致了市场8英寸晶圆供应量的紧张。这些都间接影响着CIS芯片的产能。

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ToF更加疯狂










目前,3D感测在智能手机中的应用越来越被重视,也是一大发展趋势,不只是旗舰机型,也在向中低端手机渗透。目前,主要有三种技术可以实现3D感测,分别为双目立体成像、结构光和ToF,目前已经比较成熟的方案是结构光和ToF。其中,ToF凭借性价比高的优势,是今后几年手机上的重要应用技术。



特别是随着AR/VR的发展,ToF有望成为智能手机摄像头的下一个风口。


2019年,3D感测手机大多集中在旗舰机型,结构光以苹果为代表,自iPhoneX后的机型都已经搭载结构光功能,而华为搭载ToF的机型数量最多。Yole的预测数据显示,全球3D成像和传感器的市场规模在2016–2022年的CAGR为38%,2017年市场规模18.3亿美元,2022年将超过90亿美元。其中,消费电子是增速最快的应用市场,2016–2022年的CAGR高达160%。


ToF的3D感知为主动感知,相应的3D摄像头含有红外传感器、红外光源、光学组件、光学镜头,以及CMOS图像传感器。


因此,未来的手机上除了还会继续增加摄像头之外,还需要有ToF,这就又多了一个CIS的需求源。使得未来的CIS市场被无限看好。

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结语











正是因为如此,索尼公司董事兼半导体子公司社长清水照士于本周表示,即使索尼已作出大笔投资扩产,但估计等到该公司日本长崎新工厂于 2021 年 4 月开始投产时,CIS芯片市场仍是供不应求,不会有供给过剩的疑虑。


清水照士还提到,在以5G手机为主的市场需求上,CIS的产能无法跟上需求速度,索尼是一边向客户道歉一边进行生产。与去年情况相同,就算在日本的过年期间也会24小时进行赶工。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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