索尼憑什么“獨霸”CMOS圖像傳感器市場

Ringcao

市占率51.6%，已經甩開三星三倍多

索尼中國前董事長高橋洋曾說：“索尼的手機賣得不好，但索尼的CMOS圖像傳感器絕對是全球市占率最高的元件。”一方面是對手機市場進展緩慢的遺憾，一方面透露出對自家傳感器爭氣的自豪感。

根據(jù)Omdia最新的市場研究報告顯示，索尼繼續(xù)主導著全球CMOS圖像傳感器（CIS）市場。數(shù)據(jù)顯示，2022年第三季度索尼的CMOS圖像傳感器銷售額為24.42億美元，在CMOS圖像傳感器市場上的份額為51.6%，是排名第二的三星（15.6%）的三倍多。

2022年第三季度全球CMOS圖像傳感器市場規(guī)模為47.33億美元，比同年第二季度增長13.6%。緊隨三星之后的是豪威科技、安森美半導體和格科微電子，它們的份額占比分別是9.7%、7%和4%。其中，豪威科技和格科微均為中國企業(yè)，兩家中企合計拿下了13.7%的市場份額。

去年第三季度CMOS圖像傳感器市場的另一個關注點是SK海力士的突飛猛進：SK海力士第三季度銷售額為1.8億美元，排名第六，其CMOS圖像傳感器銷售額與上一季度相比增長了約20%。

再拉遠一點時間，2021年三星的CMOS圖像傳感器市場份額為29%，而索尼則為46%。在2022年中，索尼似乎拉大了與亞軍之間的差距，市場觀察人士則認為這一趨勢將不斷延續(xù)下去。市場觀察人士對此表示，索尼第三季度在CMOS圖像傳感器市場表現(xiàn)良好的原因是這家日本科技巨頭已經獲得小米12SUltra等設備的訂單。

值得一提的是，索尼有望為蘋果即將推出的iPhone15系列供應CMOS圖像傳感器，2023年索尼是唯一一家有望實現(xiàn)收入同比增長的主要CMOS圖像傳感器供應商。索尼增加其CMOS圖像傳感器市場份額的手段極其全面，除了通過與臺積電的合作加強其生產系統(tǒng)，還在2023年CES上公布了其汽車業(yè)務，兩部電動車毫無疑問采用自家的攝像頭和CMOS圖像傳感器。

索尼CMOS圖像傳感器的高速起飛，離不開手機攝像頭的“扶持”，無論是海外機還是國產機，索尼穩(wěn)定和先進的圖像傳感器技術都起到了關鍵作用，我們來向你解讀其中幾個關鍵技術：

類比數(shù)位轉換控制器

ColumnA/DConverter技術實際是在傳感器的頂端或底端放置一行模數(shù)轉換器，能同時讀出傳感器中一行像素的所有信號，并進行模數(shù)轉換，可以大幅提高信號讀出速度。這樣的設計有兩個好處。1.每一行的信號能并行讀出，大大提高傳感器信號讀出速度，這是CMOS傳感器進入高分辨率高幀率的基礎，現(xiàn)在的傳感器一般在頂端和底部各有一行ADC以加速讀出（某些傳感器甚至有多行ADC）。2.在圖像傳感器的底部放置一行ADC，減少了信號從像素讀出電路到ADC的距離，從而減少噪聲引入的機會。而根據(jù)索尼官網的原理圖，在模擬域和數(shù)字域各加入了一個去噪模塊，能提高圖像信噪比（指一個電子設備或者電子系統(tǒng)中信號與噪聲的比例，比例越大說明噪聲越小）。

背照式CMOS傳感器

這個大家很熟悉了，早年出現(xiàn)在索尼的卡片相機身上，當時為了縮小相機機身，采用了潛望式鏡頭，把攝像頭做到了小型化，近幾年自然毫不違和地裝到了手機機身里面。它能大幅提高傳感器的感光能力，使得在減少像素面積的同時，還能保持不錯的感光能力。

既然有背照式結構的新像素結構，那么對應就有前照式的傳統(tǒng)像素結構。下文示意圖給出了這兩種像素結構的區(qū)別，相對前照式，背照式結構將作為讀出電路的金屬層從硅基上面換到了硅基下面。這種結構的修改，可以避免金屬層對入射光線的干擾，同時硅基深度減少后，更大入射角的光線也可以到達感光區(qū)域，從而提高像素的感光度。

根據(jù)索尼官網數(shù)據(jù)，背照式傳感器的感光度可以達到傳統(tǒng)前照式的2倍。然而，背照式傳感器也有不好的地方，比如硅基放到金屬層上后，厚度減少，能吸收的最大光子數(shù)減少。而且由于硅基在金屬層的上層，增加了CMOS工藝的難度，在蝕刻好金屬層后，還需要再鋪一層硅基。這在增加技術難度的同時，增加了成本。其實，這些年前照式傳感器的工藝也一直在改進，其感光度也得到了很大提升。在對器件大小限制不是很大的應用（比如單反）中，前照式傳感器因其更簡單的工藝及低成本，還有不少應用空間。

堆棧式CMOS傳感器

在背照式傳感器的基礎上，把處理電路剝離出來，放到像素層的下面。這樣可以減少傳感器占的面積，提高空間利用率，在寸土寸金的手機內，這種空間利用率的提升是非常重要的。同時，使用堆棧的方式，可以引入DRAM做緩存，以支持超高幀率。此外，將處理電路分離出來，還能在電路區(qū)域使用和像素區(qū)域不同的工藝，提高sensor處理能力，減少功耗等。

憑借這三板斧的技術應用，索尼在實現(xiàn)CMOS傳感器小型化的同時，在手機圖像傳感器市場中奪得了巨大市場份額。