【芯历史】引领两次CIS技术变革的索尼是如何成长的？

图像传感器分为 CCD 传感器、CIS 传感器两大类别，CCD主要应用于单反、工业场景。而CIS凭借体积小、成本低等优势活跃在手机、安防、汽车等场景。

现在已迎来了CIS行业的飞速发展的阶段，市调公司Yole的报告显示，2020年CIS行业规模将接近210亿美元，未来3年年复合增长率在9%左右。另外一家调查机构IC Insights的数据显示2018-2023年全球CIS出货量年复合增长率达到11.7%，2023年有望突破95亿颗。

图源：Yole

索尼一直是CIS市场的“头号玩家”，2019年索尼继续保持着CIS领域的领先地位，以高达49.2%的市占率霸榜，超过第二名三星、第三名豪威之和。那么索尼在该领域是如何成长的？

引领两次CIS技术变革

图源：网络

在这里先理一下索尼的CIS产品主要节点：

2000年，开始发展CIS；

2006年6月，从熊本首次发货CIS；

2009年，开始开发背照式CIS；

2012年10月，开始发售两层堆叠CIS；

2017年2月，推出三层堆叠技术。

值得一提的是，索尼提出的背照式CIS和堆叠式CIS引领了两次CIS技术的变革。

索尼在推出背照式CIS之前，研发了名为“Exmor”的芯片，用于片上模拟到数字信号转换，即由传统的外置ADC（analog-to-digital converter，模数转换器）升级为内置ADC，优势在于支持在低频率下运行且能够有效减少噪声，并实现高速提取。另外，Exmor发出的是数字信号，抗干扰性更好。

IMX035是此系列推出的首款产品，应用于安防领域。随后，Exmor技术被索尼迅速推广到相机等电子领域。

在实现内置ADC后，索尼于2008年推出了采用背照式技术的Exmor R传感器，首款产品是IMX055CHL。不过让Exmor R传感器名声大噪的不是自家产品，而是苹果的iPhone 4s。该技术赋予了iPhone 4s出色的高感光度表现。

不过索尼并没有满足于现状，而是选择持续研发，很快就发现像素层在单个感知单元中的面积占比还可进一步提高。

索尼在2012年发布了第一颗双层堆叠CIS芯片，产品命名为“EXMOR RS”，将图像传感单元和逻辑控制单元分别做在2片晶圆上，并通过TSV（硅通孔）封装技术将传感单元与逻辑控 制单元互连。

2017年，索尼在 ISSCC会议上发布了第一颗三层堆叠 CIS芯片。索尼将图像传感单元、逻辑控制单元(ISP芯片)、DRAM 芯片堆叠在一起。这款CIS芯片实现了1930万像素，单颗像素面积高达1.22x1.22um，并在片上集成了1Gb DRAM 存储器。这款CIS芯片能够拍摄 120fps的高帧率图像，并能提供 960fps的FHD 超级慢动作回放。

目前索尼的CIS产品已遍布智能手机、安防、汽车等领域，此前索尼称希望能在2020年进一步将CIS产能扩大至12万片/月，以此为基础估计索尼CIS产量 2017-2020年的复合增速约为 14%左右。

尤其在智能手机领域，索尼的CIS已成功打入苹果、小米、OPPO、vivo等厂商的供应链，市调机构Strategy Analytics发布的报告显示，2020年上半年，全球智能手机图像传感器市场总收入为63亿美元。其中，索尼以44%的营收份额占据市场第一的位置。

收购东芝图像传感器业务

图源：路透社

除了在技术上的抢先布局，索尼于2015年收购东芝图像传感器业务也巩固了其在CIS市场的领先地位。

2015年12月，索尼官宣公司将以190亿日元(约合1.55亿美元)收购东芝的图像传感器业务。

同年8月，索尼宣布双方已签署了非约束性谅解备忘录，就收购事宜进行了谈判。四个月后，双方最终敲定了收购方案。

双方达成了包括东芝旗下300毫米晶片生产线的制造设施、设备和相关资产在内的转让协议，该资产主要位于东芝大分运营公司。在此项转让后，索尼将该生产场所作为索尼半导体公司（索尼全资子公司之一）的生产设施进行运营，主要进行CMOS影像传感器的生产。

另外，原受雇于东芝制造工厂的员工，包括其CMOS影像传感器工程部门及设计部门的员工（共计约1100名员工），在转让后由索尼公司雇用。

当时索尼预期CMOS影像传感器的市场将进一步增长，本次收购将增加在索尼在这一领域的生产能力。

当时索尼在全球CIS市场的份额约为40%，在收购东芝图像传感器业务以后，市场份额逐年攀升，目前稳定在49%左右。

结语

索尼在过去十年一直很强势，不过随着美国对华为禁令生效，索尼“断供”其第二大客户华为后，这一格局或许会发生变化，毕竟华为占其销售额的20%。

迄今为止，索尼一直在大举投资，拼命生产图像传感器，以满足旺盛的需求，包括宣布在长崎新建一家工厂的计划。

虽然索尼已获得美国政府的许可，可以恢复向华为的部分供货。然而，与索尼关系密切的消息人士告诉《日本经济新闻》，索尼仍对其与华为业务的未来持谨慎态度，因为华为仍需要为其智能手机业务的许多其他芯片和组件获得可靠的来源。

此前日经报道称，图像传感器业务是索尼的主要收入来源之一，截至今年3月的2019财年，其营业利润为2400亿日元，与视频游戏业务的业绩几乎相同。但在10月份公布2020财年第二季度收益时，索尼预计图像传感器整个财年的利润将下滑66%。

不过，苹果可能会成为索尼的救星。如果iPhone 12系列能够保持强劲需求，索尼可能能够弥补华为所造成的部分损失。

除了三星、豪威等竞争对手外，近年来，国内厂商在细分领域的崛起也对索尼造成了冲击。如在安防领域自2107年起连续两年蝉联全球市占率第一的思特威；在前年成功量产1.12 um大底1300万像素CIS的格科微；2018年成功量产130万像素车规级CIS的比亚迪半导体。

未来CIS格局又将如何变化？

（校对/Aki）