标签: cmos图像传感器

CINNO Research 产业资讯，Doosan Tesna公司2月1日表示，已完成收购 CMOS图像传感器 (CIS)半导体后工程(OSAT)企业EngiOn。 Doosan Tesna工厂 Doosan Tesna说明称，从CIS半导体方面，由于两公司负责连续的后工程，有望实现相互协同效应，因此收购了100%的股份。收购金额并未披露。 Doosan Tesna从事系统半导体晶圆测试业务。Doosan Tesna主要进行晶圆阶段的测试，而EngiOn则从完成测试的CIS半导体晶圆中筛选良品芯片进行重新排列。 据悉，EngiOn不仅对应图像传感器，还对应显示屏驱动芯片(DDI)、指纹识别传感器(Touch IC)和硅碳化物(SiC)电力半导体。 为了提高在重新排列工艺中的良品率，开发了高效、环保的CLD（Chip Level Delamination）工艺，正准备量产。CLD是一种没有化学药品，只使用胶带，确保切割过程中产生的硅残留物不粘在晶圆芯片传感器上的工艺。 Doosan Tesna相关人士表示：“我们将以收购EngiOn为起点，继续扩大业务领域，增强竞争力。”

在人口红利消失和机器人制造门槛下降的背景下，机器人和智能设备产业的发展越来越受到社会各界的广泛关注。 其中，机器人更被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”， 其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。 01 中国，全球最大工业机器人消费国 工业机器人，即面向工业领域的机器人，是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。由于工业机器人能够加快生产制造任务，如焊接与组装，因此被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中，当前，机器人产业已成为检测国家工业化发达程度的重要标志。 作为智能制造的重要组成部分，近年来工业机器人产业得到了迅速发展，2013年全球机器人销量再创新高，日本、欧洲等地区的厂商加速规模扩张和技术革新。同年，中国成为全球第一大工业机器人市场，国内工业机器人产业园区建设持续升温。 随后的2016年，机器人产业发展首次被写入“十三五”规划，多项相关政策先后出台，工业机器人的发展更多围绕“智能制造”、“制造业转型升级”等关键词展开。 据亿欧智库《2022中国工业机器人市场研究报告》数据，2021年，中国工业机器人销量为25.6万台，同比增长48.8%，已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。 *图源亿欧智库 2021年12月的“十四五”机器人产业发展规划更是立足机器人产业高质量发展，从技术、规模、应用、生态等角度提出了发展目标，规划到2025年，机器人产业营业收入年均增速超过20%。据亿欧智库测算，2025年预计中国工业机器人销量将突破45万台。 中国工业机器人发展如此如火如荼，主要得益于这几大刺激因素： 01 政策环境 前面提到了“十三五”和“十四五”规划接连加码机器人产业，此外，智能制造降本提效明显，同时信息化和工业化的融合也将促进工业产业的数字化和智能化，从而推进工业机器人的应用和发展； 02 劳动供给 一方面，随着人口自然增长率和出生率近年来的持续下滑，未来劳动力总量下降的趋势无法避免；另一方面，劳动力成本的提升，也势必使得企业进行降本增效推动工业机器人落地； 03 疫情叠加 再者，除了政策推动和人口红利的消退，疫情的影响也迫使众多制造工厂将无人化生产提上了进程。 02 三大技术模块，传感居其一 若按模块划分，工业机器人主要由传感模块、控制模块和机械模块3大部分构成。其中传感模块负责感知内部和外部的信息，控制模块控制机器人完成各种活动，机械模块接受控制指令实现各种动作。 *图源亿欧智库 虽不算工业机器人的上游核心零部件，但传感模块相当于工业机器人的眼、耳、鼻等感觉器官，只有在这些信息的帮助下，控制器才可以发出对应的指令，指导机器人完成所需的动作。 正常情况下，机器人工作时需要检测其自身的状态和作业对象与作业环境的状态，据此，工业机器人所用传感器可分为内部传感器和外部传感器两大类。外部传感器使得机器人具备对外部环境的适应能力，从而表现出一定程度的智能性。 内部传感器： 用于确定机器人在其自身坐标系内的姿态位置，是完成机器人运动控制（驱动系统及执行机械）所必需的传感器，多数是用于测量位移、速度、加速度和应力的通用型传感器。 以位置传感器为例，它是控制机器人位置、方向和运动的关键。艾迈斯欧司朗的非接触式位置传感器提供高分辨率IC解决方案，例如电机位置传感器、角度位置传感器等，非常适合用来感测和控制工业机器人联合系统的位置。以其电机位置传感器为例，它能够帮助电机驱动更加精确地控制力矩与速度，提高功率并减小电机尺寸。 外部传感器： 主要用来检测机器人所处环境及目标状况，从而使得机器人能够与环境发生交互作用并对环境具有自我矫正和适应能力。从广义来看，具有多种外部传感器是先进工业机器人的重要标志。 常见的工业机器人外部传感器主要包括：视觉传感器，触觉传感器、接近觉传感器、距离传感器等。 工业机器人的机器视觉系统是指通过视觉传感器抓取图像，然后将该图像传送全处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、原色等信息，进行尺寸、形状、颜色等的判别，进而根据判别的结果来控制现场设备动作的系统。 机器视觉系统通常需要具备高精度、连续性、灵活性等特点，此时，具备高量子效率的低功耗、小尺寸全局快门图像传感器就成为关键，艾迈斯欧司朗提供一系列创新型小巧外观、高灵敏度的节能型CMOS图像传感器，比如Mira系列图像传感器。 再比如，艾迈斯欧司朗小尺寸、高精度的飞行时间模块可精准实现占位监测，如果有人进入机器人活跃工作区域，可保护其进行安全操作；另外，基于其光谱传感器还可以识别地毯或潮湿表面等材料。 伴随协作环境中机器人和人类的合作更加密切，传感模块解决方案的重要性更加凸显。无论是为了避免碰撞、实现手势识别，还是促进人机交互，都需要相应的传感解决方案。 03 一些痛点 虽然工业机器人发展迅猛，但仍然具备一些市场痛点，亿欧智库也相应总结了几点： 全自动化方案缺失： 目前，工业本体厂商只负责卖标准产品给终端客户，而产线自动化改造需要系统集成商设计方案。假如系统集成商没有做过此类产线，则需要时间和成本，拖延产线改造时间，提高了产线改造的成本； 高效但不智能： 当前工业机器人主要提供重复性、大批量、标准的服务，因此对于所处理的材料和半成品也有一定规格标准化的要求。另一方面，由于工业机器人不够智能，对于模糊范围的处理只能依据程序作业。 假如屏幕有微小磕碰，机器人可能判定无法作业，但若人工判定则是可以继续加工并售卖。当然，例如机器视觉传感的发展就能在一定程度上解决这些问题，但非标准化的作业也会相应降低效率； 特殊需求难满足： 特殊的场景有特殊的需求，例如医药行业需要耐药性、防尘、防水。特殊的需求需要定制机器人，但工业机器人厂商对于定制的订单需要考虑订单体量和未来效益问题，所以此类需求可能无法被满足…… 当然， 中国的工业机器人发展更面临着技术基础薄弱、自主品牌市占率低下等问题， 但在智能制造的风口上，从亿欧智库统计的数据来看，这一领域近几年更热了。 *图源亿欧智库 截至2022年3月2日，中国工业机器人相关企业数量超过11.4万家，特别是2020年疫情之后，近两年工业机器人新增企业数量增长显著。

自登陆火星后，“毅力号”火星车发回的高清照片不断惊艳世界。而在记录人类又一个“首次”的历史纪念中，CMOS图像传感器也贡献了自己的力量。 把时间拉回到2021年4月19日。 就在那天，美国国家航空航天局（NASA）宣布，“机智号”无人直升机成功完成火星首飞，并完成3米高度悬停30秒的高难度动作。 人造航空器首次在另一个行星上受控飞行的精彩表现，通过距此约76米外的“毅力号”探测器传回地球。值得一提的是，“毅力号”火星车搭载的23台相机中，有10台采用了艾迈斯欧司朗的CMV系列CMOS图像传感器。 这张全景图片正是毅力号上搭载艾迈斯欧司朗CMV系列图像传感器的导航相机于2021年2月20日拍摄的，由6张单独的图像在传回地球后拼接而成。 从90年代初期开启自己的时代到一路飞向太空，CMOS图像传感器似乎已掌握了“流量密码”，找到一条属于自己的路，不断开疆拓土。 1 、 图像传感器中的“潜力股” 作为一种能够将光学图像信号转化为数字信号的电子器件，CMOS图像传感器一直是摄像头的核心器件，凭借着消费电子、甚至汽车、安防、机器视觉、医疗等多个下游应用的广阔市场，CMOS图像传感器增长迅速。 据Yole Development预计，CMOS传感器2026年全球市场规模将扩大至315亿美元，较2020年市场规模提升50%。 回归中国市场，根据头豹研究院公布的最新数据，中国CMOS图像传感器行业在消费、汽车、安防等不同应用领域的渗透程度不断加深，2021年，中国传感器行业营收市场规模为2,851亿元，CMOS图像传感器占比位居第二，达26.5%。 随着高新技术不断进步，CMOS图像传感器的需求被进一步释放，正在推动整体传感器市场扩容。 2 、 迎来属于自己的时代 1873年，科学家约瑟·美(Joseph May) 及伟洛比·史密夫(Willoughby Smith)就发现了硒元素结晶体感光后能产生电流，由此，电子影像发展开始，随着技术演进，图像传感器性能逐步提升。 一路历经光学倍增管（PMT）、光电及双极二极管阵列、CCD图像传感器，上世纪90年代末，CMOS迎来了自己的时代。 相比于CCD图像传感器，CMOS的优势主要集中在以下3方面： 1）成本：CMOS 图像传感器芯片一般采用适合大规模生产的标准流程工艺，在批量生产时单位成本得以远低于CCD； 2）尺寸：CMOS图像传感器能够将图像采集单元和信号处理单元集到同一块基板上，体积得到大幅缩减，使之非常适用于移动设备和各类小型化设备； 3）功耗：CMOS图像传感器相比于CCD还保持着低功耗和低发热的优势。 也是凭借这些优势，如今CMOS图像传感器已占据了市场的绝对主导地位，基本实现对CCD图像传感器的取代。 3 、 这些领域最有看头 当前，如果要细数CMOS图像传感器的主流应用行业，消费电子、汽车和安防监控是绝对的看点，一一来说： 消费电子占比最大： 从下游应用领域来看，目前CMOS图像传感器最大市场为智能手机摄像头。 根据Yole Development数据，2021年全球CMOS图像传感器手机市场占比达到75.9%。这主要得益于近几年手机摄像往高分辨率、多摄像头方向发展，特别是当前高端手机的摄像头数量均在3~5个之间，拉升了对CMOS传感器的需求。 就中国市场，CMOS在智能手机领域的应用占比同样最大，高达61.8%。尽管当前受疫情、俄乌战争以及全球能源材料短缺而导致能源、原材料和食品通货膨胀等叠加因素的影响，消费者整体换机需求减慢，但业界预计2023年后伴随需求复苏，加上消费者对智能手机拍摄功能的需求继续加码，例如分辨率、清晰度、美观度和全场景适应能力等，都将继续推动CMOS图像传感器的发展。 汽车市场极具前景： 若从市场增速来看，汽车市场增长迅猛，2021年汽车CMOS市场占有率已经达到11.7%。在车载领域，CMOS图像传感器可以广泛应用例如后视摄像(RVC)，全方位视图系统(SVS)，摄像机监控系统（CMS），驾驶员状态监测（DMS）/乘客状态监测（IMS）系统等。 目前，自动驾驶已成为汽车产业智能化发展的趋势，而传感器作为自动驾驶的基石，有助于提升汽车行驶过程中的认知能力。随着电动车渗透率的上升以及智能驾驶的发展，单车CMOS传感器的使用量也在大幅增长，预计未来5年内车用摄像头将是CMOS市场增长的主要动力。 安防市场稳定增长 ：由于安防监控离不开视觉信息的获取，因此对图像传感器依赖较深，也是CMOS图像传感器市场增长较快的新兴行业领域之一。 2016年，中国视频监控行业市场规模为962亿元，2021年上升至1,556亿元，占中国安防市场18.4%，2016年至2021年复合增长率为10.1%，中国视频监控行业整体规模保持告诉发展，且中国安防市场对包括CMOS图像传感器在内的安防监控产品的需求也由一线城市延伸至二、三线城市及农村地区，推动CMOS图像传感器在安防领域的发展。 除了上述3大热门需求，近年来，艾迈斯欧司朗也观察到了医疗应用需求的涌现。由于传统的电荷耦合设备（CCD）图像传感器技术已不能满足医疗图像抓取应用的需要，CMOS图像传感器逐渐在医疗电子应用崭露头角，一些常用的医疗器械如医疗内窥镜均因为CMOS图像传感器使得性能有大幅度提升。 例如，艾迈斯欧司朗“小如针头”的NanEye微型CMOS图像传感器配置相应的最小型数码摄像头模组，可提供仅为1毫米x 1毫米的模组封装，是内窥镜的理想元器件。 4 、 技术和应用，拓展ing 当然，除了领域上的开疆拓土，技术维度上CMOS也是一路进阶。 近年来，全局快门在 CMOS 图像传感器领域中的应用广度与深度都在迅速提升。采用全局快门模式的 CMOS 图像传感器，每个像素处都增加了采样保持单元，使得所有的像素可以同时用以捕获图像，从而避免了在高速拍摄场景下因每行像素曝光时间差异而形成的“果冻效应”。 目前来看，全局快门 CMOS 图像传感器在全球新兴领域的主要应用覆盖无人机、扫地机器人、AR/VR、新型家用式游戏主机、智能教学终端和翻译笔等新型智能产品。 CMOS 图像传感器作为这类智能产品视觉模块的重要组成部分，其综合性能的提升对于此类产品的升级换代至关重要。而只有高帧速的全局快门 CMOS 图像传感器才能更好满足这类新兴应用对于无形变和高速捕捉等成像需求。 开篇中介绍的用于“毅力号”火星探测器的2款艾迈斯欧司朗图像传感器——CMV20000以及CMV4000，均为全局快门CMOS图像传感器。而在“毅力号”火星车中的应用，也成为它们可在极端恶劣的环境下持续提供优越图像拍摄性能的最好背书。 艾迈斯欧司朗自身也希望将这些性能优越的CMOS图像传感器从相机、智能手机等消费电子类应用上进一步扩大范围，用于工业视觉、AR/VR等广泛领域。 就在几个月前，艾迈斯欧司朗新近推出了一款220万像素全局快门式可见光和近红外(NIR)图像传感器—— Mira220图像传感器。 通过采用背照(BSI)技术和堆叠式芯片设计，Mira220生产可实现芯片级封装，尺寸仅为5.3mm x 5.3mm，具有最新的2D和3D传感系统所需的低功耗和小尺寸特点，非常适合AR/VR产品、无人机、机器人、智能门锁和自动驾驶汽车等应用。 可以说，CMOS的这条应用疆土扩张路还在进行中。

CMOS 图像传感器市场巨头林立，中国企业如何突出重围？ 随着科技全球化的进一步推进，以及世界范围内暴力、恐袭事件的频发，全球安防市场近年来迎来了又一个春天。而中国安防产业经过三十多年的发展，也已经迅速崛起为世界安防产业中的一支重要力量。中国本土安防企业所生产的产品，除了满足规模不断扩大的国内安防市场的需求外，还远销到一带一路沿线国家，欧美、中东、东南亚、非洲等100多个国家和地区。 在安防产业中，作为主要功能单元的监控，存储及网络传输设备的核心芯片（主控SoC，成像传感器）技术尤为重要，但却由于技术门槛高、对国外产品依赖性强而在不经意之间被忽视。 美国“棱镜门”事件爆出之后，在本月，全球最大的SoC/CPU供应商英特尔公司又被爆出主控CPU芯片的安全漏洞。英特尔公司公开承认，近年来所售的中高端CPU全部存在安全缺陷。原本为了便于解决系统瘫痪问题，英特尔在这些芯片中植入了AMT（主动管理技术），但这种技术的设计并不严谨，可以被黑客加以利用，可以通过网络远程加载运行未经授权的程序，造成系统崩溃、模拟系统安全核查等行为，进而达到窃取信息甚至劫持系统控制权的目的。 由此可见，核心芯片的安全问题是需要在设计环节就严加把控。而核心芯片的设计技术更是不应该只掌握在发达国家手中，这与行业技术进步及国家战略发展方向息息相关。 目前，中国的芯片技术是国家大力支持发展、市场前景十分广阔的一个技术领域。就市场而言，中国是世界上最大的半导体消费国。据预测，到2025年， 中国将占据 50%的全球芯片需求量，但是当前，超过90%的芯片消费仍依赖进口。在2014年之前，中国政府就曾经几次试图做大做强本土半导体产业，但收效甚微。发展是硬道理，在技术决定实力的今天，国产半导体产业是国家战略方向上大力支持的一环。国家发展纲要中要求，到2020年，中国半导体产业年增长率要不低于20%，政府在五到十年内将在这一领域出资1700亿美元，由此可见，中国半导体产业真正迎来了春天。 中国本土科技企业在大力发展芯片技术，展讯通信在去年MWC上发布64位八核架构的4G芯片SC9860，实现了公司在中高端智能手机市场上的突破。华为麒麟在3G芯片大战中，扮演了“黑马”的角色。除了主要配套网络和视频应用的行业专用芯片之外，2009年开始，华为还在不断研发和改进高性能手机芯片。除此之外，纵观安防市场，国产高性能成像传感器芯片的供应仍处于空白状态，图像传感器等核心技术一直被SONY等外商把持，中国企业在核心技术方面并不占据优势 。面对巨大的高性能成像传感器芯片技术鸿沟，很多国内企业开始收购国外的技术公司，并试图以这种方式来快速填补技术和市场上的空白。但实际效果证明，这样的模式并没有大获成功，收购的方式也终究是治标不治本。 面对市场环境对图像传感器性能的强烈需求，拥有一流图像传感器设计技术和雄厚人力资源的SmartSens作为“中国的SONY”横空出世。SmartSens是由入选“国家千人计划”的徐辰等多位曾在美国硅谷从事CMOS图像传感器芯片研发的海归博士创立。历经7年的快速发展，逐渐成为国内安防行业中高端成像传感器芯片市场的中坚力量，奠定了业界领先、国际一流的地位。 众所周知，早在市场主流是CCD图像传感器的时代，SONY就凭借卓越的技术雄霸图像传感器市场。多年的行业积累和对图像领域的理解，让SONY在图像传感器设计技术方面积累了足够的经验。在CMOS图像传感器大面积应用之前，凭借灵敏度、信噪比优势，SONY的CCD图像传感器就在监控、交通等领域得到广泛应用。然而，CCD图像传感器也有响应速度慢、成本过高、应用设计复杂等缺点。随着成像市场对于大分辨率、高帧率、低成本图像传感器的需求变化及技术的发展，CMOS图像传感器凭借自身的优势（集成度高，性能优异，用户易用等）逐渐成为当今图像传感器市场的主流。在这个图像传感器技术的新时代，SONY依靠雄厚的技术实力，再次领跑CMOS图像传感器市场，在细分领域（如安防监控），更是占据了80%以上的全球市场份额 。 国产CMOS图像传感器想要追赶甚至超越SONY，必须在技术上寻求突破，在传感器芯片设计技术上不断创新。同时还需做到对行业及市场发展趋势足够了解，甚至还需要和用户真正的产品设计意图紧密结合，做到快速响应和有效反应。 正是看清了这一点，SmartSens在国产化高端CMOS图像传感器芯片领域不断寻求技术突破，立志成为中国图像传感器领域的领军企业，成为中国的SONY。SmartSens抱着进军高端市场的决心和开放容纳的态度，在中国安防市场异军突起， 通过不断进行技术升级，和产品的快速、准确落地，为高速变化的安防市场带来了至关重要的新鲜血液， 为半导体事业的发展贡献了力量。 除了安防监控领域，SmartSens也早早对现已成为科技发展大趋势的人工智能（AI），智能感知和机器视觉领域进行了布局。 机器视觉/人工智能对于成像传感器的需求与传统的成像领域截然不同，这个新兴行业需要让机器、程序、算法理解图像中出现的事物。因此，人工智能（AI）行业对图像传感器的性能有更高要求；为了能够让机器更加快速、精准地理解图像中的“语义”，需要传感器更真实地还原所拍摄图像，例如高信噪比，低照度响应，高动态范围和拍摄图像无形变、残影等要求。Global Shutter图像传感器也因此而成为了人工智能(AI)行业的“刚需”。 相比较于一般的全局快门图像传感器技术，SmartSens的Global Shutter技术采用电压域（Voltage-Domain）处理方法，突破性地在成像传感器相元（Pixel）内运用CDS技术将光电荷信号转换为电压信号进行存储。 这种处理方式能保证更低的图像噪声（抑制暗电流），提供更好的成像效果；同时提高传感器快门效率（Shutter Efficiency），有效解决传统Global Shutter CIS前后帧拍摄的图像数据残留问题，为AI算法的运行精准度提供有效保证。 基于多年高性能图像传感器设计技术的积累和技术领域的不断创新突破，SmartSens独有的Global Shutter传感器设计技术已经达到了世界一流水平。这项技术通过与TSMC的战略合作，世界首创性地将Global Shutter CMOS图像传感器和背照式（BSI）pixel 设计工艺融合在一起，极大地提升了CMOS图像传感器的感光灵敏度（QE）和Low-light（低光照）环境下的成像效果。 目前，SmartSens已经将Global Shutter CMOS图像传感器技术产品化为SmartGS™系列CIS产品，贴合不同领域的应用需求。工业自动化（FA）、智能交通（ITS）、物流读码、AR/VR及3D智能感知（Depth Sensing/vSLAM）等领域的众多知名企业已经将SmartGS™系列传感器运用到核心产品当中。 值得一提的是，SmartGS™系列的高端产品还可以提供1000fps帧率的数据读出和更快的系统反应速度，能够连续、快速地捕捉超高速移动的物体。这些性能配合自动化机械手臂的应用，可以更加有效地提高工业自动化（FA）行业的生产制造效率，为中国制造2025奠定坚实的基础。 据SmartSens高性能传感器事业部总经理姚汝晖女士介绍，SmartSens作为一家技术驱动型公司，依托其多年的CMOS图像传感器技术储备，以及雄厚的研发团队作为支撑，在满足高信噪比、高清晰度的同时，运用创新的高动态范围技术，满足高速运动场景的宽动态范围成像需求。此外SmartSens 采用低功耗架构设计，有效降低产品功耗，使产品设计有了更多领域（如消费类）的适应性。SmarSens的产品性能已经逐渐接近甚至可以媲美SONY，而且SmartSens在新兴领域发布的高端产品的成像质量、性价比和系统功耗控制上更是有着前所未有的优势。在市场和行业快速发展的今天，成为“中国的SONY”甚至走向世界更大的市场，已不再是梦想。 在前两次工业革命中，中国让欧美在技术和工业上抢占了先机，而第三次科技革命的进行，正是又一次极其有利的机会。掌握最前沿的技术，是中国公司超越欧美公司的唯一机会和方向，也是中国企业立足世界市场之本。 面对巨大的机遇和光明的前景，中国的CMOS图像传感器厂商还需要勇敢地迎接挑战，在正确的方向上坚定扎实地走下去。欣慰的是，现如今有像SmartSens等企业正成为CMOS图像传感器供应商的代表，他们扎根在国内，有广阔的成长空间，源源不断地在为国内半导体事业的发展贡献力量和培养人才。正如纪录片《辉煌中国》所展现的一样，中国企业、中国的核心技术必将让世界为之惊叹。历史会被超越，奇迹会被创造，我们期待中国企业在CMOS图像传感器芯片市场上书写新的篇章，创造更加辉煌的未来。 ​ ​