CMOS传感器发展：像素间距扩展赛打响

经过一段时间创纪录的增长，CMOS图像传感器市场开始面临一些新的挑战。CMOS在智能手机和其他产品中提供相机功能，但现在它们在fab中面临规模化和相关制造问题。和所有的芯片产品一样，在病毒爆发期间，图像传感器的增长正在放缓。

这些传感器在200毫米和300毫米晶圆厂的成熟节点上制造，并用于电话、汽车、消费品、工业／医疗系统和安全摄像头领域。如今的智能手机包含两个或多个摄像头，每个摄像头都由一个CMOS图像传感器供电，该传感器将光转换为信号，以生成图像。

智能手机集成了比以往更多的CMOS图像传感器，使系统能够支持高分辨率、功能丰富的相机。例如，三星的新5G智能手机由5个摄像头组成，包括一个后置广角摄像头，它基于一个10800万像素（MP）的图像传感器。这相当于在一个小模具尺寸上有超过1亿个像素。他还有一个世界上最小的像素间距－ 0．7 m的前置4800万像素摄像头

一个图像传感器包含了许多微小的感光像素。具体是指从某一像素中心到相邻像素中心的距离（以？m为单位）。由于像素间距反映了两个像素之间的空间大小，因此较小的像素间距就意味着像素之间的空间较小，换句话说，也就意味着更高的像素密度和更高的屏幕分辨率。并不是所有的手机都配备了最先进的图像传感器，消费者也不需要它们来拍摄更高清的照片。但很明显，消费者需要更多的成像功能。

“随着高带宽数据性能从3G发展到4G，再到现在的5G，对高质量摄像头的需求也在增长，”联电公司市场营销技术总监David Hideo Uriu表示：“这一趋势，加上对更高像素数和更好分辨率的需求，推动了CMOS图像传感器的蓬勃发展。除了这些趋势之外，生物识别技术、3D传感技术以及增强的人类视觉在手机红外／近红外光谱中的应用领域也在逐渐显现。”

不过，图像传感器供应商仍面临一些挑战。多年来，他们一直在努力降低像素间距。通过这种方式，他们可以在一个图像传感器中封装更多的像素，从而提高设备分辨率。然而最近，由于间距越来越接近光的波长，像素缩放变得越来越困难。OmniVision过程工程副总裁Lindsay Grant表示：“Pixel的研发团队现在必须找到新方法来避免降低灵敏度和增加传感器的串扰。”

另一方面，也有一种趋势，那就是在手机中保持较大的像素尺寸，并从较小的像素引入最佳的改进，以提高图像质量。这些趋势支持了客户对更大更好的相机需求，从而产生了更大尺寸的传感器。

尽管如此，图像传感器供应商已经找到了解决一些挑战的方法。其中包括：

1．新流程。高介电常数High－K和其他fab技术已经开始了像素缩放。

2．晶圆堆叠和互连。把不同的功能放在两个模具上并把它们堆叠起来并不是什么新鲜事。但是新的互联方案，如像素间的连接，正在研发中。

图像传感器市场动态

图像传感器的两大类型：CMOS图像传感器和CCD。CCD是电流驱动设备，在数码相机和各种高端产品中都可以找到。

CMOS图像传感器有别于CCD。根据TEL的网站描述：“互补的金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器每个像素有一个光电二极管和一个CMOS晶体管开关，允许像素信号被单独放大。”

针对不同的应用，CMOS图像传感器有不同的格、帧速率、像素大小和分辨率。图像传感器有全局或滚动百叶窗。例如，OmniVision新64像素的图像传感器功能0．8 m 1／1．7－inch格式的像素大小。该传感器具有静止图像捕获和4K视频性能，具有2型、2×2微透镜相位检测自动对焦功能，以提高自动对焦精度。输出格式包括每秒15帧的64MP （fps）。

供应商分为两大阵营——无生产线制造商和IDM。IDM有自己的晶圆厂，而无晶圆厂的公司则会让代工厂帮忙。在这两种情况下，供应商在晶圆片上制作图像传感器模具，然后将其切割并组装成一个封装。

根据Yole Développement数据，大约65％的图像传感器是在300mm的晶圆厂生产。Lam Research战略营销董事总经理David Haynes表示：“对于安全、医疗和汽车CMOS图像传感器产品的广泛应用而言，200mm仍然至关重要。”

今天，索尼是最大的CMOS图像传感器供应商，其次是三星和OmniVision。IC Insights称，其他供应商包括夏普（Sharp）、安森美、意法半导体、格科微电子（GalaxyCore）、SK海力士、松下（Panasonic）和佳能（Canon）。