一、原理：光學(xué)成像
CIS是光學(xué)鏡頭模組的重要組成部分
光學(xué)鏡頭由鏡片、濾光片、CIS、馬達和保護蓋板組成； 根據(jù)證券之星官網(wǎng)、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院援引ittbank，按照BOM成本劃分，光學(xué)鏡頭模組 中CIS占比超過50%，其次為鏡頭，占比20%，模組封裝、音圈馬達、紅外濾光片則分 別占到19%、6%、3%。因此CIS在鏡頭中價值量占比最大。
CIS是高度集成的圖像系統(tǒng)芯片
CIS全稱CMOS Image Sensor，CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器是一個 高度集成的圖像系統(tǒng)芯片； 當外界光線照射到CMOS圖像傳感器，傳感器擁有的感光單元陣列會發(fā)生光電效應(yīng)， 光電效應(yīng)使得陣列上的每個感光單元產(chǎn)生對應(yīng)外界色彩和亮度的電荷信號，之后信號 會被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，從而還原出現(xiàn)實的影像。
CIS原理：光電信號數(shù)模轉(zhuǎn)換
CMOS圖像傳感器是模擬電路和數(shù)字電路的集成，主要由四個組件構(gòu)成：微透鏡、彩 色濾光片（CF）、感光二極管（PD）、電路層。 光通過具有球形表面的微透鏡后聚攏穿過彩色濾光片，拆分成為紅、藍、綠色光進入 感光二極管內(nèi)并轉(zhuǎn)化為電子，再經(jīng)由像素電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后通過邏輯電路輸 出成為圖像數(shù)字信號。
CIS分類：FSI、BSI、Stacked
CMOS圖像傳感器根據(jù)感光元件安裝位臵，主要可分為：前照式結(jié)構(gòu)(FSI)、背照式結(jié) 構(gòu)(BSI)，在背照式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還可以進一步改良，又被稱為堆棧式結(jié)構(gòu)(Stacked)。 背照式CIS：晶圓工藝是在標準CIS邏輯電路晶圓基礎(chǔ)上，通過晶圓鍵合、晶圓減薄等 工序，將原本臵于彩色濾膜和光電二極管之間的金屬布線移至芯片的另一側(cè)，由此光 線可由無阻擋的襯底背面直接進入光電二極管，可以顯著改善量子效率的同時也提升 了小尺寸像素設(shè)計的自由度。 堆棧式CIS：能在處理電路得到更多的晶體管，擁有更快的速度，原來不容易實現(xiàn)的 HDR、升格等，現(xiàn)在變得很常見。讀出速度也變得更快。而且，由于將像素區(qū)域和處 理電路區(qū)域堆疊，像素區(qū)域能做得更大。
CIS主要參數(shù)及應(yīng)用比較
影響CMOS圖像傳感器的主要參數(shù)指標包括如下： 像素總數(shù)和有效像素總數(shù)（個）、像素尺寸（μm）、光學(xué)尺寸（英寸）、幀率（fps）、 信噪比（dB）、動態(tài)范圍（dB）、感光度（V/lux*sec）、量子效率等 。 按照不同下游應(yīng)用場景，對應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)發(fā)展水平和要求也不同。
二、產(chǎn)業(yè)鏈&技術(shù)迭代&歷史
圖像傳感器：CMOSvsCCD
圖像傳感器大類主要分為CCD圖像傳感器（電荷耦合器件圖像傳感器）和CMOS圖像傳感器（互 補金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器）兩大類。CCD和CMOS圖像傳感器的主要區(qū)別在于二者感光二 極管的周邊信號處理電路和對感光元件模擬信號的處理方式不同： CCD圖像傳感器：感光元件接受的模擬信號直接進行依次傳遞，在感光元件末端將所傳遞的模擬 信號統(tǒng)一輸出，并由專門的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及信號處理芯片進行放大、數(shù)模轉(zhuǎn)化及后續(xù)數(shù)字信號處 理，CCD圖像傳感器具有高解析度、低噪聲等優(yōu)點，但生產(chǎn)成本相對較高，主要用于專業(yè)相機、 攝影機等設(shè)備。 CMOS圖像傳感器：每個感光元件均能夠直接集成放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，無需進行依次傳遞 和統(tǒng)一輸出，再由圖像處理電路對信號進行進一步處理，CMOS圖像傳感器具有成本低、功耗小 等特點，且其整體性能隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷演進而持續(xù)提升。
歷史發(fā)展，技術(shù)迭代：CMOS占據(jù)主導(dǎo)
從上世紀90年代開始，CMOS圖像傳感技術(shù)在業(yè)內(nèi)得到重視并獲得大量研發(fā)資源， CMOS圖像傳感器開始逐漸取代CCD圖像傳感器。如今，CMOS圖像傳感器已占據(jù)了 市場的絕對主導(dǎo)地位，基本實現(xiàn)對CCD圖像傳感器的取代，而CCD僅在衛(wèi)星、醫(yī)療等 專業(yè)領(lǐng)域繼續(xù)使用。
CMOS傳感器芯片主要優(yōu)勢
CMOS圖像傳感器芯片主要優(yōu)勢可歸納為以下三個層面： 成本層面：CMOS圖像傳感器芯片一般采用適合大規(guī)模生產(chǎn)的標準流程工藝，在批量 生產(chǎn)時單位成本遠低于CCD； 尺寸層面：CMOS傳感器能夠?qū)D像采集單元和信號處理單元集成到同一塊基板上， 體積得到大幅縮減，使之非常適用于移動設(shè)備和各類小型化設(shè)備； 功耗層面：CMOS傳感器相比于CCD還保持著低功耗和低發(fā)熱的優(yōu)勢。
CIS產(chǎn)業(yè)鏈：Fabless、Fab-lite、IDM并存
國內(nèi)本土CMOS圖像傳感器設(shè)計廠商目前一般采取Fabless模式，包括思特威、韋爾股 份（豪威科技）、格科微等。 Fabless模式的優(yōu)點集中在其輕資產(chǎn)、低運行費用和高靈活度，可以專注于芯片的設(shè)計 和創(chuàng)研工作。在晶圓產(chǎn)能供應(yīng)緊張的階段，F(xiàn)abless廠商能否獲得上游晶圓代工廠的穩(wěn) 定供貨至關(guān)重要。晶圓代工廠選擇合作伙伴的標準也不僅僅停留在短期價格的層面。 國內(nèi)外的晶圓代工廠商都會更傾向于與有自主技術(shù)、有產(chǎn)品能力、并與下游行業(yè)客戶 綁定較深的優(yōu)質(zhì)Fabless廠商保持穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系。
CIS創(chuàng)新路徑之像素
技術(shù)競賽依然是未來CIS競爭中一個關(guān)鍵的方面，推動著CIS向更小像素、3D集成技術(shù)和新 穎像素設(shè)計方向發(fā)展。我們認為CIS創(chuàng)新路徑圍繞兩個方面： 像素點數(shù)量不斷增加，像素尺寸不斷縮小，分辨率以及清晰度持續(xù)提升。 隨著H.265編碼技術(shù)的普及、4K甚至更高分辨率視頻應(yīng)用逐漸上量，加之人臉識別和物體識 別等智能視頻需求的興起，都意味著未來市場對CMOS圖像傳感器能夠支持更高分辨率和更 高幀率的輸出需求將越來越迫切。
CIS創(chuàng)新路徑之工藝
CIS產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從FSI（前照式）技術(shù)工藝過渡到BSI（背照式）技術(shù)工藝，現(xiàn)在又轉(zhuǎn)向堆棧 式BSI技術(shù)工藝。在堆棧式BSI技術(shù)工藝中TSV（硅通孔）技術(shù)被用來連接傳感器陣列和 logicdie（邏輯芯片）。堆棧式BSI標準技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為使用銅與銅連接的混合堆棧。 最新CIS產(chǎn)品確實將混合連接間距縮小到像素間距，這為實現(xiàn)像素連接開辟了道路。
三、競爭格局&市場空間
CIS市場規(guī)模：千億市場，快速成長
根據(jù)思特威招股說明書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計，自2016年至2020年，全球CMOS圖 像傳感器出貨量從41.4億顆快速增長至77.2億顆，期間年復(fù)合增長率達到16.9%。預(yù)計 2021年至2025年，全球CMOS圖像傳感器的出貨量將繼續(xù)保持8.5%的年復(fù)合增長率， 2025年預(yù)計可達116.4億顆。 全球CMOS圖像傳感器銷售額從2016年的94.1億美元快速增長至2020年的179.1億美元， 期間年復(fù)合增長率為17.5%。預(yù)計全球CMOS圖像傳感器銷售額在2021年至2025年間 將保持11.9%的年復(fù)合增長率，2025年全球銷售額預(yù)計可達330.0億美元。
CIS銷售額：新興應(yīng)用如汽車電子、醫(yī)療占比將持續(xù)提升
根據(jù)格科微招股說明書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計，2019年，全球智能手機及功能手機 CMOS圖像傳感器銷售額占據(jù)了全球73.0%的市場份額，平板電腦、筆記本電腦等消費終 端CMOS圖像傳感器銷售額占據(jù)了全球8.7%的市場份額。至2024年，新興領(lǐng)域應(yīng)用將推 動CMOS圖像傳感器持續(xù)增長，但隨著智能手機多攝趨勢的不斷發(fā)展，手機用CMOS圖像 傳感器仍將保持其關(guān)鍵的市場地位。
CIS行業(yè)競爭格局：一超多強，小而美
全 球 CMOS 圖 像 傳 感 器 行 業(yè) 呈 現(xiàn) 寡 頭 壟 斷 態(tài) 勢 。 根 據(jù) 格科微 招 股 說 明 書 援 引 Frost&Sullivan統(tǒng)計，以出貨量口徑統(tǒng)計，2020年，市場份額排名前五的供應(yīng)商合計占 據(jù)了96.0%的市場份額。其中，格科微以20.4億顆的出貨量位列市場第一，占據(jù)29.7%的 市場份額，豪威科技排市場第四，占據(jù)14.6%份額。以銷售額口徑統(tǒng)計，2020年，格科微 以58.6億元的銷售額位居行業(yè)第四，市場占有率為4.7%，豪威科技排市場第三，占據(jù) 11.3%份額。
2022年CIS市場預(yù)測：龍頭強者恒強，手機貢獻71.4%
根據(jù)韋爾股份21年報援引Counterpoint預(yù)測，受智能手機、汽車、工業(yè)和其他應(yīng)用需求 增長推動，2022年全球圖像傳感器（CIS）市場營收將達到219億美元，同比增長7%，其 中手機CIS市場將貢獻71.4%的營收，前三大CIS供應(yīng)商索尼、三星和豪威合計營收比例 達到77%。
四、下游應(yīng)用多點開花
CIS下游應(yīng)用領(lǐng)域的不同技術(shù)特點
智能手機：5G時代手機用戶對智能手機的拍攝功能有很高的需求，智能手機拍攝功能，包括分辨率 、清晰度、美觀度和全場景適應(yīng)能力，已成為智能手機的核心亮點，因此對圖像傳感器的超高像素的 要求非常高。
安防監(jiān)控：安防攝像機需要在可見光不足、暴曬高溫以及其他各類的苛刻環(huán)境條件下保持長時間正常 工作，除常規(guī)參數(shù)達到基本要求外，其最重要的技術(shù)參數(shù)包括信噪比、HDR和量子效率，同時對耗電 量、極端溫度條件工作性能等也有較高的要求。
CIS之智能手機：演變方向&技術(shù)變革
除高像素、多攝、3D攝像等趨勢外，智能手機攝像頭還經(jīng)歷了大光圈、更快自動對焦、光 學(xué)防抖等多種技術(shù)變革。整體上看，用戶對拍攝體驗優(yōu)質(zhì)化、多樣化的需求對CMOS圖像 傳感器的各方面性能提出了更為嚴格的要求，也推動了市場需求的不斷增長。
CIS之智能手機：多攝普及
根據(jù)格科微招股書，從2000年單攝手機問世，到2011年雙攝手機推出，再到2019年后臵 四攝手機發(fā)布，單部手機的攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，2021年單部手機攝像頭配臵數(shù)量可達到 6個甚至更多。而攝像頭數(shù)量與其中元器件數(shù)量成正比，因此直接帶動了CMOS圖像傳感 器需求的增加。
CIS之智能手機：攝像頭數(shù)量增長趨勢明顯
根據(jù)格科微招股書援引Frost&Sullivan統(tǒng)計，全球智能手機后臵雙攝及多攝（三攝及以上 ）的滲透率呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。后臵雙攝智能手機自2015年初具規(guī)模以來，于2018年滲 透率達到高峰，占據(jù)40.0%的份額。此后，后臵三攝及以上的多攝智能手機逐漸成為市場 主流，預(yù)計至2024年，后臵雙攝及多攝智能手機滲透率合計將達到98.0%。
平均單部智能手機所搭載的攝像頭數(shù)量也在逐年上升，自2015年的2.0顆上升至2019年的 3.4顆，年均復(fù)合增長率達到14.3%，此后預(yù)計將以年均7.3%的增長率上升至2024年的4.9 顆。智能手機攝像頭搭載數(shù)量的增加直接帶動了CMOS圖像傳感器市場需求的上升，在智 能手機市場進入存量時代后，多攝趨勢為CMOS圖像傳感器市場注入了強大的發(fā)展動能， 使其有望實現(xiàn)顯著高于手機市場的增長速率。
CIS之智能汽車：智能化浪潮下的需求提升
在汽車智能化浪潮中，汽車上攝像頭的數(shù)量和像素級別隨著自動駕駛等級的提升不斷提升 ，以實現(xiàn)更加精準的路況判斷、信號識別及緊急狀況判斷。 汽車廠商對圖像傳感器的需求從傳統(tǒng)的倒車雷達影像、行車記錄儀擴展到電子后視鏡、360度全景成像、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、駕駛員監(jiān)控（DMS）等系統(tǒng)。 隨著自動駕駛技術(shù)和安全技術(shù)的發(fā)展，更多的攝像頭方案成為汽車標配，車用圖像傳感器 數(shù)量也將從傳統(tǒng)的兩顆左右提升至十余顆。同時，伴隨著更復(fù)雜的應(yīng)用場景對像素要求的 提升，車用圖像傳感器的單顆價值量也將有一定幅度的上漲。
CIS之智慧安防：CIS在安防領(lǐng)域逐漸完成對CCD替代
根據(jù)韋爾股份可轉(zhuǎn)債募集說明書援引Yole Development的數(shù)據(jù)顯示，從2012年以來， CMOS圖像傳感器在安防領(lǐng)域逐漸完成對CCD的替代，2015年安防領(lǐng)域CMOS圖像傳感 器市場規(guī)模超過CCD，并在后續(xù)年度呈逐年上升趨勢。
2016年，安防領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器市場用量約為1億顆，預(yù)計到2022年將增長至3.2 億顆。根據(jù)韋爾股份可轉(zhuǎn)債募集說明書援引IC Insights的數(shù)據(jù)，2018年CMOS圖像傳感器 在安防領(lǐng)域的市場規(guī)模為8.2億美元，預(yù)計2023年將上升至20億美元，年復(fù)合增長率 19.5%。
CIS之機器視覺：機器視覺應(yīng)用場景比較豐富
機器視覺領(lǐng)域，近年來人工智能的理論和技術(shù)日益成熟，深度學(xué)習(xí)能力不斷提高，機器視 覺的應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛。伴隨著運算能力的提升和3D算法、深度學(xué)習(xí)能力的不斷完善 ，機器視覺硬件方案的不斷成熟，同時各類軟件應(yīng)用解決方案相繼提出，使其在電子制造 產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的廣度和深度都在提高，并且隨著智能化消費品的技術(shù)進步和隨之帶來的生活習(xí) 慣和消費行為的變化，包括無人機、掃地機器人、智能門禁系統(tǒng)、智能翻譯筆在內(nèi)的新興 消費電子產(chǎn)品在人們?nèi)粘Ｉ钪械臐B透率也大幅提升，消費級的應(yīng)用也成為了新的高速增 長方向。
機器視覺應(yīng)用場景比較豐富，對性能參數(shù)要求的維度差異也比較大。如高速應(yīng)用場景對快 門速度要求很高，需要圖像傳感器具有很高的幀率以避免高速場景下的誤判導(dǎo)致事故發(fā)生 。而對于如掃地機器人中用于測距的CMOS圖像傳感器而言，由于有3D成像的需求，所以 其對HDR、感光度等特殊參數(shù)有一定的要求。
五、主要廠商
韋爾股份：半導(dǎo)體設(shè)計平臺化布局
公司構(gòu)建了圖像傳感器解決方案、觸控與顯示解決方案和模擬解決方案三大業(yè)務(wù)體系協(xié)同 發(fā)展的半導(dǎo)體設(shè)計業(yè)務(wù)體系。產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費電子、安防、汽車、醫(yī)療、AR/VR 等領(lǐng)域，包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、安防設(shè)備、汽車、醫(yī)療成 像、AR/VR頭顯設(shè)備等。
格科微：聚焦CIS與DDI，走向Fab-Lite模式
格科微是國內(nèi)領(lǐng)先的CMOS圖像傳感器芯片、DDI顯示芯片設(shè)計公司，公司量產(chǎn)的產(chǎn)品線 主要覆蓋QVGA（8萬像素）至1300萬像素的CMOS圖像傳感器和分辨率介于QQVGA到 HD之間的LCD驅(qū)動芯片。
思特威：CIS安防龍頭，加速拓展汽車與手機
思特威主要產(chǎn)品是高性能CMOS圖像傳感器。公司針對目標應(yīng)用領(lǐng)域特定及新興需求，開 發(fā)了具有高信噪比、高感光度、高速全局快門捕捉、超寬動態(tài)范圍、超高近紅外感度、低 功耗等特點的圖像傳感器。以2020年出貨量口徑計算，公司的產(chǎn)品在安防CMOS圖像傳 感器領(lǐng)域位列全球第一，在新興機器視覺領(lǐng)域全局快門CMOS圖像傳感器中亦取得行業(yè)領(lǐng) 先的地位。
晶方科技：CIS封裝龍頭，積極布局車載CIS
公司主要專注于傳感器領(lǐng)域的封裝測試業(yè)務(wù)，具備8英寸、12英寸晶圓級芯片尺寸封裝 技術(shù)規(guī)模量產(chǎn)封裝線，涵蓋晶圓級到芯片級的一站式綜合封裝服務(wù)能力，為全球晶圓級 芯片尺寸封裝服務(wù)的主要提供者與技術(shù)引領(lǐng)者。
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