手機CMOS傳感器：從背照式向堆棧式“質(zhì)變”

　　近年來(lái)，隨著(zhù)智能手機應用層面上的不斷升級，如今的市場(chǎng)對CIS器件的高幀速率、高像素、寬動(dòng)態(tài)、暗態(tài)以及功能性等“質(zhì)”的方面正提出越來(lái)越高的要求。由于從技術(shù)及性能表現方面來(lái)看，AI手機“軟實(shí)力”的升級過(guò)于迅速，以至于普通的背照式(BSI)CIS在滿(mǎn)足各式各樣的創(chuàng )新應用上有些力不從心，硬件方案亟待升級。因此，在背照式CIS的基礎上，近年來(lái)不少頭部廠(chǎng)商也相繼推出了堆棧式方案的產(chǎn)品，大力推動(dòng)CIS從“量”向“質(zhì)”快速轉變。

　　事實(shí)上，從2015年起，全球主要的CIS廠(chǎng)商在背照式產(chǎn)品上的投入比重上就已開(kāi)始逐年下滑，相應的產(chǎn)量也不斷減少。2016年，越來(lái)越多堆棧式方案的涌現，推動(dòng)了背照TSV(硅通孔)堆棧及混合堆棧式CIS產(chǎn)量大幅增長(cháng)。如今，堆棧式方案的產(chǎn)量及市場(chǎng)份額也逐年增加，以至于業(yè)內對堆棧式替代傳統背照式CIS的呼聲越來(lái)越高。

　　究其原因，主要是隨著(zhù)應用端對畫(huà)面像素及其他性能需求的持續提升，傳感器也正逐步受限于CIS的面積與感光二極體的大小。如果仍采用單純的背照式結構，要提升CIS的畫(huà)素就需要增大器件的尺寸，但顯然成本也會(huì )成倍增加，僅僅為了提升畫(huà)素這一個(gè)性能顯得有些得不償失。因此，在不增大CIS尺寸的情況下，廠(chǎng)商更偏好于通過(guò)提升CIS效率(例如進(jìn)光亮、光的消耗率等)以及強化CIS以外的部分，來(lái)達到強化整體的影像品質(zhì)的效果。

　　但這種方式實(shí)際上也難以達到廠(chǎng)商的預期，大多數情況下還是會(huì )犧牲很多其他方面的性能，以換取某個(gè)單一性能水平的提升，深圳市盛科創(chuàng )新電子科技有限公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理于皓表示，堆棧式方案則可以很直接的解決這類(lèi)問(wèn)題，這種結構能夠將像素區和處理電路分別制作在兩塊晶圓上，處理電路可以移動(dòng)至像素下方進(jìn)行貼合，這就可以在不增加器件尺寸的情況下，使得傳感器上能集成更多的像素，進(jìn)而提升畫(huà)素等相關(guān)性能。此外，由于像素區和電路區是彼此獨立的，廠(chǎng)商也可針對像素及電路部分分別做畫(huà)質(zhì)和性能優(yōu)化，在全面提升器件性能上有了更高的設計靈活度，而且之間互不干擾。比如索尼最新的CIS器件就采用了這種類(lèi)似的堆棧式結構，大幅減少了市面上廣泛存在的CMOS圖像傳感器讀取時(shí)延導致的焦平面失真問(wèn)題，從而具備了全局快門(mén)功能。

　　不過(guò)，堆棧式結構的產(chǎn)品在生產(chǎn)成本及工藝難度上相比單純的背照式要更高一些，于皓表示，比如需要更為先進(jìn)的封裝和生產(chǎn)設備，以及在產(chǎn)品良率上也比較難保證，工藝控制方面也需要耗費更多的資源和成本。因此，目前市場(chǎng)上主要還是以背照式CIS產(chǎn)品為主，而堆棧式比較集中分布于部分中高端類(lèi)產(chǎn)品線(xiàn)，比如24、32M甚至更高的48M這些品類(lèi)。而更多的中低端市場(chǎng)由于看重性?xún)r(jià)比、產(chǎn)量及出貨量，現階段還是以背照(非堆棧)式CIS為主，因為這類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)相對成熟、風(fēng)險小且良率高，市場(chǎng)需求量也比較大，正好符合中低端智能手機市場(chǎng)的特性。但可以預見(jiàn)的是，未來(lái)隨著(zhù)廠(chǎng)商在工藝和成本等方面逐步實(shí)現優(yōu)化，堆棧式產(chǎn)品的產(chǎn)量及出貨量也會(huì )進(jìn)一步增長(cháng)，逐步向中低端應用場(chǎng)景下沉也是大勢所趨。

　　總之，隨著(zhù)AI技術(shù)向終端側的快速普及，手機領(lǐng)域未來(lái)也將涌現出越來(lái)越多的“真”AI創(chuàng )新應用，這也將進(jìn)一步敞開(kāi)手機CIS市場(chǎng)的大門(mén)。編者認為，在產(chǎn)品及技術(shù)創(chuàng )新層面上，加大布局堆棧式及更多創(chuàng )新技術(shù)方案的產(chǎn)品線(xiàn)是眼下各大廠(chǎng)商急需調整的重點(diǎn)。畢竟，這對國內廠(chǎng)商發(fā)展更高性能及性?xún)r(jià)比產(chǎn)品，打入更多主流手機巨頭供應鏈贏(yíng)得市場(chǎng)競爭優(yōu)勢尤為關(guān)鍵。