手機(jī)CMOS傳感器：從背照式向堆棧式“質(zhì)變”
近年來，隨著智能手機(jī)應(yīng)用層面上的不斷升級，如今的市場對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)”的方面正提出越來越高的要求。由于從技術(shù)及性能表現(xiàn)方面來看，AI手機(jī)“軟實(shí)力”的升級過于迅速，以至于普通的背照式(BSI)CIS在滿足各式各樣的創(chuàng)新應(yīng)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(chǔ)上，近年來不少頭部廠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(zhuǎn)變。
事實(shí)上，從2015年起，全球主要的CIS廠商在背照式產(chǎn)品上的投入比重上就已開始逐年下滑，相應(yīng)的產(chǎn)量也不斷減少。2016年，越來越多堆棧式方案的涌現(xiàn)，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。如今，堆棧式方案的產(chǎn)量及市場份額也逐年增加，以至于業(yè)內(nèi)對堆棧式替代傳統(tǒng)背照式CIS的呼聲越來越高。
究其原因，主要是隨著應(yīng)用端對畫面像素及其他性能需求的持續(xù)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(jié)構(gòu)，要提升CIS的畫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，廠商更偏好于通過提升CIS效率(例如進(jìn)光亮、光的消耗率等)以及強(qiáng)化CIS以外的部分，來達(dá)到強(qiáng)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(dá)到廠商的預(yù)期，大多數(shù)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)市場經(jīng)理于皓表示，堆棧式方案則可以很直接的解決這類問題，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾袼貐^(qū)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)而提升畫素等相關(guān)性能。此外，由于像素區(qū)和電路區(qū)是彼此獨(dú)立的，廠商也可針對像素及電路部分分別做畫質(zhì)和性能優(yōu)化，在全面提升器件性能上有了更高的設(shè)計(jì)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似的堆棧式結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致的焦平面失真問題，從而具備了全局快門功能。
不過，堆棧式結(jié)構(gòu)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(shè)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(fèi)更多的資源和成本。因此，目前市場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產(chǎn)品線，比如24、32M甚至更高的48M這些品類。而更多的中低端市場由于看重性價(jià)比、產(chǎn)量及出貨量，現(xiàn)階段還是以背照(非堆棧)式CIS為主，因?yàn)檫@類產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)相對成熟、風(fēng)險(xiǎn)小且良率高，市場需求量也比較大，正好符合中低端智能手機(jī)市場的特性。但可以預(yù)見的是，未來隨著廠商在工藝和成本等方面逐步實(shí)現(xiàn)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，逐步向中低端應(yīng)用場景下沉也是大勢所趨。
總之，隨著AI技術(shù)向終端側(cè)的快速普及，手機(jī)領(lǐng)域未來也將涌現(xiàn)出越來越多的“真”AI創(chuàng)新應(yīng)用，這也將進(jìn)一步敞開手機(jī)CIS市場的大門。編者認(rèn)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)品線是眼下各大廠商急需調(diào)整的重點(diǎn)。畢竟，這對國內(nèi)廠商發(fā)展更高性能及性價(jià)比產(chǎn)品，打入更多主流手機(jī)巨頭供應(yīng)鏈贏得市場競爭優(yōu)勢尤為關(guān)鍵。
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