為因應照相手機不斷提升的畫素要求，CMOS影像感測器供應商無不設法突破畫素微縮的限制，並導入先進製程來提高功能整合度、降低生產成本。而在安全監控與汽車市場推波助瀾下，市場競爭亦更加白熱化，預料將引發新一波整併風潮。
全球照相手機(Camera Phone)市場持續延燒，讓互補金屬氧化半導體(Complementary Metal-oxide Semiconductor, CMOS)影像感測器的需求不斷攀升。與此同時，Skype等網路即時通訊服務的流行、安全監控市場的蓬勃，以及全球汽車電子的快速成長，亦為CMOS影像感測器創造可觀的應用規模，除既有晶片業者積極在產品與技術上推陳出新外，原本只專注於電荷耦合元件(CCD)影像感測器的日系業者，亦開始發展 CMOS影像感測器。此外，由於CMOS影像感測器與記憶體製程技術相近，也吸引許多記憶體大廠紛紛跨足投入，讓整體市場競爭更形劇烈(表1)。
事實上，全球記憶體大廠美光(Micron)正是掀起記憶體廠跨足CMOS影像感測器市場風潮的始作俑者。早在90年代末期，美光即開始計畫拓展DRAM 以外的產品線，並於2002年藉由購併Photobit正式進入CMOS影像感測器市場，同時取得關鍵的專利技術，奠定其在此一領域發展的重要基石。目前美光已躋身全球最大CMOS影像感測器供應商，與無晶圓廠(Fabless)IC設計公司豪威(OmniVision)並列該市場雙雄。
而台灣DRAM雙雄力晶(Powerchip)與茂德(ProMOS)也仿傚美光的策略，先後進入CMOS影像感測器市場。力晶於2004年初與 OmniVision合資成立晶相光電(Silicon Optronics)，投入成熟型CMOS影像感測器生產，除多元化產品發展方向、降低營運風險外，亦可為其最大股東OmniVision防堵其他競爭對手在成熟型CMOS影像感測器市場乘機坐大。在營運漸入佳境後，晶相光電已預計於今年公開發行。
茂德則於2006年底的10周年慶祝會場上正式啟動「5年擴充計畫」，自現有DRAM產品線擴大延伸至NAND快閃記憶體及CMOS影像感測器市場。其中，CMOS影像感測器方面，外傳將與美國整合元件製造商(IDM)賽普拉斯(Cypress)合作，利用茂德旗下已全數攤提折舊的Fab2廠(12吋晶圓)進行CMOS影像感測器代工。此外，亦有報導指出，茂德還將投資1,000萬美元於美國矽谷的一家新創公司，搶進手機用低階影像感測器市場。
不僅如此，包括三星電子(Samsung Electronics)、海力士(Hynix)、東芝(Toshiba)及賽普拉斯等業者，均是由記憶體跨足CMOS影像感測市場的典型代表，除可充分利用其已折舊的晶圓廠產能，發揮低成本競爭優勢外，亦可看出此一市場商機規模的龐大與重要性。
照相手機為主要應用市場
2Mp與自動對焦成基本規格
每年出貨量龐大的照相手機，無疑已是CMOS影像感測器最主要的應用市場。根據市場研究機構In-Stat的資料顯示，2005年照相手機約占全球數位相機出貨量的7成以上，其中將近9成採用CMOS影像感測器，CCD影像感測器則僅有一小部分市場，該機構預估，至2010年兩者使用的數量差距將更形懸殊。
美光影像感測事業群資深行銷總監Hisa Suzuki(圖1)表示，CMOS影像感測器快速的圖框顯示率(Frame Rate)，與整合度高，可減少周邊元件使用量，降低系統成本，以及具備低功耗等特性是CCD所無法比擬的，因而成為照相手機的主要選擇。
OmniVision先進產品部門副總裁Hasan Gadjali(圖2)則指出，單晶片方案、低功耗與不斷創新的產品藍圖是CMOS影像感測器主宰照相手機市場的三大因素。從機構設計的觀點來看，多晶片的CCD影像感測器解決方案讓注重體積的手機設計更為困難。同時，CCD功耗難與CMOS項背，也讓大部分一級(Tier 1)手機大廠轉而使用CMOS影像感測器。此外，CMOS製程技術更具備高度整合能力，讓整合影像訊號處理器(Image Signal Processor, ISP)與JPEG影像壓縮技術的單晶片感測器，以及不須透過光學機構運作的電子對焦(Electronics Focus)設計得以實現。這些優勢，在照相手機畫素進入百萬以上等級時，尤為重要。
自從2004年照相手機使用的CMOS影像感測器進入百萬畫素世代後，130萬畫素CMOS影像感測器產品迅速成為市場主流，並於2006年達到成長高峰，而今年主流規格則已開始朝向200與300萬畫素發展。
Gadjali指出，2006年初130萬畫素曾是市場主流，然而此一情形於2006年底開始轉變到200萬畫素，預估2007年200萬畫素將是照相模組的主流規格，而300萬畫素則將於2007年底開始問世。Suzuki也表示，200萬畫素已是美國照相手機市場主流規格，並開始朝向300萬畫素邁進。
提供CMOS影像感測器晶圓代工服務的Tower半導體CMOS影像感測器與非揮發性記憶體(NVM)產品線總經理Avi Strum(圖3)進一步分析，對手機的照相功能而言，130萬畫素已無法滿足使用者對影像品質的要求，而在視訊會議功能上，VGA(30萬畫素)就已足夠應付，若採用130萬畫素反而須增加4倍的資料傳輸頻寬，因此，在「高不成，低不就」的尷尬定位下，130萬畫素的出貨量已快速銳減，並朝200萬及 320萬畫素規格發展。
影像訊號處理器供應商Nethra總裁暨執行長Ramesh Singh(圖4)則認為，200萬畫素加上自動對焦功能將是市場的主流應用，與此同時，手機製造商也將推動300萬畫素手機於今年開始大量出貨。他指出，300萬畫素將是照相手機的甜蜜點(Sweet Point)，因為其可提供如數位相機一般的視覺感受，並提供包括自動對焦、鏡頭伸縮與影像穩定性，讓影像更加銳利，影片效果更為生動。此外，在手機製造商某些主要的設計案中，也已開始導入500萬畫素的CMOS影像感測器，但數量仍不多，預估2008年下半年將可望開始大量採用。
不過，根據市場研究機構iSuppli的資料顯示，儘管照相手機市場不斷成長，但囿於影像品質較低且照片分享不易，因而只有不到10%的使用者真正將之作為影像擷取的主要裝置，也讓市場對於高階CMOS影像感測器的需求及成長不甚樂觀。
對此，業者的看法則迥然不同。美光影像感測器事業群新市場發展總監Paul Gallagher(圖5)表示，手機業者已開始和印表機製造商合作，讓手機用戶可將照片直接從印表機輸出。同時，新興的網路電視(IPTV)技術亦將驅動服務供應商升級網路頻寬，以便於影像的快速上傳或下載，而這些改變都將有助驅動消費者對於更高解析度照相模組的需求。
Singh也指出，在2006年的未來影像會議(Future Imaging Conference)上，包括微軟(Microsoft)、CNET與其他相關業者均已公開宣稱，將投入龐大的基礎建設來為消費者提供更好的影像使用經驗。未來，照相手機內的影像分享及傳遞將愈形容易，因此不論是靜態的照片或動態的影片，使用者對於影像品質提升的要求都將愈來愈高。
Gadjali則強調，照相手機用的高階CMOS影像感測器的成長與否，和資料分享能力並無關聯，事實上，多數手機的軟體已可允許使用者透過USB介面下載或上傳影像資料。他認為，高階照相模組市場成長緩慢的主要原因，是缺乏可充分展現500萬以上畫素性能的光學元件，此類高解析度照相模組必須具備如自動對焦與光學變焦(Optical Zoom)等消費性數位相機中已相當普遍的功能，此外，模組的尺寸亦是高畫素市場成長不可忽略的重要因素。
而除了朝向高畫素、高解析度發展外，3G手機市場漸趨成熟，亦將帶動手機中第二個照相模組的市場需求。根據Strategy Analytics與Yankee Group兩家市場研究機構預估，2006年全球3G手機銷售量達1.93億支，約占全球手機銷售量的25%，而此一比例將在2009年達到60%，約相當於5億支3G手機的規模。其中，將近9成的3G手機，預估將配備第二個照相模組。此一發展將同時牽動入門級畫素的CMOS影像感測器市場需求。市場人士指出，由於3G手機第二個照相模組多半做為視訊會議使用，因此對畫素等級要求不高，但須在低照度情境中具備高靈敏度，同時尺寸也不可過大。
突破畫素極限
提高功能整合
顯而易見地，在手機多媒體影音功能不斷升級，以及3G手機出貨量的持續增長，如何在手機輕薄短小的發展趨勢下，提高CMOS影像感測器的解析度，已是相關業者所面臨的共同挑戰。
Gallagher表示，為了提高CMOS影像感測器的解析度，晶片設計業者必須在相同的晶片面積中，藉由縮小畫素尺寸來提高單位面積的畫素密度，同時達到消費者所能接受的靈敏度。舉例來說，一顆為直徑四分之一英吋鏡頭所設計的30畫萬素CMOS影像感測器，每個畫素的面積約為30×30平方微米，而具有相同鏡頭尺寸的300萬畫素CMOS影像感測器，每個畫素面積則僅有3×3平方微米。而為了在縮小90%的畫素尺寸後，仍然能保持感測器的高靈敏度，即必須仰賴新的畫素設計技術來達成，一方面持續減少雜訊層，一方面則要確保更多撞擊到畫素上的光子(Photons)被順利擷取。
OmniVision也不斷突破畫素的界限，並克服時序(Timing)及光的折射問題。Gadjali指出，該公司已可在畫素縮小的同時，抑制雜訊的產生，因而可在低照度的情形下增加增益(Gain)，以展現更好的效能。
另一方面，影像訊號處理器亦在畫素微縮的過程中扮演舉足輕重的角色。Singh表示，對任何影像而言，如何減少與控制系統中的雜訊數量是相當重要的關鍵，當CMOS影像感測器試圖藉由畫素微縮達到更小尺寸時，必須透過影像訊號處理器來解決雜訊產生的問題。為達此一目的，就必須從系統層級的角度來分析預測雜訊的發生，而這也意味著影像感測器須與影像訊號處理器緊密配合，才能發揮如數位相機般的效能。
除提高靜態影像的畫素解析度外，動態影像的效能亦是備受矚目的發展趨勢。Suzuki以蘋果(Apple)所推出的iPhone為例指出，高品質的影像擷取勢必成為手機未來重要的發展方向。
此外，在進行視訊會議功能時，由於液晶顯示螢幕的發光照度較難達到5流明(Lux)，因此須藉由曝光控制、珈瑪校正、白平衡與色彩飽合控制等技術，讓CMOS影像感測器達到良好的低照度靈敏度，以補償多數室內光源不足的窘境。
而為了讓照相手機擁有與數位相機同樣的效能，包括自動對焦、景深延伸(Extended Depth of Field)，以及反抖動(Anti-jitter)等功能，亦開始整合至CMOS影像感測器中。
至於製程技術方面，現階段多數業者均採用0.13微米製程來生產，但包括美光與OmniVision則已計畫導入90奈米。Suzuki表示，客戶對成本及尺寸效能的要求，是驅動採用90奈米製程的最大動力。Gallagher更進一步指出，從記憶體產品的角度來看，製程技術須不斷地提升。然而，影像感測器要使用何種製程，主要是考量該製程對產品成本及效能的助益，與畫素微縮並無直接關聯，因此，成本與效益的權衡將是製程轉移的重要關鍵；Gadjali則表示，在成本壓力的推動下，OmniVision將會轉移到90奈米製程，並採用12吋(300毫米)晶圓生產，不僅可降低製造成本，並可提高先進設計的整合能力。
不過，Tower半導體則認為，現階段0.13微米製程已足以因應未來產品需求，因此並未計畫移轉至90奈米製程。Strum指出，該公司已可充分利用 0.18微米製程，生產500萬畫素的CMOS影像感測器，並順利將畫素尺寸由5.6微米成功微縮至4.2微米、3.6微米、2.8微米，以及2.2微米。因此相信，在0.13微米製程上也可達到相同成果，實現包括1.7微米、1.4微米，甚至更小的畫素尺寸，滿足即將而來的畫素世代。
安全與汽車市場潛力十足
影像感測器業者全力布局
除照相手機市場外，CMOS影像感測器應用版圖亦持續擴大，其中，素來是CCD影像感測器天下的安全監控市場，以及近來相當熱門的汽車電子市場，更被視為CMOS影像感測器一統江山的最後戰區。
一般而言，安全監控市場又可分為家用型與商用型兩大類。Suzuki表示，前者強調高品質且低成本的DIY解決方案，後者則要求可在高度變動的燈光條件下，擷取清晰、銳利的影像品質。
隨著全球安全監控市場持續增溫，對於影像品質的要求層次也愈來愈高，因此，如何在消費者可負擔的價格下，實現上述特性也就格外重要。美光針對此一市場已可提供完整的產品組合，供客戶選擇適合其設計需求的產品。Suzuki強調，美光的CMOS影像感測器在設計上相當容易，並在使用近距離紅外線(Near- IR)與相當於一根燭光的低照度情境下，仍可展現良好的影像效能。此外，利用該公司既有的高速影像感測技術，則可提高靈敏度及圖框顯示率，有助達到更銳利的影像擷取與即時的影片效能。
OmniVision則自成立之初，即已鎖定在家用型安全監控市場，首款產品並在嬰兒監控產品市場上大有斬獲，推出至今9年，仍以每年200萬顆的數量持續出貨。此外，Gadjali指出，儘管家用型產品出貨量已達數百萬顆，卻仍遠少於商用型閉路電視(CCTV)監控系統每年2億顆CCD影像感測器的使用規模。因此，該公司自2006年起，也開始以高效能CMOS影像感測器進軍此一市場，雖然拓展不易，但卻已在短時間內，即取得10萬單位的訂單。
至於汽車市場方面，CMOS影像感測技術已成為不可或缺的關鍵元件，可提供駕駛者直覺式的影像，以掌握駕駛前方與後方的情形。Suzuki表示，汽車專用的影像感測技術，主要是協助觀看景象與理解情境之用，因此，美光為增加駕駛人對周遭環境的意識已發展出一系列產品，這些影像感測器同時也會擷取周遭環境的資訊並傳送到車輛資訊系統中，做為潛在行動的參考，如安全氣囊的開啟等。
Gallagher則進一步指出，汽車市場對於影像感測器的需求與照相手機差異頗大，典型照相手機生命週期約莫兩年，設計週期約9個月，且每年市場均會有重大的演進；汽車市場的進展步調則截然不同，設計週期可長達4～7年，且任何要加入設計中的產品，均須經過嚴格的認證週期。一項新技術要為汽車供應商認可，約須花費100萬美元以上；再者，車用影像感測器對於靈敏度與耐受度要求均相當高，不僅要符合-40～85℃(甚至到105℃)的工作溫度範圍，還要忍受在超高紫外線下曝曬與強烈的震動、撞擊。此外，元件供應還須長達7～15年之久。這些要求，都讓汽車市場的進入門檻相對較高。他強調，美光專注在汽車市場已近5年的經驗，目前已在北美、歐洲及日本市場的車廠中導入設計，預計今年底可望順利進入中國大陸汽車市場。
與此同時，OmniVision也在汽車市場小有斬獲，並與全球主要汽車零組件供應商Hella取得合作，將提供其高效能影像感測器於Hella的後視攝影系統(Rearview Camera System)中。該公司表示，新型OV7949在光線極弱的情況下，具有廣泛的動態感測範圍，並可降低閃爍情形，相當適合汽車使用。目前，該款產品已有其他品牌汽車供應商及原始設備製造商(OEM)在進行評估。
此外，Tower半導體與Nethra也積極展開布局動作。Strum指出，安全監控與汽車應用的CMOS影像感測器須具備高度的動態感測範圍， Tower已針對這方面的應用，提供客製化的畫素設計。Singh則表示，Nethra的可編程影像訊號處理器主要是鎖定照相手機系統與照相模組市場，然而其所具備的效能、彈性及低功耗特性，亦是其他應用必備的條件。該公司預計將於2007年下半年開始，逐步挺進此兩大市場。
平均售價直直落
整併戲碼持續上演
挾著優異的性能與龐大的應用潛力，CMOS影像感測器市場已成為兵家必爭之地，除了IDM、記憶體大廠競相投入外，新創公司亦前仆後繼加入戰局。然而， Gallagher指出，過去3年期間，CMOS影像感測器供應商已快速地銳減，從原本20多家，減少到2006年的7家，預計今年底更將剩下4～5家，未來沒有能力滿足市場日益嚴苛需求的業者勢將遭到淘汰。
而為了強化競爭力，業者間的購併事件亦頻頻傳出(表2)，包括今年1月聯發科技(MediaTek)以新台幣6,000萬元購併宜霖科技 (ElecVision)、2006年12月美光收購安華高(Avago)影像感測器事業群、2005年4月MagnaChip購併銳相(IC Media)，以及Omnivision收購CDM Optics公司等，幾乎每一年就有一樁購併案發生，足見此一市場戰火的猛烈。Suzki表示，美光購併安華高影像感測器事業是為了進一步強化在全球 CMOS影像感測器市場的地位，除增添具有豐富經驗的影像感測器團隊外，亦取得相關技術的專利，對該公司未來發展將有立即的效益。
事實上，透過購併，美光也累積了許多CMOS影像感測器設計及製造專利，為其在此一市場構築起牢不可破的發展優勢。根據獨立分析機構ipIQ指出，美光為 2006年半導體產業中，專利數量排名第一的公司；而Semiconductor Insights也指出，2001年美光所收購的Photobit為現代CMOS影像感測器的發展先驅，因而確立其在專利上的主導地位，並擁有絕佳的專利攻防位置，可彌補較晚進入此市場的不利條件。
市場人士認為，未來類似的購併案將持續發生，不僅顯示業者發展的決心，也讓市場大者恆大的態勢逐漸成形(圖6)。Gadjali指出，三星、美光，以及 OmniVision與台積電(TSMC)所形成三大勢力，試圖藉由購併來增加新技術與市場占有率，將主導CMOS影像感測器市場的發展，而其他規模較小的業者則須透過策略合作才能獲得更好的發展空間。
此外，諸如Tower半導體之類的晶圓代工廠，也可為小型業者帶來產品製造上的堅強後盾。Strum表示，三大勢力的確形成了一道難以跨越的門檻，然而，規模較小的CMOS影像感測器業者，或在影像訊號處理器已取得初步成果而希望進一步發展自有產品的業者，則可在晶圓代工廠找到正確的技術支援及完整解決方案，包括彩色濾光片、微鏡頭(Micro Lens)及測試服務，使其可與大廠相互匹敵，爭食市場大餅。
另一方面，激烈的競爭亦造成CMOS影像感測器產品平均銷售價格(ASP)的劇烈下滑。Gadjali表示，此種情形在入門級市場更為明顯，預估每年降幅可高達25～35%，以30萬畫素(VGA)照相模組為例，今年底將下探至2美元的報價。
因此，為了確保獲利率，相關業者除持續控制成本、創新研發技術外，也不斷推出尺寸更小、功能更多的新產品，來取代原有產品。Strum指出，藉由快速發展到更小的畫素，將可在每片晶圓中，獲得更多裸晶(Die)數，減少平均售價下滑所造成的衝擊。不過Singh認為，業者發展重點應在於如何提出最佳的影像品質、效能及功能，而非產品價格，任何產業都將感受價格壓力，但好的解決方案勢必得付出相對代價。
影像產業正處於強烈成長的趨勢，而CMOS影像感測器則扮演提升影像效能的重要角色。在照相手機、安全監控與汽車三大應用市場領軍下，CMOS影像感測器出貨量將大幅攀升(圖7)，而相關業者則在市場激烈競爭下持續整併，並逐漸拉大彼此差距，使大者恆大的態勢更形確立。
