1、2020年深度行业分析研究报告,目录,5G多摄趋势下，CIS位于黄金赛道,屏下指纹识别持续升级，渗透加快,全球CIS、指纹识别产业链主要企业,摄像头-上下游及市场竞争格局,摄像头上下游,摄像头产业链情况,52%,6%,3%,19%,模组封装20%,摄像头持续升级：智能手机是消费类电 子产品领域最重要的产品，手机拍照质 量是消费者关注的重点，因此光学领域 一直是智能手机创新的重要方向，依次 经历了像素升级、前后置摄像头、多摄 像头、生物识别等发展阶段。,资料来源：旭日大数据,12,摄 像 头 产 业 链 结 构 ： Sensor 、 VCM 、 Lense等构成产业的上游；中游的模组厂 商负责将

2、各种零部件封装成摄像头模组， 下游应用于手机、平板、PC等各种电子 产品。,产业链的价值量分布：CIS图像传感器占 据了52%的价值量，是价值量最高的部件； 光学镜头和模组的价值量占比分别为19% 和20%，两者旗鼓相当，仅次于CIS图像 传感器；音圈马达和红外截止滤光片的 价值量占比分别为6%和3%。,手机摄像头市场将稳步增长：后置双摄 及三摄渗透率持续提升、像素升级以及 3D、体感需求均带动着摄像头数量的增 长。未来手机仍是摄像头市场的主要驱 动力。,CIS像素升级：8MP12MP13MP16MP24MP32MP48MP64MP,智能手机前摄和后摄像素均在不断提升,智能手机像素不断提升：旗

3、舰机种的像素不 断升级， 以华为为例， 后置摄像头主摄由 2000万逐渐升至4000万甚至5000万。前置摄 像头也逐渐由800万升级至3200万。 4800万像素足够满足显示设备4K的显示水平： 目前显示设备即使达到4K水平（3840*2160 或4096*2160），也才不到900万像素。4800 万像素即使是在弱光条件下也能输出1200万 像素，因此基于0.8m像素点的4800万像素， 已经完全可以满足4K显示水平。 4800万像素以上的升级是不是还有意义？我 们认为需求端来看还是非常有意义的。虽然 4800万像素已经可以达到4K显示的要求，但 是高像素的照片提供裁切等后期处理的灵活 性

4、更大。且随着AR/VR在5G时代的应用，摄 像头作为内容生产端，像素提升对于AR/VR 等新型应用，仍是非常必要。,华为历年新机摄像头配置,资料来源：华为官网,13,CIS像素升级：技术端存在瓶颈和限制,0.8m像素点是目前的极限,像素点0.8m目前是保证足够信噪比的极限：主流像素点从1.4m 下降到1.12m，然后又反弹回1.4m。1.4m是在各种光照条件 下均能保证信噪比的极限。目前的极限是0.8m，索尼在进一步开 发0.7m，尚未有实际产品推出。目前的应用极限0.8m仅能保证 在强光下硬件输出4800万像素，弱光条件下输出1200万像素；弱光 条件下输出图像时，相当于是1.6m的像素点。

5、,目前像素点0.8m极限决定了像素不可能无限增加：由于成像质量 是由CIS的像素和像素尺寸共同决定的，而受限于光学尺寸，像素 和像素尺寸都不可能无限增加。目前光学尺寸最大的CIS是华为P40 系列的5000万后摄，光学尺寸达到1/1.28。,像素：像素越多，成像质量越好。智能手机主摄像素不断提升， 目前4800万像素逐渐成为旗舰机的主流，且厂商仍在持续6400万 像素新品，像素升级仍在持续。,单个像素的感光面积：单个像素点大小（pixel size）是影响CIS 成像质量的又一关键，pixel size越大，内部光电二极管的面积就 越大，感光效果就越好。,光学尺寸：像素越多，单个像素的感光面积

6、越大，成像效果越好， 但这意味着CIS光学尺寸越大。由于智能手机厚度限制，cmos的 光学尺寸不能无限增加。当CIS光学尺寸一定时，像素的提升和,pixel size的提升难以兼容。,难以共赢的像素和像素面积,共同决定了成像质量 均与成像质量成正比,华为历年新机摄像头配置 存在法兰距，光学尺寸增大，摄像头模组 相应变厚，而智能手机一般厚度为8mm，光 学尺寸的限制使得CIS的升级存在瓶颈,资料来源：索尼官网，三星官网，豪威科技官网,14, 采用Bayer阵列：以2x2共 四格分散RGB的方式成像, 硬件输出1200万像素, 将阵列扩大到4x4，但每个2x2 阵列只能识别一种颜色，且只 能一起输

7、出，与1200万像素没 有本质区别, 硬件输出1200万像素，软件插 值输出4800万像素（三星GM1）,采用Quad Bayer阵列：将阵列扩 大到了4x4，并且以2x2的方式将 RGB相邻排列, 在弱光环境下4合1，输出1200万 像素；而在强光环境下硬件输出 4800万像素（索尼IMX586）,传统1200万像素传感器,伪4800万像素传感器,真4800万像素传感器,4800万像素是CIS像素升级的重要门槛, 像素点尺寸缩小一半，从1.6m缩 小到0.8m，提升工艺难度,Quad Bayer转化为Normal Bayer 需要两种算法：在弱光环境下采用 Binning模式，输出1200万

8、像素； 而在强光环境下采用Remosaic算 法，输出4800万像素,从传统1200万像素升级 到4800万的技术挑战,15,CIS结构升级：前照式背照式堆栈背照式,从前照式到背照式,从背照式到堆栈背照式,结构：一般的CMOS都由以下几部分构成：片上透镜、彩色滤光片、 金属排线、光电二极管以及基板。 前照式：在传统的前照射结构中，构成传感器感光区域的金属线路 和晶体管，被置于在硅基板表面，这就阻碍了片上透镜的采光进程。 背照式：背照式结构通过把金属线路和晶体管移至硅基板的另一面， 减少了对采光的阻碍，大大增加了进入每个像素的光量。,堆栈式优势：将像素区域与逻辑控制单元从水平放置改为垂直堆叠，

9、像素区域占芯片面积的比例大幅提升。 且将像素区域与逻辑控制单元分开制作，可以按需要采用不同的晶 圆制程，便于各自制程的升级。逻辑控制单元的升级有利于提升图 像信号处理能力，实现更多的功能，如硬件HDR，慢动作拍摄等。 堆栈式结构： 索尼连续推出双堆叠式（ CIS+ISP） 和三堆叠式 （CIS+ISP+DRAM）设计方案。,前照式与背照式原理对比 背照式与堆栈背照式原理对比,三种CIS芯片对比,资料来源：IC insights,16,3D摄像头成为标配：从平面到立体，结构光和TOF打开消费电子市场,3D结构光模组,TOF模组,原理：采用红外光源发射高频光脉冲到物体上，然后接收从物 体反射回去的

10、光脉冲，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来 计算被测物体离相机的距离。 结构：泛光照明器+近红外摄像头，其中： 泛光照明器的结构为：高功率 VCSEL（用于向物体发射光脉 冲）+扩散片； 近红外摄像头的结构为：红外 CMOS传感器+窄带滤光片+聚 焦透镜。,iPhone X 3D结构光模组,原理：采用红外光源，发射出来的光经过一定的编码投影在物体上， 这些图案经物体表面反射回来时，随着物体距离的不同会发生不同 的形变。图像传感器将形变后的图案拍下来，基于三角定位法，通 过计算拍下来的图案里的每个像素的变形量，来得到对应的视差， 从而进一步测算深度值。 结构：点阵投影器+泛光照明器+近红外摄像头

11、，其中： 点阵投影器的结构为：高功率VCSEL（用于发射特定波长的近红外 光）+WLO lens（晶圆级光学透镜，用于将 VCSEL 输出的光束变成 横截面积较大的、均匀的准直光束，覆盖DOE）和 DOE（光学衍射 元件，用于形成特定编码的光学图案）; 泛光照明器的结构为：低功率VCSE（用于在光线较暗的环境下补光） +扩散片； 近红外摄像头的结构为：红外 CMOS传感器+窄带滤光片+聚焦透镜。 OPPO R17 Pro TOF模组,资料来源：SYSTEMPlus，快科技,17,3D摄像头成为标配：3D感测市场快速增长 3D感测成为行业趋势，市场快速增长：2019年，3D感测手机大多集中在旗舰

12、机型，结构光以苹果为代表，自iPhoneX后的机型 都已经搭载结构光功能，而华为搭载ToF的机型数量最多，苹果今年也会搭载TOF机型。Yole的预测数据显示，全球3D成像和 传感器的市场规模在20162022年的CAGR为38，2017年市场规模18.3亿美元，2022年将超过90亿美元。其中，消费电子是 增速最快的应用市场，20162022年的CAGR高达160。 结构光和TOF原理及性能对比,资料来源：OPPO官网 18,CIS市场：多摄趋势驱动手机用CIS市场成长 智能手机摄像头搭载量不断提升：手机从双摄向多摄趋势发展，手机摄像头个数的增多，逐步推动了“广角”“长焦”“微距”和“虚化”

13、等3D成像质量的提升，也极大地推动了图像传感器（CIS）市场的爆发。2019年每部手机摄像头的使用量约为3.1个，预计2024年将达到4.3 个。2019年智能手机用CIS的市场规模是137.5亿美元，预计2022年将达到233.5亿美元，复合增长率达到19.3%。,40%,25%,8%,52%,46%,28%,6%,23%,42%,2%,15%,41%,7%,100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%,5个以上,5个,4个,3个,2个,2.2,2.4,2.7,3.1,3.9,4.3,4.8,0.00,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00

14、,6.00,手机摄像头平均搭载量（个）,智能手机摄像头平均搭载量,智能手机摄像头数量分布,全球智能手机用CIS市场规模,数据来源：CINNO Research,19,CIS市场：汽车和安防加码行业成长动力 车用CIS：尽管全球汽车需求疲弱，但汽车智能化推动单车车载摄像头数量提升，高端汽车的各种辅助设备配备的摄像头可多达8个。我们 预测，未来汽车上的摄像头将可能达到12个。且侧视、环视、前视、内视等镜头对CIS性能要求较高，推升2019-2022年车用CIS市场规模 的年复合增长率达到25%。 安防CIS：随着智慧城市、雪亮工程建设的大力推进，城市视频监控在不断强化视频监控AI智能应用，视频监控

15、的像素水平、超低照夜视功 能是辅助AI更好发挥效能的前提和基础，CIS在其中扮演着重要角色。我们分析2019-2022年安防CIS市场规模的年复合增长率达到23%。 全球CIS市场2019-2022复合增长率达到17%：手机多摄趋势、车用和安防摄像头的需求增长，是CIS市场增长的三大动力，推动行业2019-,2022年市场复合增长率达到17%。,全球车用CIS市场规模,全球安防CIS市场规模,76.2,93.3,106.1,137.5,163.6,211.4,233.5,6.6,12.8,13.2,19.0,25.0,53.80,4.0,9.3,12.0,15.0,17.3,33.1,34.7

16、,36.5 76.92,38.3,40.2,42.2,44.3,0,50,100,150,200,250,300,350,其他,全球CIS市场规模 安防监控车用,手机,单位：亿美元,数据来源：CINNO Research,20,42.4%,21.6%,9.0%,4.6%,6.4%,16.1%,索尼,三星,豪威,安森美,意法半导体,其他,33.0%,27.5%,9.7%,4.9%,7.7%,17.2%,索尼,三星,豪威,安森美,意法半导体,其他,42.4%,19.5%,10.4%,5.9%,5.5%,16.3%,索尼,三星,豪威,安森美,意法半导体,其他,41.2%,18.9%,13.1%,5.

17、3%,3.2%,18.3%,索尼,三星,豪威,安森美,意法半导体,其他,CIS全球竞争格局良好，豪威享受国产化红利 CIS全球竞争格局良好：CIS市场集中在几个大的玩家手中，索尼长期占据着40%以上的市场份额，三星紧随之后。2011年之后豪威一直处 于市场份额下滑的趋势中，主因在高端市场中被索尼、三星超越，在低端市场中又受到Hynix、格科微、思比科、奇景等中韩厂商的蚕食。 紧抓4800万像素国产化机遇，豪威市场份额有望上升：2020年预计豪威高阶4800万像素CIS月产能需求，将从5.5万5.8万片上升到7万 片左右，中阶如1200万像素的CIS、低阶如800万及以下像素的CIS，月产能需求

18、都分别约是2万片左右。4800万像素已经成为豪威需求 的主要驱动力。在手机CIS市场中，豪威有望抓住4800万像素国产化机遇，强势收复失去的山河。 2016-2019年全球CIS市场竞争格局基本稳定,数据来源：Yole development 供给端扩产有限，行业供不应求：就供给而言，索尼、三星IDM厂商全线满产，索尼产能不够，转而外包给晶圆代工厂商台积电，而豪威、 格科微等设计厂商，订单供不应求已经令晶圆代工厂产能十分紧张。2020年我们预计高阶CIS扩产非常有限，主因考虑到高像素CIS芯片 采用BSI工艺，因BSI工艺所需设备定制化程度高，Fab对于扩产意愿较低；现业内多采取改进FSI工艺

19、、或分段加工等方式，当前仍以充 分挖掘现有产能潜力为主，新增产能释放有限，因而预计CIS缺货有望在2020年全年持续。价格上涨验证了行业供不应求的态势，也验证 了行业全球竞争格局良好。 CIS价格上涨幅度统计分析,数据来源：半导体行业观察,21,目录,全球CIS、指纹识别产业链主要企业,屏下指纹识别持续升级，渗透加快,5G多摄趋势下，CIS位于黄金赛道,全面屏淘汰电容式指纹识别，屏下指纹识别成为主流 光学屏下指纹识别方案成为手机全面屏时代最重要的生物识别方案：随着手机进入全面屏时代，传统的电容式指纹识别被其他生物识别方 案取代。苹果采用了结构光3D识别，其他手机则转向了屏下指纹识别。主流的屏下

20、指纹识别方案有两种，一是三星手机独家采用的高通超 声波屏下指纹识别方案，三星以外的安卓阵营如：华为，荣耀，小米，OPPO，VIVO，魅族，一加等，则全部采用光学屏下指纹识别方案。 三种指纹识别方案对比,资料来源：CINNO Research,22,屏下指纹识别：光学方案进化到第二代时，性价比显著优于超声波方案 第二代光学屏下指纹识别方案大大降低模组成本，但增加了模组厚度：2019年的第二代光学方案使用透镜代替准直层，改善了图像质量 的同时，将整个模组固定在中框上，无需与屏幕贴合，相对于第一代方案大大降低了模组成本。透镜方案的光学指纹凭借较低的成本推 动了整个OLED屏下指纹渗透率在2019年得

21、以快速增长。 第三代光学屏下指纹识别方案大大降低模组厚度：2019年底汇顶推出的第三代光学方案采用微透镜，大大降低了模组厚度。通过植入微 透镜，代替传统大透镜，可以大幅压缩光路空间，从而使模组厚度降低至0.30.5mm水平，可以叠放在屏幕和电池中间，提升了设计自 由度的同时，支持手机厂商放入较大的电池。 三代光学方案与超声波方案对比,23,资料来源：CINNO Research,55%,25%,12%,8%,汇顶,高通,神盾,思立微,屏下指纹识别加速替代传统电容式指纹识别：2019年 随着旗舰机纷纷采用全面屏，屏下指纹识别全面取代 传统电容式指纹识别。2019年屏下指纹识别传感器出 货达到2亿

22、，相比2018年的2500万个增长了7倍。2020 年屏下指纹识别出货量预计在2.73亿左右，同比上升 36.5%，同比增速受疫情影响。预计随着疫情的影响 逐步消失，屏下指纹识别将回到快速增长的轨道上， 预计2019-2022年复合增长率达到64%。 光学屏下指纹识别成为中坚力量：2019年屏下指纹芯 片2亿的出货量中，光学屏下指纹识别技术占比约 77.5%，出货1.55亿部，主要品牌有汇顶科技、神盾、 思立微；超声波屏下指纹识别技术占比约12.5%，出 货0.45亿部，由高通独家垄断，独家供给三星。 光学屏下指纹识别快速渗透，受益于第二代光学方案 大大改善了性价比：透镜方案的光学指纹识别方案

23、， 不仅改善了成像质量，提升了识别率（识别率甚至高 过了超声波方案），而且大大降低了成本，推动了整 个OLED屏下指纹渗透率快速增长。 汇顶引领光学屏下指纹识别市场：2019年汇顶OLED光 学屏下指纹方案出货约1.1亿片，占光学屏下指纹市 场份额高达71%，占整体屏下指纹市场份额的55%。这 主要受益于汇顶引领了光学屏下指纹识别方案的升级 与创新。,2019年光学屏下指纹识别进入快速渗透期,0.25,0.45,0.48,0.49,0.64,1.55,2.25,4.08,6.86,0.00,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00,7.00,8.00,光学屏下指纹识别,超声波

24、屏下指纹识别,屏下指纹识别：第二代光学方案性价比卓越，2019年加速渗透,屏下指纹识别市场竞争格局,24,资料来源：CINNO Research,资料来源：CINNO Research,18,屏下指纹识别：5G时代，第三代超薄光学方案成为趋势,第二代光学屏方案存在模组较厚的缺点：第二代光学屏下指纹识别方案最大的 升级点在于提升成像质量、并降低价格，从而极大提升了性价比，但由于要给 透镜预留足够的光路空间，模组一般达到3-4mm的厚度，模组较厚导致安装时 需要与电池错位布置，挤占了电池空间。 第三代超薄光学方案满足5G手机的需求：随着5G时代到来，5G手机芯片功耗较 高、天线数量增多，并且多摄成

25、为趋势，挤压电池置放空间，使得第二代光学 方案在5G手机中的应用受限。2019年底汇顶推出的第三代光学方案，采用微透 镜代替传统的透镜，从而使模组厚度降低至0.30.5mm水平，可以叠放在屏幕 和电池中间，提升了设计自由度的同时，且支持手机厂商放入较大的电池。 5G换机潮，第三代超薄光学方案有望成为主流：目前汇顶的第三代超薄光学方 案已经可以将模组厚度降低到0.3mm以下的水平，并且着力解决成本高的问题。 预计随着2020年5G手机上量，超薄屏下指纹方案将有望逐步提高市场渗透率， 成为屏下指纹识别的主流方案。,第二代和第三代光学方案对比,小米CC9 Pro是首款使用超薄光学方案的手机,资料来源：小米官网,25,目录,全球CIS、指纹识别产业链主要企业,屏下指纹识别持续升级，渗透加快,5G多摄趋势下，CIS位于黄金赛道,CIS和指纹识别市场，日、韩、中三足鼎立,资料来源：Wind，Bloomberg 备注：基于公司CY2019年数据,神盾,思立微,豪威科技,索尼,三星,0%,10%,20%,30%,40%,50%,全球CIS、指纹识别产业链主要企业 80% 70% 汇顶科技 60%,0,10,20,30,60,70,80,90,毛利率（%）,4050 营收规模（亿美金）,CIS 指纹识别,大小代表营收规模,20,