车载摄像头重要组件-CMOS传感器需求和供给端解析

文章来源：长城电子研究所发布时间：2020-04-20

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体积小、重量轻、集成度高、价格低迅速得到各大厂商的青睐，目前除了专业摄像机，大部分带有摄像头设备使用的都是CMOS。与CCD传感器相比，CMOS传感器各方面的优势突出CMOS芯片代工封测供给紧张，涨价潮有望全产业链蔓延预计到2022年，CMOS传感器的全球销售额将达到190亿美金。CMOS代工、封测扩产速度远慢于需求增幅，涨价潮蓄力充分，并有望向全产业蔓延。

核心观点

从摄像头的结构来看，主要包含镜头、基座、红外滤光片、图像传感器、PCB和FPC，其中对成像质量影响最大的两个为图像传感器和镜头。图像传感器是将光信号转化为电信号的装置，是摄像头中最为重要的部件，分为CCD和CMOS两大类。

CMOS图像传感器芯片更得到各大厂商的青睐

图像传感器主要分为 CCD 图像传感器和 CMOS 图像传感器两大类。 CCD 和 CMOS都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字信号，但二者在感光二极管的周边信号处理电路和感光单元产生的电信号的处理方式不同。

CCD技术芯片技术工艺复杂，不能与标准工艺兼容。其次，CCD技术芯片需要的电压功耗大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。

相比于CCD，CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺，可将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块芯片上。虽然成像质量不如CCD，但是CMOS因为耗电省（仅为CCD芯片的1/10左右）、体积小、重量轻、集成度高、价格低迅速得到各大厂商的青睐，目前除了专业摄像机，大部分带有摄像头设备使用的都是CMOS。

与 CCD 传感器相比，CMOS 传感器各方面的优势突出

CMOS芯片代工封测供给紧张，涨价潮有望全产业链蔓延

预计到2022年，CMOS传感器的全球销售额将达到190亿美金。CMOS代工、封测扩产速度远慢于需求增幅，涨价潮蓄力充分，并有望向全产业蔓延。

从供给端看，CMOS芯片代工与封测环节为全产业链扩产瓶颈。CMOS芯片为摄像头模组中唯一涉及晶圆代工的组件，扩产壁垒高。

在CMOS芯片晶圆制造产能扩张过程中，索尼自建工厂扩产；三星将DRAM产线转产生产CIS；豪威依赖代工厂产能扩张与产能调配。

CMOS芯片需求增幅远高于目前摄像头行业供给能力扩张速度，CMOS芯片晶圆制造行业供需格局短期处于失衡状态。代工与封测的供给持续紧张导致涨价，在需求端旺盛的背景下，价格有望顺利传导，涨价氛围向全产业链蔓延。

从摄像头的成本占比来看，图像传感器是成本占比最高的部分，占总成本超过一半，镜头是成本占比第二高的部分，占比约20%。另外，模组封装、马达、红外滤光片占比分别为19%、6%、3%。

5G+自动驾驶摄像头需求的带动，CMOS芯片有望取得高增长

在汽车方面，自动驾驶汽车与传统的汽车不同，需要大量的传感器。Waymo 使用的克莱斯勒 Pacifica 混合型小型货车用到了4个激光雷达（1 个长距激光雷达，1 个中型激光雷达和 4 个短程激光雷达），4 个毫米波雷达，8 个摄像机和 1 到 3 个IMU 等传感器。

通用的自动驾驶汽车用到了5个短程激光雷达，8 个毫米波雷达，16 个摄像头和 1 到 2 个 IMU。

由于自动驾驶汽车需要大量的摄像头作为传感器，随着自动驾驶汽车的渗透率提高，有望带动摄像头行业的需求。

CMOS芯片作为摄像头的核心部件，在汽车以及安防摄像头需求的带动下，有望取得高增长。

其中汽车CMOS芯片2018年市场规模为8.7亿美元，预计2023年可达32亿美元，CAGR约为29.7%。

安防CMOS芯片2018年市场规模为8.2亿美元，预计2023年可达20亿美元，CAGR约为19.5%。CMOS芯片的高速发展侧面反映摄像头领域的景气度整体上行。

多摄的普及除了带动高像素摄像头需求爆发，也带动了低像素镜头的需求大幅提高,由于多摄手机通常会出现1-2高像素镜头附带2-3个低像素镜头。

以格科微为例，其绝大部分CMOS芯片出货集中在低像素手机摄像头中，今年5月份单月出货量高达1.1亿颗，同比增长50%。

在多摄以及高像素摄像头的需求的带动下，全球手机CIS市场规模有望持续高增长，预计2019年全球智能手机摄像头传感器销售额可达116亿美金，同比增长41%，2020年可达161.5亿美元，同比增长40%。

在安防市场，根据Grand View Research的报告，随着各行业对于安防产品设备与服务的支出的增加，预计到2025年全球物理安全市场规模将达到2924亿美元，CAGR可达9.4% ，其中视频监控是占据全球安防出货量最大的部分。

CMOS芯片是摄像头产业链最高价值的一环

摄像头各组成部分中按市场规模从大到小分别为：CMOS传感器、模组组装、光学镜头、音圈马达、红外滤光片等。

在摄像头产业链中，模组组装工厂生产或采购各组件进行模组组装成型，并出货给手机、汽车等终端客户。

各环节主要生产厂商如下：

摄像头各组件中上游原材料差异较大，CMOS传感器涉及晶圆制造，光学镜头制造中光学玻璃为关键原材料，模组组装过程中涉及覆铜板、铜材料等。

镜头模组各组件的技术难度、行业壁垒、供需格局等各有不同。模组组装环节成本占比19%，龙头毛利率在10%，利润水平较低。

光学镜头成本占比20%，毛利率水平在各环节中最高，龙头大力光毛利率接近70%。而CMOS传感器芯片是摄像头的最核心元件，成本占比达52%，是摄像头中价值量最高的环节。

目前CMOS芯片受制于晶圆代工、封测等环节的产能供给，为目前摄像头行业的主要产能瓶颈。

在旺盛的市场需求拉动下，摄像头行业的景气度上行趋势有望从CMOS芯片代工及封测行业开始，蔓延至全产业链。

CMOS代工与封测尽占需求红利，景气度持续攀升

CMOS芯片为摄像头模组中唯一涉及晶圆代工与封测的组件。与传统半导体产业链类似，CMOS芯片生产模式主要分为IDM与Fabless模式。

IDM模式从设计到生产一体化，具有更强的供应链管控能力；Fabless模式采取设计厂商分包模式，生产工作外包给代工与封测厂商，设计厂商无需承担高昂的设备折旧风险。

在CMOS图像传感器领域，索尼长期保持着领先地位。据IHS Markit报告，索尼以49.2%的市占率居于榜首，三星与豪威市占率分别为19.8%与11.2%，前六大厂商占据90.8%的市场份额，市场高度集中。

全球CMOS芯片前六大厂商中，仅豪威为fabless模式，晶圆制造与封测部分外包给代工厂。此外，索尼虽拥有自用代工厂，但封装工艺仍部分外包。

CMOS芯片代工制造，8寸晶圆代工产能异常紧张

就CMOS芯片制造工艺而言，目前高像素CMOS芯片主流制程为55nm（12寸晶圆），而低像素芯片制程较低，通常在8寸晶圆上进行代工制造。

据Yole报告，2017年全球CIS芯片产能折合12寸晶圆为242.2万片，月产能约为20万片；其中，索尼产能占比38%，全部为自用；三星产能占比20%，包含自用与代工；

台积电、中芯国际与华力微电子产能合计占比29%，全部为代工。前五家工厂产能合计占比达87%，CMOS芯片晶圆制造技术与资金壁垒高，市场集中度高。

据IHS Markit报告，2018年索尼、三星与豪威CMOS芯片供应能力分别为10.0、5.0、与3.9万片/月。

预计至2020年，全球前三家CMOS芯片厂商索尼、三星与豪威的供应能力单年扩张速度为1万片/月，整体年产能扩张速度约16%。

其中，2020年三星供应能力增长1.5万片/月，增幅略高于行业水平，主要受益于自身DRAM产品线转产CIS产品。

目前CMOS需求叠加半导体行业需求的整体复苏，代工厂产能异常紧张。8寸晶圆代工产能异常紧张，交期严重拖后，后续价格提价趋势较为清晰。

此外先进制程方面，明年5G商机有望大爆发，带动台积电7纳米、5纳米制程需求强劲，但因产能满载、供不应求，迫使台积电7纳米交货时间拉长，先前台积电大客户AMD已发生新品“迟到”，Xilinx交货期超过100天。

5G、手机摄像头、TWS耳机、PA等各类芯片产品需求同时爆发，挤爆晶圆厂产能。预期今年四季度淡季不淡，高景气度有望持续至明年。

在下游需求激增情况下，CMOS芯片受晶圆制造产能制约而难以迅速跟随扩产；无论是新建自身晶圆制造产线（索尼），或由其他产品线转至CMOS产线（三星），还是向代工厂索要产能（豪威），都难以在短时间内完成。

我们认为，在下游需求激增时，CMOS代工成为产能扩张的一大瓶颈。供给短缺催发涨价行情

CMOS芯片TSV封装测试成本高，封测涨价趋势较为确定

目前，CMOS芯片封装以10M像素为分水岭，高像素芯片封装通常采用COB技术在模组组装厂完成，低像素芯片封装通常采用WLCSP/TSV技术在封测厂完成。

COB技术将晶圆进行切割后再进行封装与组装。该封装工艺通常在模组组装过程中完成，加工费按颗计费，对于高像素大尺寸CMOS芯片封装具有成本优势。

COB技术缺点为摄像头模组整体尺寸大，平面尺寸（X/Y方向）以及厚度（Z方向）尺寸均大于其他封装技术。

Shellcase WLCSP/TSV 技术在晶圆上进行封装后再切割。该技术加工费通常按片收费，CMOS芯片尺寸越小，单颗芯片平均封装加工费越低；该技术对低像素小尺寸CMOS芯片封装具有明显成本优势。

此外，该技术为晶圆级封装，封装后模组尺寸小，适合于消费电子对“短小轻薄”的需求。

WLCSP/TSV封测企业成本结构中设备制造费用等固定成本占比非常高：其中，制造费用占比64.34%，直接人工费用占比14.55%，原材料费用占比20.33%。

传感器TSV封装行业扩产周期约为3个月至1年时间，厂商扩产需承担一定设备折旧风险；

我们谨慎预估，明年全年行业整体产能增幅约为25%~40%，明年二季度部分扩产产能投产某种程度上减缓TSV产能紧张态势，但紧供给状态仍然难以打破。WLCSP/TSV封测涨价趋势较为确定。

摄像头需求超预期增长，产业迎来涨价潮

目前摄像头需求超预期增长，叠加半导体行业景气度复苏，摄像头全产业链产能呈现紧张状态。其中，CMOS代工、封测扩产速度远慢于需求增幅，涨价潮蓄力充分。

而其它零部件，光学镜头、音圈马达、红外截止滤光片、以及模组组装各个环节均受益于单部手机摄像头颗数激增。

各环节现有产能容量、扩产周期、行业壁垒、竞争格局各不相同，每一环节受益幅度略有差异，预计涨价影响也各有不同。

CMOS芯片：CR4约为86%，CR8大于90%。市场高度集中，头部厂商议价权强势，有望产业链领涨。

红外截止滤光片：CR4约为69%，CR8大于76%。国内厂商市场份额处于领先地位。2018年水晶光电全球市占率第一约27%；五方光电市占率16.13%，国内厂商份额进一步提升。

光学镜头：CR4约为60%，CR8约为76%。大力光瑶瑶领先，舜宇紧随其后。

音圈马达：CR4约为53.2%，CR8约为76.9%。三家头部厂商均为日系，新思考、中蓝、比路集中在国内市场。

模组组装：CR4约为44%，CR8约为64%。市场相对分散，技术门槛较低，竞争持续加剧。但头部企业充分受益需求激增，业绩提升动力充分。

行业集中度高的环节具有一定壁垒，集中度高且扩产周期长的环节具有更高议价权，有望率先受益。摄像头需求激增，产业链涨价蓄力充分，有望全产业链蔓延，各环节龙头公司有望优先受益。

韦尔股份：

韦尔股份成立于2007年5月，主营业务为半导体器件设计和分销。公司通过收购不断壮大分销实力以及芯片设计的领域，2017年在上交所上市，2018年公司收购全球第三大图像传感器供应商北京豪威。

2018年8月，公司通过收购北京豪威进入图像传感器领域。北京豪威的实际经营主体为美国豪威，美国豪威是全球仅次于索尼和三星的第三大CMOS图像传感器供应商，为Fabless模式的IC设计企业。

公司收购豪威之后将成为全球第三大CMOS厂商，我们持续看好全球CMOS市场持续高增长带动公司业绩增长。

晶方科技：

公司是国内晶圆级封装的领军企业之一，主要专注于传感器领域的封装测试专业代工业务，同时具备8英寸、12英寸晶圆级芯片尺寸封装技术规模量产能力。

封装产品主要包括影像传感器芯片、生物身份识别芯片、微机电系统芯片（MEMS）、环境光感应芯片、医疗电子器件、射频芯片等，并广泛应用在消费电子（手机、电脑、照相机、游戏机）、安防监控、身份识别、汽车电子、虚拟现实、智能卡、医学电子等诸多领域。

5G手机陆续出货带动三摄、四摄等高端机型销量，景深、广角等低像素小尺寸CMOS传感器封装需求提升，公司晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）的成本优势明显，手机端CMOS芯片封装助力公司高成长。

汽车ADAS图像产品认证壁垒最高，技术要求高，因而车载CMOS封装单价高，突破后客户关系稳定。公司承接国家 02 专项专攻汽车电子领域，突破客户认证后，车载 CMOS 封测业务有望进入量价齐升收获期。

联创电子：

公司一家以镜头和触控显示为主营业务的企业，总部位于江西南昌，成立于2004年，注册资本3亿元。公司在光学方面起步较早，2009年光学产线建成投产，2013年公司的高清广角运动相机镜头就做到了全球第一。

2015年，公司成功借壳上市，上市之后公司开始加大对手机镜头领域以及车载镜头的投入。2017年公司的5M、8M以及13M的手机镜头开始量产出货，车载镜头也在当年获得英伟达的认证。为了打入高端手机镜头领域，实现弯道超车，2018年公司推出玻塑混合手机镜头，今年下半年将开始量产出货。

公司的主营业务主要包含光学业务和触控显示业务，其中光学业务包含镜头和模组，镜头包括手机镜头、车载镜头、运动相机镜头，模组包含手机摄像头模组、运动相机模组。触控显示业务主要包括触摸屏和显示模组，主要是为面板厂商做配套。

光学业务是公司毛利率最高的业务，也是公司未来重点发展的方向，是公司的核心所在，过往平均毛利率均在40%左右，今年上半年由于新增了手机摄像头模组，导致毛利率有所下降。

预计Q4和明年公司光学业务仍将取得高增长，主要来自于：

（1）屏下指纹镜头将开始大规模出货，这一块上半年还未产生业绩贡献；（2）手机摄像头模组的出货持续增长，主要来自于产能持续提高；

（3）高清广角影像模组已成为新的增长点。基于高清广角镜头的行业地位，公司将产品线扩展到了全景相机影像模组、视频会议影像模组、警用执法仪影像模组等领域，客户包括Insta360、Huddly 、Axon等客户，公司产品能力已经得到了客户的认可。

（4）高清广角镜头可取得较好的增长，这块是公司一直以来的优势业务，也是公司一直以来利润来源的重要部分。

从中长期来看，公司业绩增长主要来自于玻塑混合高端手机镜头以及ADAS用车载镜头，其中公司1G+6P高端手机镜头下半年将开始小批量出货。

车载镜头方面公司已经有多款镜头通过MobileEye、英伟达以及特斯拉认证，并进入了法雷奥、ZF、Aptiv、Magna等Tier1公司的供应链。

车载镜头是公司未来中长期的重要布局，未来随着自动驾驶的渗透率的提升，有望成为公司业绩重要的增长点。

高像素摄像头离不开镜头的支持，目前全塑料的镜头进一步升级已经接近物理极限，玻塑混合镜头开始登上舞台。

公司是国内模造玻璃的龙头，拥有国内最大的模造玻璃产能，其中高端的玻塑混合镜头已经开始出货，未来有望成为公司业绩的重要增长点。

水晶光电：

公司创办于2002年8月，主导产品为光学低通滤波器（OLPF）、红外截止滤光片及组立件（IRCF）两大产品系列。2016年，公司投资整列光波导方案龙头以色列Lumus公司。

2018年，公司与全球规模最大玻璃供应商SCHOTT AG共同投资设立晶特光学，生产具有高性价比的光学产品，形成从原材料、工艺开发到量产管控的整体优势，为下游客户提供一体化的供应链能力。

业务领域涉及光学光电子元器件、新型显示、半导体照明、反光材料、高端装备等产业。公司主要产品收入来自于精密光电薄膜元器件、反光制品、蓝宝石衬底及其他，其中精密光电薄膜元器件占比最高。

公司将新增年产1.2亿套成像光学组件、2.0亿套生物识别光学组件和1.5亿套移动智能终端精密薄膜光学面板的生产能力。下游客户对公司包括红外截止滤光片在内的成像光学组件需求将保持高速增长。

在3D感测和生物识别方面，前置结构光以及后置ToF已经在越来越多的机型中得到了应用，渗透率有望持续提升。另外，光学屏下光学指纹识别渗透率仍然较低，未来两年有望大幅提升。

公司在3D感知核心光学元器件中的窄带滤光片、光学屏下指纹滤光片、图形化镀膜晶圆等领域均有布局且具有先发优势，产品具有核心竞争力，3D感知市场的扩容将使得公司相关产品需求不断提升。

一些国内领先的CMOS传感器厂商如思比科、格科微等，依托自主核心技术，正逐步扩大份额、向中高端市场渗透。

虽然目前国内的CMOS传感器厂商在规模和技术上与国外厂商还存在一定的差距，但一些国内的CMOS传感器厂商，依托自主核心技术，正逐步扩大份额、向中高端市场渗透。

·格科微电子：

其自身CMOS图像传感器具有成本低、质量高等特点，在CMOS图像传感器及多媒体处理器的设计和算法上，都拥有完全的自主知识产权，已经拿到多项CMOS图像传感器结构和工艺方面的美国专利。

·思特威:

以安防应用作为市场切入点，以更高感度、更高信噪比、更高灵敏度、更优异低光照性能作为核心需求，在人工智能、智能感知和机器视觉等领域进行了布局。

·锐芯微电子：

其提供的产品则具有很高的性价比，应用领域涵盖视频监控、人机交互、工业监控以及其他专业应用领域，产品包括系列面阵以及线阵CMOS图像传感器，并提供定制CMOS图像传感器及多种IC定制设计服务。

·WINTEST：

精测电子控股子公司WINTEST主要产品包括CMOS图像传感器及逻辑IC测试机等产品。

·富瀚微电子：

其自主开发的低成本CMOS图像传感器ISP芯片实现量产并投入市场。

车载摄像头系统主要供应商的动向

安霸

今年1月，安霸宣布与Smart Eye建立了合作伙伴关系，计划共同开发DMS。该平台基于安霸的CV22AQ CVflow计算机视觉处理器，具有同类最佳的图像处理和高性能AI计算能力，且功耗通常低于2.5W。在CV22AQ上运行的Smart Eye的AI软件可以使OEM和Tier 1部署具有高级AI功能的驾驶员和座舱监控系统。

CV22AQ支持全局快门和滚动快门CMOS传感器。该处理器功能强大的ISP、支持RGB-IR彩色滤光片阵列，可实现高精度检测和监视，包括昏暗的车内环境。

其HDR（High Dynamic Range）处理可在高对比度场景中提取高图像细节，从而增强了芯片的计算机视觉功能和Smart Eye算法的潜力。CV22AQ包括高级安全功能，包括安全启动、TrustZone和I/O虚拟化。

2018年12月，安霸宣布与Hella Aglaia合作，为基于安霸的CV22AQ CVflow计算机视觉处理器的下一代ADAS提供平台。该平台旨在实现具有高级AI功能和高精度图像内容识别的前向单盒ADAS相机。

Hella Aglaia的视觉软件堆栈已从经过现场验证的NCAP应用感知功能（例如AEB、LKA、无眩光远光灯和速度辅助）扩展到基于摄像头的AI功能，例如用于物体检测的Mono-Depth或用于L2/L3应用中的语义自由空间（例如Highway Pilot）。Aglaia的软件堆栈设计高度模块化，可轻松与客户或第三方软件集成。

Intel/Mobileye

2019年5月，Mobileye宣布与英国国家制图机构Ordinance Survey合作，Mobileye将向一批车队提供摄像头和地图绘制技术，这些车队将收集信息，作为英国新数据和基础设施资产监测服务的基础。