（報告出品方/作者：海通證券，鄭宏達、李軒、文燦）

一、原理：光學成像

CIS是光學鏡頭模組的重要組成部分

光學鏡頭由鏡片、濾光片、CIS、馬達和保護蓋板組成； 根據證券之星官網、前瞻產業研究院援引ittbank，按照BOM成本劃分，光學鏡頭模組 中CIS佔比超過50%，其次為鏡頭，佔比20%，模組封裝、音圈馬達、紅外濾光片則分 別佔到19%、6%、3%。因此CIS在鏡頭中價值量佔比最大。

CIS是高度整合的影象系統晶片

CIS全稱CMOS Image Sensor，CMOS（互補金氧半導體）影象感測器是一個 高度整合的影象系統晶片； 當外界光線照射到CMOS影象感測器，感測器擁有的感光單元陣列會發生光電效應， 光電效應使得陣列上的每個感光單元產生對應外界色彩和亮度的電荷訊號，之後訊號 會被模擬-數字轉換電路轉換成數字影象訊號，從而還原出現實的影像。

CIS原理：光電訊號數模轉換

CMOS影象感測器是類比電路和數位電路的整合，主要由四個元件構成：微透鏡、彩 色濾光片（CF）、感光二極體（PD）、電路層。 光透過具有球形表面的微透鏡後聚攏穿過彩色濾光片，拆分成為紅、藍、綠色光進入 感光二極體內並轉化為電子，再經由畫素電路轉化為電壓訊號，最後透過邏輯電路輸 出成為影象數字訊號。

CIS分類：FSI、BSI、Stacked

CMOS影象感測器根據感光元件安裝位臵，主要可分為：前照式結構（FSI）、背照式結 構（BSI），在背照式結構基礎上還可以進一步改良，又被稱為堆疊式結構（Stacked）。 背照式CIS：晶圓工藝是在標準CIS邏輯電路晶圓基礎上，透過晶圓鍵合、晶圓減薄等 工序，將原本臵於彩色濾膜和光電二極體之間的金屬佈線移至晶片的另一側，由此光 線可由無阻擋的襯底背面直接進入光電二極體，可以顯著改善量子效率的同時也提升 了小尺寸畫素設計的自由度。 堆疊式CIS：能在處理電路得到更多的電晶體，擁有更快的速度，原來不容易實現的 HDR、升格等，現在變得很常見。讀出速度也變得更快。而且，由於將畫素區域和處 理電路區域堆疊，畫素區域能做得更大。

CIS主要引數及應用比較

影響CMOS影象感測器的主要引數指標包括如下： 畫素總數和有效畫素總數（個）、畫素尺寸（μm）、光學尺寸（英寸）、幀率（fps）、 信噪比（dB）、動態範圍（dB）、感光度（V/lux*sec）、量子效率等 。 按照不同下游應用場景，對應產品的技術引數發展水平和要求也不同。

二、產業鏈&技術迭代&歷史

影象感測器：CMOSvsCCD

影象感測器大類主要分為CCD影象感測器（電荷耦合器件影象感測器）和CMOS影象感測器（互 補金氧半導體影象感測器）兩大類。CCD和CMOS影象感測器的主要區別在於二者感光二 極管的周邊訊號處理電路和對感光元件模擬訊號的處理方式不同： CCD影象感測器：感光元件接受的模擬訊號直接進行依次傳遞，在感光元件末端將所傳遞的模擬 訊號統一輸出，並由專門的數模轉換晶片及訊號處理晶片進行放大、數模轉化及後續數字訊號處 理，CCD影象感測器具有高解析度、低噪聲等優點，但生產成本相對較高，主要用於專業相機、 攝影機等裝置。 CMOS影象感測器：每個感光元件均能夠直接整合放大電路和數模轉換電路，無需進行依次傳遞 和統一輸出，再由影象處理電路對訊號進行進一步處理，CMOS影象感測器具有成本低、功耗小 等特點，且其整體效能隨著產品技術的不斷演進而持續提升。

歷史發展，技術迭代：CMOS佔據主導

從上世紀90年代開始，CMOS影象感測技術在業內得到重視並獲得大量研發資源， CMOS影象感測器開始逐漸取代CCD影象感測器。如今，CMOS影象感測器已佔據了 市場的絕對主導地位，基本實現對CCD影象感測器的取代，而CCD僅在衛星、醫療等 專業領域繼續使用。

CMOS感測器晶片主要優勢

CMOS影象感測器晶片主要優勢可歸納為以下三個層面： 成本層面：CMOS影象感測器晶片一般採用適合大規模生產的標準流程工藝，在批次 生產時單位成本遠低於CCD； 尺寸層面：CMOS感測器能夠將影象採集單元和訊號處理單元整合到同一塊基板上， 體積得到大幅縮減，使之非常適用於移動裝置和各類小型化裝置； 功耗層面：CMOS感測器相比於CCD還保持著低功耗和低發熱的優勢。

CIS產業鏈：Fabless、Fab-lite、IDM並存

國內本土CMOS影象感測器設計廠商目前一般採取Fabless模式，包括思特威、韋爾股 份（豪威科技）、格科微等。 Fabless模式的優點集中在其輕資產、低執行費用和高靈活度，可以專注於晶片的設計 和創研工作。在晶圓產能供應緊張的階段，Fabless廠商能否獲得上游晶圓代工廠的穩 定供貨至關重要。晶圓代工廠選擇合作伙伴的標準也不僅僅停留在短期價格的層面。 國內外的晶圓代工廠商都會更傾向於與有自主技術、有產品能力、並與下游行業客戶 繫結較深的優質Fabless廠商保持穩定的供應關係。

CIS創新路徑之畫素

技術競賽依然是未來CIS競爭中一個關鍵的方面，推動著CIS向更小畫素、3D整合技術和新 穎畫素設計方向發展。我們認為CIS創新路徑圍繞兩個方面： 畫素點數量不斷增加，畫素尺寸不斷縮小，解析度以及清晰度持續提升。 隨著H。265編碼技術的普及、4K甚至更高解析度影片應用逐漸上量，加之人臉識別和物體識 別等智慧影片需求的興起，都意味著未來市場對CMOS影象感測器能夠支援更高解析度和更 高幀率的輸出需求將越來越迫切。

CIS創新路徑之工藝

CIS產業已經從FSI（前照式）技術工藝過渡到BSI（背照式）技術工藝，現在又轉向堆疊 式BSI技術工藝。在堆疊式BSI技術工藝中TSV（矽通孔）技術被用來連線感測器陣列和 logicdie（邏輯晶片）。堆疊式BSI標準技術現在已經成為使用銅與銅連線的混合堆疊。 最新CIS產品確實將混合連線間距縮小到畫素間距，這為實現畫素連線開闢了道路。

三、競爭格局&市場空間

CIS市場規模：千億市場，快速成長

根據思特威招股說明書援引Frost&Sullivan統計，自2016年至2020年，全球CMOS圖 像感測器出貨量從41。4億顆快速增長至77。2億顆，期間年複合增長率達到16。9%。預計 2021年至2025年，全球CMOS影象感測器的出貨量將繼續保持8。5%的年複合增長率， 2025年預計可達116。4億顆。 全球CMOS影象感測器銷售額從2016年的94。1億美元快速增長至2020年的179。1億美元， 期間年複合增長率為17。5%。預計全球CMOS影象感測器銷售額在2021年至2025年間 將保持11。9%的年複合增長率，2025年全球銷售額預計可達330。0億美元。

CIS銷售額：新興應用如汽車電子、醫療佔比將持續提升

根據格科微招股說明書援引Frost&Sullivan統計，2019年，全球智慧手機及功能手機 CMOS影象感測器銷售額佔據了全球73。0%的市場份額，平板電腦、膝上型電腦等消費終 端CMOS影象感測器銷售額佔據了全球8。7%的市場份額。至2024年，新興領域應用將推 動CMOS影象感測器持續增長，但隨著智慧手機多攝趨勢的不斷髮展，手機用CMOS影象 感測器仍將保持其關鍵的市場地位。

CIS行業競爭格局：一超多強，小而美

全 球 CMOS 圖 像 傳 感 器 行 業 呈 現 寡 頭 壟 斷 態 勢 。 根 據 格科微 招 股 說 明 書 援 引 Frost&Sullivan統計，以出貨量口徑統計，2020年，市場份額排名前五的供應商合計佔 據了96。0%的市場份額。其中，格科微以20。4億顆的出貨量位列市場第一，佔據29。7%的 市場份額，豪威科技排市場第四，佔據14。6%份額。以銷售額口徑統計，2020年，格科微 以58。6億元的銷售額位居行業第四，市場佔有率為4。7%，豪威科技排市場第三，佔據 11。3%份額。

2022年CIS市場預測：龍頭強者恆強，手機貢獻71.4%

根據韋爾股份21年報援引Counterpoint預測，受智慧手機、汽車、工業和其他應用需求 增長推動，2022年全球影象感測器（CIS）市場營收將達到219億美元，同比增長7%，其 中手機CIS市場將貢獻71。4%的營收，前三大CIS供應商索尼、三星和豪威合計營收比例 達到77%。

四、下游應用多點開花

CIS下游應用領域的不同技術特點

智慧手機：5G時代手機使用者對智慧手機的拍攝功能有很高的需求，智慧手機拍攝功能，包括解析度 、清晰度、美觀度和全場景適應能力，已成為智慧手機的核心亮點，因此對影象感測器的超高畫素的 要求非常高。

安防監控：安防攝像機需要在可見光不足、暴曬高溫以及其他各類的苛刻環境條件下保持長時間正常 工作，除常規引數達到基本要求外，其最重要的技術引數包括信噪比、HDR和量子效率，同時對耗電 量、極端溫度條件工作效能等也有較高的要求。

CIS之智慧手機：演變方向&技術變革

除高畫素、多攝、3D攝像等趨勢外，智慧手機攝像頭還經歷了大光圈、更快自動對焦、光 學防抖等多種技術變革。整體上看，使用者對拍攝體驗優質化、多樣化的需求對CMOS影象 感測器的各方面效能提出了更為嚴格的要求，也推動了市場需求的不斷增長。

CIS之智慧手機：多攝普及

根據格科微招股書，從2000年單攝手機問世，到2011年雙攝手機推出，再到2019年後臵 四攝手機發布，單部手機的攝像頭數量持續增加，2021年單部手機攝像頭配臵數量可達到 6個甚至更多。而攝像頭數量與其中元器件數量成正比，因此直接帶動了CMOS影象感測 器需求的增加。

CIS之智慧手機：攝像頭數量增長趨勢明顯

根據格科微招股書援引Frost&Sullivan統計，全球智慧手機後臵雙攝及多攝（三攝及以上 ）的滲透率呈現持續上升趨勢。後臵雙攝智慧手機自2015年初具規模以來，於2018年滲 透率達到高峰，佔據40。0%的份額。此後，後臵三攝及以上的多攝智慧手機逐漸成為市場 主流，預計至2024年，後臵雙攝及多攝智慧手機滲透率合計將達到98。0%。

平均單部智慧手機所搭載的攝像頭數量也在逐年上升，自2015年的2。0顆上升至2019年的 3。4顆，年均複合增長率達到14。3%，此後預計將以年均7。3%的增長率上升至2024年的4。9 顆。智慧手機攝像頭搭載數量的增加直接帶動了CMOS影象感測器市場需求的上升，在智 能手機市場進入存量時代後，多攝趨勢為CMOS影象感測器市場注入了強大的發展動能， 使其有望實現顯著高於手機市場的增長速率。

CIS之智慧汽車：智慧化浪潮下的需求提升

在汽車智慧化浪潮中，汽車上攝像頭的數量和畫素級別隨著自動駕駛等級的提升不斷提升 ，以實現更加精準的路況判斷、訊號識別及緊急狀況判斷。 汽車廠商對影象感測器的需求從傳統的倒車雷達影像、行車記錄儀擴充套件到電子後視鏡、 360度全景成像、高階駕駛輔助系統（ADAS）、駕駛員監控（DMS）等系統。 隨著自動駕駛技術和安全技術的發展，更多的攝像頭方案成為汽車標配，車用影象感測器 數量也將從傳統的兩顆左右提升至十餘顆。同時，伴隨著更復雜的應用場景對畫素要求的 提升，車用影象感測器的單顆價值量也將有一定幅度的上漲。

CIS之智慧安防：CIS在安防領域逐漸完成對CCD替代

根據韋爾股份可轉債募集說明書援引Yole Development的資料顯示，從2012年以來， CMOS影象感測器在安防領域逐漸完成對CCD的替代，2015年安防領域CMOS影象感測 器市場規模超過CCD，並在後續年度呈逐年上升趨勢。

2016年，安防領域的CMOS影象感測器市場用量約為1億顆，預計到2022年將增長至3。2 億顆。根據韋爾股份可轉債募集說明書援引IC Insights的資料，2018年CMOS影象感測器 在安防領域的市場規模為8。2億美元，預計2023年將上升至20億美元，年複合增長率 19。5%。

CIS之機器視覺：機器視覺應用場景比較豐富

機器視覺領域，近年來人工智慧的理論和技術日益成熟，深度學習能力不斷提高，機器視 覺的應用的領域越來越廣泛。伴隨著運算能力的提升和3D演算法、深度學習能力的不斷完善 ，機器視覺硬體方案的不斷成熟，同時各類軟體應用解決方案相繼提出，使其在電子製造 產業應用的廣度和深度都在提高，並且隨著智慧化消費品的技術進步和隨之帶來的生活習 慣和消費行為的變化，包括無人機、掃地機器人、智慧門禁系統、智慧翻譯筆在內的新興 消費電子產品在人們日常生活中的滲透率也大幅提升，消費級的應用也成為了新的高速增 長方向。

機器視覺應用場景比較豐富，對效能引數要求的維度差異也比較大。如高速應用場景對快 門速度要求很高，需要影象感測器具有很高的幀率以避免高速場景下的誤判導致事故發生 。而對於如掃地機器人中用於測距的CMOS影象感測器而言，由於有3D成像的需求，所以 其對HDR、感光度等特殊引數有一定的要求。

五、主要廠商

韋爾股份：半導體設計平臺化佈局

公司構建了影象感測器解決方案、觸控與顯示解決方案和模擬解決方案三大業務體系協同 發展的半導體設計業務體系。產品已經廣泛應用於消費電子、安防、汽車、醫療、AR/VR 等領域，包括智慧手機、平板電腦、膝上型電腦、網路攝像頭、安防裝置、汽車、醫療成 像、AR/VR頭顯裝置等。

格科微：聚焦CIS與DDI，走向Fab-Lite模式

格科微是國內領先的CMOS影象感測器晶片、DDI顯示晶片設計公司，公司量產的產品線 主要覆蓋QVGA（8萬畫素）至1300萬畫素的CMOS影象感測器和解析度介於QQVGA到 HD之間的LCD驅動晶片。

思特威：CIS安防龍頭，加速拓展汽車與手機

思特威主要產品是高效能CMOS影象感測器。公司針對目標應用領域特定及新興需求，開 發了具有高信噪比、高感光度、高速全域性快門捕捉、超寬動態範圍、超高近紅外感度、低 功耗等特點的影象感測器。以2020年出貨量口徑計算，公司的產品在安防CMOS影象傳 感器領域位列全球第一，在新興機器視覺領域全域性快門CMOS影象感測器中亦取得行業領 先的地位。

晶方科技：CIS封裝龍頭，積極佈局車載CIS

公司主要專注於感測器領域的封裝測試業務，具備8英寸、12英寸晶圓級晶片尺寸封裝 技術規模量產封裝線，涵蓋晶圓級到晶片級的一站式綜合封裝服務能力，為全球晶圓級 晶片尺寸封裝服務的主要提供者與技術引領者。

報告節選：

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精選報告來源：【未來智庫】。