图像传感器近期更是成为市场上不容忽视的焦点，形成了半导体行业最炙手可热的领域之一。目前CCD图像传感器和COMS图像传感器(CIS)是被普遍采用的两种图像传感器。
CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，大致的形状和运作方式已经定型。
CMOS图像传感器(CIS)是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、 彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、像素设计。 CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
据MarketsandMarkets称，因CCD具有更高的分辨率和光敏性，因此传统上占据了最大的市场份额。但就目前市场而言，CIS因其成本效益、快速处理速度和低功耗等特性而广受大众关注且认为其最有发展潜力的。因其尺寸小、功率低、易集成、帧速率更快和制造成本更低等自身优势，预计将占领市场的主导地位。
受益于ADAS及自动驾驶的需求拉动，汽车 CIS 市场趋势也是不容小觑。大数据表明未来 5 年汽车 CIS 市场将保持20%的年均复合增速，市场规模有望从2019年9亿美元快速成长至 2023的19 亿美元，增速高于其他 CIS 细分市场。而根据Yole 数据，2018年全球汽车搭载2颗及以上CIS的汽车渗透率仅为 34%，2021年该数值有望成长至 60%，单车搭载的摄像头颗数将快速提升。而目前汽车CIS市场是由安森美作为主力军的，2018 年在全球车用 CIS 领域的市占率达到 62%，而豪威在汽车CIS市场紧随其后，市占率为 20%。虽然索尼在全球 CIS 市场占据绝对领导地位，但由于汽车厂商对 CIS 的要求不同于手机，耐高温、防撞等可靠性指标是主要衡量标准，同时车厂的验证时间也较长，在汽车领域安森美和豪威比索尼略有优势。
一、CIS行业整体情况
谈到CIS市场就不能不提到龙头—索尼，2018年索尼市占率达到51%，三星与豪威分列二、三位，市占率分别为20%、10%，前三名合计市场份额达到81%，市场份额集中度较高。细分市场来看，2018年智能手机 CIS 龙头仍为索尼，市占率达到 54%，得益于三星在全球智能手机市场的领先地位，三星电子智能手机用 CIS 市占率达到 22%，豪威则市占率达到 11%。
安防市场市占率则较为分散，2018 年索尼、豪威、三星位居前三，SK 海力士、松下、格科微等厂商也具备一定竞争力。
二、CIS市场需求量
2020年，随着上游晶圆的产能愈发紧张，CIS芯片的供货缺口也进一步加大。根据市场数据不难发现，CIS严重存在供应不求：5M及以下的CIS出现了两次大规模涨价，而涨价的厂商大都分布在我国大陆地区，其中，格科微的缺货情况尤为明显，为缓解压力，格科微不得不在短期内两次上调产品价格，整体涨幅至今已接近40%。此外，思比科、比亚迪等多家CIS芯片厂商同样有调价 *** 作。CIS出现缺货主要是需求爆发而产能不足，贸易战下，多数晶圆厂的产能优先提供给大客户，小客户的单被砍掉后相关芯片自然就缺货了。而需求的快速增长主要来源于多摄像头在智能手机市场的普及率大幅度提升，并扩散至中低端机型，造成市场对中低端CIS产品需求增加。除智能手机外，汽车电子、安防监控等终端产品摄像头数量成倍增加也是CIS市场的需求快速增长的原因之一。
根据市调机构IC Insights统计，2019年CIS全球出货量达到61亿颗，销售额估较2018年成长9％、至155亿美元，可望连续八年刷新纪录，今年可望成长4％、到161亿美元，此趋势将延续至2023年有望突破95亿颗形式。目前CIS最大终端应用在智能手机，但从成长性来看，汽车领域爆发力最强，至2023年销售额年复合成长率（CAGR）估达到29.7％、上看32亿美元；占整体CIS比重达15％。
三、CIS与CCD工作原理
有人就会疑惑CIS市场真的像这些数据表现的如此优越吗？那么我们就需要先去了解其基本工作原理：我们把接收到的光当做密集的雨点，把像素点比作水桶。CCD上的“水桶”按列平行排布，每一列再逐列传给转移桶(信号读取)，然后将数据一起打包放大输出(数据传输)，完成数据转换。而CIS上的“水桶”则是同时运作接收“雨滴”，即同时接收并读取光信号，并且每个像素点单独配置了信号放大器，能直接将电信号直接传输给电路板。
四、CIS与CCD差异区别
所谓：“尺有所短，寸有所长。”CIS也是如此，CIS与CCD确实相比有很多突出的特点，如体积小、功耗低、成本低，但CIS仍然面临一些不可以避免的问题，如散热性、分辨率、灵敏度、信噪比等。
CIS与CCD光信号采集方式不同，CCD采取的是被动式，而CIS则采用的是主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出。CIS在处理快速变化的影像时，电流会频繁变化并且流量增大从而导致其过热。这个问题也是CIS供应商一直以来所考虑的，所以对IC封装材料的选择上更是精心筛选。而在一众IC封装材料中，陶瓷电路板因其自身的载流量大符合CIS电流量要求就已领先一步，再者陶瓷本身材质散热性好、与其匹配的热膨胀系数的优势更是很好解决了CIS电路频繁变化而导致的过热的问题并且可以使其保持恒温状态。
由于CIS每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，以致于CIS的灵敏度较低，CIS供应商一直在为减小像素间距而努力。只有图像传感器的像素越多，分辨率也越高。
但是，随着像素间距尺寸与光的波长越来越接近，像素缩小变得越来越困难。豪威科技（OmniVision）工艺工程负责人Lindsay Grant表示：“现在研发团队必须找到新方法来避免灵敏度降低和传感器的串扰增加。”而另一种趋势则是CMOS图像传感器的像素大小保持不变，改进方向从减少像素尺寸转向提高图像质量。
不论是减小像素间距还是减少像素尺寸，都无疑是在说明会对该集成电路精密度会越来越高，这就意味着该器件的集成度要高，运行速度要快、性能要好，物联网系统中传感器精密对于系统在布置时也意味着更加方便、性能更优。但与此同时，对硬件的要求也就随之提升，其中的核心就是传感器芯片了，市场上的普通PCB远远不能满足CIS的要求，而陶瓷电路板却有着可进行高密度组装，线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm优势，从而实现设备的集成化、微型化，达到CIS的要求。
CIS的信噪声也是一直以来让其供应商大感头疼的，相较于CIS而言,CCD芯片的衬底偏压稳定性更好且芯片上的电路更少，所以拥有更显着的低噪优势，甚至达到无固定模式噪声的水平。CIS成像器件集成度高，各光电元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，噪声对图像质量影响很大。
CIS器件集成度高也是其优势所在，所以从芯片的稳定性上寻找方法更为合适。而陶瓷电路板采取DPC薄膜技术，利用磁控溅射的工艺将铜与陶瓷基板相结合起来，所以陶瓷电路板的金属的结晶性能好，平整度好、线路不易脱落并具有可靠性稳定的性能，能够很好的减少CIS噪声从而降低对于图像质量的影响。
斯利通陶瓷电路板除上述优势外，就其导电层可根据电路模块需要设计任意电流，即铜层越厚，可以通过的电流越大，斯利通陶瓷基板的厚度是可以在1μm～1mm内任意定制，可以与CIS需求导电层高精准匹配。
陶瓷电路板更具有三维基板、三维布线，抗腐蚀性好，使用寿命长等独有优势，更有助于CIS的性能、特点巩固加强。据市场调查分析，陶瓷电路板早已在发达国家中广泛应用，陶瓷电路板以其绝对的优势成为了世界级传感器厂商的掌上明珠。
五、CIS未来可期
目前，CIS正朝着高分辨率、高动态范围、高灵敏度、高帧速、集成化、数字化、智能化的方向发展。不可否认，CIS有着不可抗拒的广阔的市场以及良好的发展前景。
未来新兴市场对CIS的需求，同样也是中国CIS厂商发展的新机会。
图为工业机器人
自从美国对中国芯片产业进行制裁之后，引发了不少国人对中国 科技 的关心，并产生了疑问： 中国还有哪些技术被外国垄断，美国会不会从其他的领域对我们发起攻击？
在2018年时，《 科技 日报》总结了35项我国目前被美国“卡脖子”的技术， 其中这些最多的就是与芯片有关的技术，包括微纳米芯片、光刻机、光刻胶、工业软件和超精密抛光技术等，其他的也是非常具有代表性。
图为《 科技 日报》总结的35项技术
近些年来，美国制裁芯片的消息可谓是“一石惊起千层浪”，但依旧改变不了中国对这领域核心技术的渴求。 据官方统计，2020年中国集成电路（芯片）对外进口额超3500亿美元(折合人民币约为2.26亿元），同比增长14.6%，创下了 历史 新高。
进口额如此之高，全是因为关键技术和设备被外国垄断 ，其中 大多是日本和美国 ，在半导体材料，日本一直是领先全球的，目 前占据世界70的半导体硅材料 ，还有硅晶圆、光罩、靶材料、陶瓷板、塑料板、封装材料、保护涂抹等1 4种重要材料也占有50以上的份额 。日本在这方面确实是挺强的，以至于上个世纪美国不得不用《广场协议》来打击日本的半导体产业。
至于半导体加工设备，也是日本独占鳌头 ，根据2020年11月发布的“国际半导体设备公司排名”，我们可以看到， 前十名，美国和日本各占了四个，剩下两个分别是荷兰的ASML(阿斯麦，提供光刻机的那家公司）以及ASM International (先域），尤其是那排名前三的公司，赚走了中国大量的钱。
图为国际半导体公司排名表
除了半导体之外，其他的高精端领域也无不是列强虎视眈眈，比如高精度机床领域，日本、瑞士和德国三足鼎立，其中日本更胜一筹，世界最先进的机床主轴也是来自日本精工，工业机器人日本更是领导者。
不光是高精端技术和设备领域，连我们日常生活中的一些设备也可能面临被卡脖子的危险，比如印刷二代身份z的设备就是来自日本富士施乐、美国的惠普等公司，虽然能保证我们信息安全，但是技术在别人手中，关键时候还是得受制于人。
再比如说我们平常喝的牛奶，有关的常温包装专利被瑞典的利乐公司掌握，占据着中国牛奶包装市场70%的份额，也就是说我们每喝一瓶牛奶，外国公司就要从中国拿走一部分钱，大概赚取蒙牛、伊利等乳业巨头75%的利润。
更令人可恶的是，我们平常使用的国外的一些软件，一般的企业或个人使用盗版的不被起诉，而那些知名企业或大学使用盗版的就会受到制裁，这样做的目的是：确保中国人对他们的依赖性，从而自己研发的积极性大大减弱了。
总的来说，从高精端制造业到与我们息息相关的生活产品，外国人都可以赚取中国的钱， 正如媒体人所言：“一切的隐患都是核心技术受制于人”，那我们该如何冲破枷锁？答案是：自 力 更生，踏踏实实搞科研才是正道。（清风）
碳化硅陶瓷—光刻机用精密陶瓷部件的首选材料
jensoil
道法自然
来自专栏半导体产业和投融资
本文来自中国粉体网
近几年，光刻机的确是个热词，不论业内业外，都对其非常关注，“有井水处即有光刻机”说的毫不夸张。据说有位半导体领域的专家去理发时，理发小哥也会滔滔不绝的和他交流光刻机。
而在材料领域，碳化硅的“火”有过之而无不及，其本身作为一种优良的陶瓷材料，性能与应用不断地被的开发，尤其是随着集成电路的快速发展，碳化硅作为第三代半导体材料更是一跃成为最受瞩目的材料之一。
光刻机和碳化硅之间又有什么神秘关系呢？
这还要从刚才讲到的集成电路说起。集成电路产业(即IC产业)是关乎国家经济、政治和国防安全的战略产业，在IC产业中，集成电路制造装备具有极其重要的战略地位。集成电路关键装备的发展除先进设计、精密控制技术外，关键零部件制备技术制约也是严重影响集成电路先进制造装备国产化进程的一大问题。
12英寸硅片用碳化硅真空吸盘
关键零部件具有举足轻重的作用，要求结构件材料具有高纯度、高致密度、高强度、高d性模量、高导热系数及低热膨胀系数等特点，且结构件要具有极高的尺寸精度和结构复杂性。例如在高端光刻机中，为实现高制程精度，需要广泛采用具有良好的功能复合性、结构稳定性、热稳定性、尺寸精度的陶瓷零部件，如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁钢骨架水冷板、反射镜、导轨等。
碳化硅陶瓷正是光刻机用精密陶瓷部件的首选材料！
碳化硅陶瓷具有高的d性模量和比刚度，不易变形，并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数，热稳定性高，因此碳化硅陶瓷是一种优良的结构材料，目前已经广泛应用于航空、航天、石油化工、机械制造、核工业、微电子工业等领域。
但是，由于碳化硅是Si-C键很强的共价键化合物，具有极高的硬度和显著的脆性，精密加工难度大；此外，碳化硅熔点高，难以实现致密、近净尺寸烧结。因此，大尺寸、复杂异形中空结构的精密碳化硅结构件的制备难度较高，限制了碳化硅陶瓷在诸如集成电路这类的高端装备制造领域中的广泛应用。目前只有日本、美国等少数几个发达国家的少数企业(如日本的Kyocera、美国的CoorsTek等)成功地将碳化硅陶瓷材料应用于集成电路制造关键装备中，如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等。
碳化硅工件台
光刻机中工件台主要负责完成曝光运动，要求实现高速、大行程、六自由度的纳米级超精密运动，如对于100nm分辨率、套刻精度为33nm和线宽为10nm的光刻机，其工件台定位精度要求达到10nm，掩模硅片同时步进和扫描速度分别达到150nm/s和120nm/s，掩模扫描速度接近500nm/s，并且要求工件台具有非常高的运动精度和平稳性。故需满足以下要求：
工件台及微动台(局部剖面)示意图
(1)高度轻量化：为降低运动惯量，减轻电机负载，提高运动效率、定位精度和稳定性，结构件普遍采用轻量化结构设计，其轻量化率为60%~80%，最高可达到90%；
(2)高形位精度：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5μm；
(3)高尺寸稳定性：为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的尺寸稳定性，不易产生应变，且导热系数高、热膨胀系数低，不易产生大的尺寸变形；
(4)清洁无污染：要求结构件具有极低的摩擦系数，运动过程中动能损失小，且无磨削颗粒的污染。
碳化硅陶瓷方镜
光刻机等集成电路关键装备中的关键部件具有形状复杂、外形尺寸复杂以及中空轻量化结构等特点，制备此类碳化硅陶瓷零部件难度较大。目前国际主流集成电路装备制造商，如荷兰ASML，日本NIKON、CANON等公司大量采用微晶玻璃、堇青石等材料制备光刻机核心部件——方镜，而采用碳化硅陶瓷制备其他简单形状的高性能结构部件。中国建筑材料科学研究总院的专家们却采用专有制备技术，实现了大尺寸、复杂形状、高度轻量化、全封闭光刻机用碳化硅陶瓷方镜及其他结构功能光学零部件的制备。
碳化硅光罩薄膜
日前在韩国的一场半导体交流活动中，ASML韩国营销经理MyoungKuyLee透露，公司将开始供应透光率超90%的薄膜，以提升EUV光刻机的效率。ASML2016年首次开发出光罩薄膜，当时的透光率是78%。随后在2018年，薄膜透光率提升到80%，去年提升到85%。
薄膜用于保护光罩免受污染，单价2.6万美元左右（约合人民币16.78万元）。
另外，韩国企业FST、S&STech也都在紧张开发EUV光刻机所需的薄膜，FST此前预期上半年开始供应90%透光率的碳化硅薄膜。
碳化硅陶瓷精密结构部件制备工艺
中国建材总院在近净尺寸成型工艺——凝胶注模成型的基础上，开发出用于制备新型大尺寸、复杂形状、高精度碳化硅陶瓷部件的工艺技术。
碳化硅陶瓷部件制备工艺流程图
该制备流程中的关键工艺包括凝胶注模成型工艺、陶瓷素坯加工工艺和陶瓷素坯连接工艺。其中，凝胶注成型工艺是制备碳化硅陶瓷部件的基础，该工艺是一种精细的胶态成型工艺(Colloidalprocessing)，可实现大尺寸、复杂结构坯体的高强度、高均匀性、近净尺寸成型，自上世纪90年代以来在特种陶瓷材料制备领域获得了广泛的研究。陶瓷素坯加工工艺可以实现复杂形状陶瓷部件的快速、低成本、精密制造，有效提高陶瓷部件的尺寸精度及表面光洁度。陶瓷素坯连接工艺则可以实现中空陶瓷部件的制备，主要采用陶瓷粘结剂将陶瓷单体部件进行连接获得整体中空部件。
产业竞争格局
目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场份额的70%。
京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料体系齐全、性能优异、结构复杂、加工精度高等特点，所制造的精密陶瓷结构件几乎涵盖了现有结构陶瓷材料体系，如氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化铝等；结构件的应用领域也几乎覆盖了全部集成电路核心装备，形成了一系列型号齐全、品种多样的精密陶瓷结构件产品，如美国CoorsTek公司能够提供光刻机专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品；京瓷能够提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备（CVD、溅射）、LCD等装备用精密陶瓷结构件。我国在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面起步较晚，在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构陶瓷零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。
结束语
碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能(如高强度、高硬度、高d性模量等)、优异的高温稳定性(如高导热系数、低热膨胀系数等)以及良好的比刚度和光学加工性能，特别适合用于制备光刻机等集成电路装备用精密陶瓷结构件，如用于光刻机中的精密运动工件台、骨架、吸盘、水冷板以及精密测量反射镜、光栅等陶瓷结构件等。
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