数位相机（Digital Still Camera；DSC）近年来的发展迅速，根据研究机构的统计资料显示，除了2001年之外，每年的市场出货量成长率均超过40％，除了出货量成长，数位相机的规格一直不断往上提升，今年数位相机的主流规格已经提升到400万画素的产品，市面上亦出现800万等级的消费性机种。在谈到规格的同时，就必须要同时提到其关键零组件──影像感测器（Image Sensor），先前所提到的市场主流规格，指的多是CCD（电荷耦合元件）感测器，另外尚有CMOS（互补金属氧化半导体）感测器。

在数位相机的影像感测器市场，长久以来就是为CCD感测器所把持，而CCD感测器技术完全掌握在日系厂商手中，而日系厂商又将该技术视为民族工业，始终不肯将技术释出，为打破此垄断现象，自从CMOS感测器正式应用在数位相机开始，就不断试图挑战CCD感测器的市场地位，不过目前CMOS感测器在300万画素的产品遭遇到一些问题，进展不若过去顺利，眼看CCD感测器在技术与市场上的推展相对顺利，两者之间的差距似乎越来越大，CMOS感测器现阶段面临相当大的挑战。

本文将从CMOS感测器的技术与市场发展的角度切入，从数位相机的面向，讨论CMOS感测器的技术发展与市场前景。

CMOS感测器市场现况

数位相机最近几年的高度成长，引发各方的觊觎，尤其在其关键零组件影像感测器上，欲打破日系厂商长期以来在CCD感测器上的垄断地位，CMOS感测器最近几年积极发展，(图一)是2002～2007年全球数位相机搭配CCD与CMOS感测器的比重分布图，CMOS感测器确实存在取代CCD感测器的趋势，不过却都是以低价成熟的产品市场为主，目前市场上以OmniVision Technology（豪威科技）为领导厂商，另外包括ST（意法半导体）、Photobit、Hynix（现代）与Micron（美光）等国际级厂商，而全球CMOS感测器市占率最高的是Agilent（安捷伦），不过由于其产品大部分专注于光学滑鼠与相机手机领域，所以不在讨论的范围内。

《图一 全球数字相机搭配CCD与CMOS影像传感器比例》 资策会MIC，2003/11

国内投入CMOS感测器的厂商有锐相、原相、宜霖与泰视等四家厂商，这四家厂商分别在1996到1998年之间成立，除了泰视之外，其余厂商都已经推出300万画素等级的产品，最近几年数位相机大幅成长，市场上新投入的厂商并不多，泰视科技行销部业务一处晶理游淑如表示，一个CMOS影像感测器的设计中，包括数位与类比的技术，最好还要懂光学技术，国内类比方面的人才本来就不多，加上这几家厂商规模都不大，无法吸引并且长期培养这些人才，所以近年来尽管数位相机市场年年拥有高度成长，但投入CMOS感测器技术的新厂商并不多。

过去两、三年由于CCD感测器时常呈现缺货的状态，所以国内数位相机制造商有时候有钱也买不到，加上CCD感测器价格昂贵，以低阶数位相机市场为主的台商产品中相当大比重采用的是CMOS感测器，(图二)是我国2003年数位相机采用CCD与CMOS影像感测器之比例，第二、三季由于CCD供给量提升，所以采用CCD感测器比重小幅提升，不过到了第四季，CMOS感测器300万画素正式量产，采用CMOS感测器比重再度提升。

《图二 2003年我国数字相机采用CCD与CMOS影像传感器比例》 资策会MIC，2004/01

厂商动向

在产品部分，主流数位相机市场已经渐渐跨入400～500万等级，CMOS感测器厂商从去年下半年开始就陆续推出了300万画素等级的产品，在OmniVision方面，该公司台湾分公司协理徐立基表示，OmniVision继去年正式量产300万画素CMOS感测器后，今年将再推出新款0.13微米制程1/2.7吋的改版产品，画素尺寸（Pixel Size）则进一步缩小到2.77微米（μm ）。

至于更高阶的产品，徐立基指出，由于400万画素等级的产品在画素提升比率上并不明显，所以该公司下一代产品打算直接推出500万画素等级的产品，计划在今年第三季上市，制程为0.13微米1/1.8吋，画素尺寸也是2.77微米。 OmniVision产品的特点是将DSP电路整合在感测器中，可以加速影像的处理速度，系统厂商Design-in的时间也相对较短。

锐相也在不久前发表使用联电0.18微米制程的300万画素CMOS感测器，画素尺寸也缩小到2.8微米，不过该产品主要是应用在相机手机当中，这样的进展对国内厂商来说相当不容易，也表示我国CMOS感测器产业技术，居于全球的领先地位。

另外，记忆体大厂Micron（美光），最近积极投入CMOS Sensor领域，2003年底一口气​​发表了两款1/2吋的产品，分别是200万画素的MT9D001采用0.18微米制程，画素尺寸是4.2微米；而300万画素的MT9T001则是采用0.15微米制程，画素尺寸为3.2微米。

CCD与CMOS技术优劣

过去CMOS感测器最为人所诟病的就是影像品质，主要原因就来自于CMOS与CCD成像原理的不同，虽然基本上，基本上两者都是利用感光二极体（photodiode）进行光与电转换，将影像转换为数位资料，而其主要差异则在数位资料传送方式的不同。

(图三)为CCD与CMOS感测器的结构图，CCD感测器每一行中每一个画素（pixel）的电荷资料都会依序传送到下一个画素中，由最底端的部分输出，再经由感测器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS感测器中，每个画素都会连接一个放大器及类比/数位转换电路，用类似记忆体电路的方式将资料输出。

造成这种差异的原因，在于CCD的特殊制程可保持资料在传送时不会失真，因此各个画素的资料可集合至边缘处再做放大处理；而CMOS制程的资料在传送较长的距离时会产生杂讯，因此必须先行放大再整合各个画素的资料。

《图三 CCD传感器结构图；CMOS传感器结构图》 数据源：宜霖科技

这也是造成目前300万画素CMOS感测器成像品质不佳的原因，游淑如强调，这个问题在200万画素以下的产品身上还不明显，发展到300万画素以上，由于要传送的资料太多，若感测器没有良好的处理器搭配，一样很难有良好的成像品质。而事实上，我国厂商在光学技术上，与日系厂商确实有一段差距，就有业界人士开玩笑的指出，同样的镜头、感测器、后端晶片，分别交给台商和日商，做出来的成品在画面品质上硬是有一段差距。

这方面要解决确实不是容易的事，所以也成为300万画素CMOS感测器无法如先前，快速取代CCD感测器市场的原因之一，目前有人提出要以4T（Transistor）架构取代传统的3T架构，先前提到Micron的300万画素产品就已经结合该技术；另外，Micron自行研发DigitalClarity技术，让该感测器的成像品质能接近CCD感测器的成像品质，包括低暗电流、减少串音干扰、低时域杂讯，相较于竞争对手的产品功能，DigitalClarity能提供较细腻的影像品质，所以Micron的产品虽然较晚进入市场，不过在产品技术上颇为先进，市场评价不低。

尽管CCD感测器在灵敏度、解析度以及杂讯控制等方面均优于CMOS感测器，而CMOS感测器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。相较于CMOS感测器厂商目前致力于提升产品的成像品质，CCD感测器也正致力于降低产品成本，两者都有相中间靠拢的意味，不过却还是各自拥有原来的优势。

CMOS技术整合重点

除了感测器本身的画素、成像品质等条件之外，在CMOS产业，所有相关的上下游产业间的串联相当重要，锐相科技总经理林捷升表示，相对于数位逻辑IC产品，影像感测器是个新兴的产品，包括IC设计、制造、封装、测试等，都还相当不成熟，所以没有什么标准作业流程，因此在产品设计的初期就必须与制造、封装、测试等伙伴保持密切的合作，该公司与联电已经合作了6年的时间，仍然觉得还有很多改进的空间，该公司甚至有10几位制程工程师，是专门负责跟制造、封测的伙伴沟通的。

也因为如此，所以有业界人士认为，在CMOS感测器领域，单纯的Design House并不适合，具备前后端完整能力的IDM厂商，才是最适合发展CMOS感测器技术的企业类型。而国内四家清一色都是纯IC设计公司，因此在这几年来发展的都相当辛苦，除了内部的技术摸索之外，对外不管是生产方面的合作对象，或是镜头模组与后端IC厂商，都需要有良好的合作关系与默契。

徐立基以过去该公司发展相机手机模组时遇到的情况为例，该公司在数位相机产品方面原本也提供完整的模组给客户，而发展到相机手机的照相模组之后，由于该产品要求的特性，使得产品制造完成后，没有封装厂具有足够的技术能力为其产品做封装，直到后来与一家以色列的封装厂合作才让问题解决，所以很多事都是从失败与摸索中学习，对于像Hynix与Micron这样的IDM厂商，徐​​立基也谈坦言，确实有一些压力存在。

结论

CMOS感测器挑战CCD感测器的市场，在200万画素以下都相当顺利，除了CCD在技术推展的同时，由于面临产能不足，所以不会有闲置产能留下来生产旧有​​的技术，所以说是日系厂商「败走」低阶感测器市场，应该说「放弃」会比较恰当；但是两年以来扩产的结果，使得最近CCD感测器产能已不像先前吃紧，加上CMOS感测器300万画素的产品品质表现并不佳，日系厂商将较旧的生产线留下来继续生产300万画素的产品，价格上已经可以与CMOS一拼，所​​以CMOS感测器再300万画素的市场也相当辛苦，甚至有些厂商已经放弃。

另外，感测器的应用在未来的发展有许多想像空间，多数应用其实都不是诉求高画素，而是利基型或者新兴的市场应用，所以大部分厂商也投注相当心力在寻找新应用上，包括玩具、指纹扫描机、汽车、游戏机等等不胜枚举，也有市场人士表示，未来的世界的个感测器无所不在（Sensor Everywhere）的时代，如果真是如此，CMOS感测器的市场空间必定大的多。

而在数位相机领域，CMOS或许还是能突破300万画素的障碍，但与CCD感测器有些天生的障碍还是两者的分野，我们很难断定到底300万或400万是CCD与CMOS感测器的楚河汉界，不过一般都认为，未来两者能够并存，而且会有一个相当清楚的界线，各自在各自的市场空间改善、发挥，相信这也是大家都乐见的结果。