數位相機（Digital Still Camera；DSC）近年來的發展迅速，根據研究機構的統計資料顯示，除了2001年之外，每年的市場出貨量成長率均超過40％，除了出貨量成長，數位相機的規格一直不斷往上提昇，今年數位相機的主流規格已經提升到400萬畫素的產品，市面上亦出現800萬等級的消費性機種。在談到規格的同時，就必須要同時提到其關鍵零組件──影像感測器（Image Sensor），先前所提到的市場主流規格，指的多是CCD（電荷耦合元件）感測器，另外尚有CMOS（互補金屬氧化半導體）感測器。

在數位相機的影像感測器市場，長久以來就是為CCD感測器所把持，而CCD感測器技術完全掌握在日系廠商手中，而日系廠商又將該技術視為民族工業，始終不肯將技術釋出，為打破此壟斷現象，自從CMOS感測器正式應用在數位相機開始，就不斷試圖挑戰CCD感測器的市場地位，不過目前CMOS感測器在300萬畫素的產品遭遇到一些問題，進展不若過去順利，眼看CCD感測器在技術與市場上的推展相對順利，兩者之間的差距似乎越來越大，CMOS感測器現階段面臨相當大的挑戰。

本文將從CMOS感測器的技術與市場發展的角度切入，從數位相機的面向，討論CMOS感測器的技術發展與市場前景。

CMOS感測器市場現況

數位相機最近幾年的高度成長，引發各方的覬覦，尤其在其關鍵零組件影像感測器上，欲打破日系廠商長期以來在CCD感測器上的壟斷地位，CMOS感測器最近幾年積極發展，(圖一)是2002～2007年全球數位相機搭配CCD與CMOS感測器的比重分布圖，CMOS感測器確實存在取代CCD感測器的趨勢，不過卻都是以低價成熟的產品市場為主，目前市場上以OmniVision Technology（豪威科技）為領導廠商，另外包括ST（意法半導體）、Photobit、Hynix（現代）與Micron（美光）等國際級廠商，而全球CMOS感測器市佔率最高的是Agilent（安捷倫），不過由於其產品大部分專注於光學滑鼠與相機手機領域，所以不在討論的範圍內。

《圖一　全球數位相機搭配CCD與CMOS影像感測器比例》 資策會MIC，2003/11

國內投入CMOS感測器的廠商有銳相、原相、宜霖與泰視等四家廠商，這四家廠商分別在1996到1998年之間成立，除了泰視之外，其餘廠商都已經推出300萬畫素等級的產品，最近幾年數位相機大幅成長，市場上新投入的廠商並不多，泰視科技行銷部業務一處晶理游淑如表示，一個CMOS影像感測器的設計中，包括數位與類比的技術，最好還要懂光學技術，國內類比方面的人才本來就不多，加上這幾家廠商規模都不大，無法吸引並且長期培養這些人才，所以近年來儘管數位相機市場年年擁有高度成長，但投入CMOS感測器技術的新廠商並不多。

過去兩、三年由於CCD感測器時常呈現缺貨的狀態，所以國內數位相機製造商有時候有錢也買不到，加上CCD感測器價格昂貴，以低階數位相機市場為主的台商產品中相當大比重採用的是CMOS感測器，(圖二)是我國2003年數位相機採用CCD與CMOS影像感測器之比例，第二、三季由於CCD供給量提昇，所以採用CCD感測器比重小幅提昇，不過到了第四季，CMOS感測器300萬畫素正式量產，採用CMOS感測器比重再度提昇。

《圖二　2003年我國數位相機採用CCD與CMOS影像感測器比例》 資策會MIC，2004/01

廠商動向

在產品部分，主流數位相機市場已經漸漸跨入400～500萬等級，CMOS感測器廠商從去年下半年開始就陸續推出了300萬畫素等級的產品，在OmniVision方面，該公司台灣分公司協理徐立基表示，OmniVision繼去年正式量產300萬畫素CMOS感測器後，今年將再推出新款0.13微米製程1/2.7吋的改版產品，畫素尺寸（Pixel Size）則進一步縮小到2.77微米（μm）。

至於更高階的產品，徐立基指出，由於400萬畫素等級的產品在畫素提昇比率上並不明顯，所以該公司下一代產品打算直接推出500萬畫素等級的產品，計劃在今年第三季上市，製程為0.13微米1/1.8吋，畫素尺寸也是2.77微米。OmniVision產品的特點是將DSP電路整合在感測器中，可以加速影像的處理速度，系統廠商Design-in的時間也相對較短。

銳相也在不久前發表使用聯電0.18微米製程的300萬畫素CMOS感測器，畫素尺寸也縮小到2.8微米，不過該產品主要是應用在相機手機當中，這樣的進展對國內廠商來說相當不容易，也表示我國CMOS感測器產業技術，居於全球的領先地位。

另外，記憶體大廠Micron（美光），最近積極投入CMOS Sensor領域，2003年底一口氣發表了兩款1/2吋的產品，分別是200萬畫素的MT9D001採用0.18微米製程，畫素尺寸是4.2微米；而300萬畫素的MT9T001則是採用0.15微米製程，畫素尺寸為3.2微米。

CCD與CMOS技術優劣

過去CMOS感測器最為人所詬病的就是影像品質，主要原因就來自於CMOS與CCD成像原理的不同，雖然基本上，基本上兩者都是利用感光二極體（photodiode）進行光與電轉換，將影像轉換為數位資料，而其主要差異則在數位資料傳送方式的不同。

(圖三)為CCD與CMOS感測器的結構圖，CCD感測器每一行中每一個畫素（pixel）的電荷資料都會依序傳送到下一個畫素中，由最底端的部分輸出，再經由感測器邊緣的放大器進行放大輸出；而在CMOS感測器中，每個畫素都會連接一個放大器及類比/數位轉換電路，用類似記憶體電路的方式將資料輸出。

造成這種差異的原因，在於CCD的特殊製程可保持資料在傳送時不會失真，因此各個畫素的資料可集合至邊緣處再做放大處理；而CMOS製程的資料在傳送較長的距離時會產生雜訊，因此必須先行放大再整合各個畫素的資料。

《圖三　CCD感測器結構圖；CMOS感測器結構圖》 資料來源：宜霖科技

這也是造成目前300萬畫素CMOS感測器成像品質不佳的原因，游淑如強調，這個問題在200萬畫素以下的產品身上還不明顯，發展到300萬畫素以上，由於要傳送的資料太多，若感測器沒有良好的處理器搭配，一樣很難有良好的成像品質。而事實上，我國廠商在光學技術上，與日系廠商確實有一段差距，就有業界人士開玩笑的指出，同樣的鏡頭、感測器、後端晶片，分別交給台商和日商，做出來的成品在畫面品質上硬是有一段差距。

這方面要解決確實不是容易的事，所以也成為300萬畫素CMOS感測器無法如先前，快速取代CCD感測器市場的原因之一，目前有人提出要以4T（Transistor）架構取代傳統的3T架構，先前提到Micron的300萬畫素產品就已經結合該技術；另外，Micron自行研發DigitalClarity技術，讓該感測器的成像品質能接近CCD感測器的成像品質，包括低暗電流、減少串音干擾、低時域雜訊，相較於競爭對手的產品功能，DigitalClarity能提供較細膩的影像品質，所以Micron的產品雖然較晚進入市場，不過在產品技術上頗為先進，市場評價不低。

儘管CCD感測器在靈敏度、解析度以及雜訊控制等方面均優於CMOS感測器，而CMOS感測器則具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。相較於CMOS感測器廠商目前致力於提昇產品的成像品質，CCD感測器也正致力於降低產品成本，兩者都有相中間靠攏的意味，不過卻還是各自擁有原來的優勢。

CMOS技術整合重點

除了感測器本身的畫素、成像品質等條件之外，在CMOS產業，所有相關的上下游產業間的串聯相當重要，銳相科技總經理林捷昇表示，相對於數位邏輯IC產品，影像感測器是個新興的產品，包括IC設計、製造、封裝、測試等，都還相當不成熟，所以沒有什麼標準作業流程，因此在產品設計的初期就必須與製造、封裝、測試等夥伴保持密切的合作，該公司與聯電已經合作了6年的時間，仍然覺得還有很多改進的空間，該公司甚至有10幾位製程工程師，是專門負責跟製造、封測的夥伴溝通的。

也因為如此，所以有業界人士認為，在CMOS感測器領域，單純的Design House並不適合，具備前後端完整能力的IDM廠商，才是最適合發展CMOS感測器技術的企業類型。而國內四家清一色都是純IC設計公司，因此在這幾年來發展的都相當辛苦，除了內部的技術摸索之外，對外不管是生產方面的合作對象，或是鏡頭模組與後端IC廠商，都需要有良好的合作關係與默契。

徐立基以過去該公司發展相機手機模組時遇到的情況為例，該公司在數位相機產品方面原本也提供完整的模組給客戶，而發展到相機手機的照相模組之後，由於該產品要求的特性，使得產品製造完成後，沒有封裝廠具有足夠的技術能力為其產品做封裝，直到後來與一家以色列的封裝廠合作才讓問題解決，所以很多事都是從失敗與摸索中學習，對於像Hynix與Micron這樣的IDM廠商，徐立基也談坦言，確實有一些壓力存在。

結論

CMOS感測器挑戰CCD感測器的市場，在200萬畫素以下都相當順利，除了CCD在技術推展的同時，由於面臨產能不足，所以不會有閒置產能留下來生產舊有的技術，所以說是日系廠商「敗走」低階感測器市場，應該說「放棄」會比較恰當；但是兩年以來擴產的結果，使得最近CCD感測器產能已不像先前吃緊，加上CMOS感測器300萬畫素的產品品質表現並不佳，日系廠商將較舊的生產線留下來繼續生產300萬畫素的產品，價格上已經可以與CMOS一拼，所以CMOS感測器再300萬畫素的市場也相當辛苦，甚至有些廠商已經放棄。

另外，感測器的應用在未來的發展有許多想像空間，多數應用其實都不是訴求高畫素，而是利基型或者新興的市場應用，所以大部分廠商也投注相當心力在尋找新應用上，包括玩具、指紋掃描機、汽車、遊戲機等等不勝枚舉，也有市場人士表示，未來的世界的個感測器無所不在（Sensor Everywhere）的時代，如果真是如此，CMOS感測器的市場空間必定大的多。

而在數位相機領域，CMOS或許還是能突破300萬畫素的障礙，但與CCD感測器有些天生的障礙還是兩者的分野，我們很難斷定到底300萬或400萬是CCD與CMOS感測器的楚河漢界，不過一般都認為，未來兩者能夠並存，而且會有一個相當清楚的界線，各自在各自的市場空間改善、發揮，相信這也是大家都樂見的結果。