CCD、CMOS影像感測器屬於光電產業裡的光電元件類，當跨越平台的視訊、影音、通訊大整合時代來臨，這個隨網際網路牽動的生活步調，勾勒著未來人類的活動藍圖。因此，透過PC、PDA、HPC、行動電話、互動電視、影像電話、上網機、FAX與GPS皆可傳遞影像與資訊，透過視訊會議方式與對方直接互動，本文將介紹CCD、CMOS等影像感測器於3C整合時代的多元化應用彈性。CCD為數位相機主流
2002年需求2,900萬顆
技術已發展將近30年的CCD，數位相機與早期的PC Camera都用到它，截至目前為止，CCD感測器產業有99%強的市場為日本廠商所壟斷，以Sony、Sharp、Panasonic與Sanyo為主要供應商。由於受到2001年911事件的影響，至2001年第四季為止，廠商對2002年的市場看法仍趨保守，據統計2001年底全球對數位相機用CCD的需求量為1,700萬顆至1,900萬顆；2002年全球能供給CCD的產能為2,100萬顆，但實際需求為2,700萬顆至2,900萬顆，比原先預估高出1,000萬顆。2001年Sony單月最高產能為380萬顆，其中43%是用在DSC上，今年下半年Sony對數位相機的出貨比重準備提高至50%以上，但面對目前產能不足的情形仍然緩不濟急，預料這段等待時間將長達6個月之久。
目前使用CCD最多的市場為數位相機，依照MIC估算，全球數位相機銷量1996年為85萬台，1997年為210萬台，1998年為350萬台，1999年達600萬台，2000年達1000萬台。不過，日本數位相機廠商的估計則更為樂觀，今年出貨量為1200萬台，明年將增至2000萬台，且買氣正持續加碼中。
CCD感測器由於價格因素與耗電問題，業者已有轉而發展替代元件的趨勢，CMOS就是這波發展的焦點。但由於CCD的S/N比與畫質均優於CMOS，所以數位相機的主流機種如334萬像素(2048 x 1536)數位相機皆採用CCD，而300萬像素以上的CCD發展也由Sony技術領先，並獨佔市場。
日商獨霸 業者推陳出新
主要CCD感測器供應商也正朝著低耗電方向發展，如NEC發展出一款130萬像素，採0.25μm製程，耗電量比上代產品降下30%；Sony有一款125萬像素產品編號ICX232AQ/AK耗電量比上代產品降下40%，目前則致力推廣其324萬像素ICX252AQ/AK系列產品；Panasonic的300萬像素級產品編號MN39590PT，解析度達354萬像素；Sharp甫推出400萬像素的CCD感測器，耗電量較300萬像素的產品降低18%，可同時支援Compact Flash與Smart Media兩種常用記憶卡，也可單獨支援Panasonic的SD卡。去年Sony在大打400萬像素CCD的同時，旋即發佈500萬像素CCD已達量產水平，並已開始出貨，目前市售有Minolta DiMAGE7、Sony DSC-F707、Nikon D1X即是500萬像素機種(表2)。
用在監控裝置的黑白CCD一般以CCIR與EIA為遵循標準發展，大陸上海金鑫BW-54、BW-30/32/38與韓國LG的GCA325/329系列可供參考；彩色CCD則有NTSC、PAL與VGA標準供發展參考，韓國LG的GCA325/329/333可供參考。
CMOS影像感測器急起直追
歐美廠商居多 台商投入者亦眾
CMOS感測器產業的發展迄今算是歐美的天下，目前美國30幾家，歐洲7家，日本約有8家，韓國1家，台灣有8家；而居全球翹楚地位的廠商計有Agilent的市場佔有率於2000年達37.67%，Omni Vision佔30.82%，Photobit約佔13.7%，ST佔4.79%，現代約佔2.05%，前述五家就佔掉90%市場，剩餘的10%由其他廠商分食，2000年全年面型CMOS感測器的出貨量達1460萬顆。
目前台灣投入發展CMOS的業者極多，主要原因包括：1. 台積電與聯電發展此項製程，CMOS Fabless公司投片生產無後顧之憂；2. 可調整IC的CMOS製程生產獲得，因此晶圓廠都有加入可能；3. CMOS整合度佳，利於將其他相機功能整合進來；4. 低生產成本(比CCD少了將近10~15%)與低功耗(CCD的1/8)(表3)。
各廠紛紛推出高解析度產品
就產品所支援的解析度來看，有應用於玩具市場的176 x 120(QCIF標準)；手機與電子郵件用的352 x 288(CIF標準，11萬畫素)，如Sharp的LZ0P3820，厚度5mm，為目前市場最薄的產品；視訊會議與PC Camera用的VGA級(640 x 480)的產品，台灣的原相推出的PAS001即為內含8bit ADC的VGA等級產品。1997年Toshiba推出高檔的CMOS，解析度達130萬像素(1280 x 1024)；Photobit、Conexant(其數位影像技術業務日前與Zing Network合併成立Pictos科技)與宜霖均推出130萬像素(SXGA)的高階產品應用於高階攝影機或數位相機，其中Photobit的PB-0100為11萬像素產品，PB-0300為VGA等級產品，PB-1024為100萬像素等級產品，PB-MV13為130萬像素等級產品；Omnivision的OV9620為130萬像素Progressive影像感測器，低耗電CMOS，提升在DSC的應用階層；ST(購併VLSI Vision, VVL)推出的VV6410與VV6500分別是CIF與VGA級產品，其中VGA產品將朝2.5V以下的工作電壓發展，並積極發展130萬與210萬像素的CMOS影像感測器，該公司並積極朝0.18與0.1μm製程發展，且與Ericsson合作3G行動電話上的CMOS影像感測器，製程採0.18與0.12μm；Canon的311萬像素CMOS影像感測器數位相機，機種編號為EOS-D30，挑戰旗艦級玩家的接受度；Sony與Sharp也投入CMOS的發展行列；Fujitsu整合DSP於單一晶片的CMOS影像感測器，消耗功率僅50mW，採100pin LQFP封裝方式。HP的VGA級CMOS製程同採0.35μm，編號為DCS-2000/2100。
台灣的銳相科技專攻CMOS Image Sensor，今年上半年共推出編號ICM-107B的100萬畫素、編號ICM-108B的130萬畫素與編號ICM-109T的210萬畫素(1600 x 1200)的CMOS影像感測器。這款編號為ICM-109T的Image Sensor，係採用最先進第三代的0.25μ製程，將改變目前高階200萬畫素數位相機的核心感測器由CCD獨佔的局面。
隨著IC製程的腳步，0.25μm、0.18μm製程將提高CMOS整合度與分辨率，更進而取代CCD成為DSC的主流。
CMOS將打破CCD壟斷中高階DSC之局面
長年以來，全球主要的CCD供應商為日廠，CCD的技術完全掌握在日本大廠Sony、Sharp、Sanyo、Panasonic與Toshiba手上；所佔比重2000年之際全球面型CCD出貨量總計3。512萬顆中市佔率最大者為Sony，達50.68%，其次為Panasonic、Sharp、Fuji與Sanyo分別為22.49%、17.65%、3.99%、2.85%。由於CCD製程採特殊MOS製程，台灣要想在這塊領域勝出不易。以台灣影像應用領域來說，低價格、整合性高的CMOS Sensor可使產品設計愈趨簡單，縮短新產品推出的時程，再加上省電，因此發展CMOS將得心應手。因為CMOS既可延伸現有的IC製程技術發展，投資效益相對高，台灣廠商若持續加碼則有望在影像感測器市場取得領導地位。
當然，雜訊與靈敏度是CMOS後續待改善的課題。另外，發展CMOS為主的整合單晶片在產出良率偏低的情況下，也是亟待提升的要項。因此未來幾年，數位相機的應用，80萬像素以上仍多使用CCD，而35萬像素與雙模(Dual Mode)相機採用CMOS的比例將占50%以上。技術發展上，2000年CMOS可達到100萬像素，2001年達到200萬像素，2002年達到300萬像素。至於，日本富士綜合研究所估計CMOS超越CCD的時機看好在2003年，出貨量CMOS將超越CCD，目前以支援QIF、VGA與SXGA的產品為主流。CMOS發展快速已反應到市場來，從日本DSC大廠也開始押寶CMOS，紛紛推出130萬畫素機種，打破中高階DSC皆由CCD壟斷的局面可見。未來CMOS往高階機種發展的例子會越來越多，CMOS影像感測器的年複合成長率預估超過170%以上。
[作者 賴彥青]
