隨著5G的商用，推動智慧型手機市場開始恢復增長，再加上手機市場多攝趨勢以及車用和安防市場對於攝像頭需求的增長，直接推動了對於CMOS傳感器晶片需求的暴漲。與此同時，由於車用、物聯網MCU及PMIC在8英寸廠投片、分立器件、MEMS、指紋識別等對於8英寸廠投片需求的持續增長，以及部分MOSFET由6英寸廠轉向8英寸廠，致使目前8英寸晶圓代工廠的產能爆滿，這也進一步加重了主要依靠8英寸產能COMS傳感器的緊缺程度。與此同時，COMS傳感器的封測產能也出現了爆滿的狀態。
一、攝像頭產業鏈概況：光學創新的核心元件
從攝像頭的結構來看，主要包含鏡頭、基座、紅外濾光片、圖像傳感器、PCB 和 FPC，其中對成像質量影響最大的兩個為圖像傳感器和鏡頭。
鏡頭由透鏡、濾光裝置、鏡筒，鏡頭組相當於相機的「眼鏡」，由很多片透鏡組成，光線通過時，鏡片們會層層過濾雜光（紅外線等），多層鏡頭組合，它們會互相矯正過濾。每多一片最終成像就會更趨向完美一些，但相應造價也更高一些。理論上鏡頭片數越多，成像就越真實。
圖像傳感器是將光信號轉化為電信號的裝置，是攝像頭中最為重要的部件，分為 CCD 和CMOS 兩大類。相比於 CCD，CMOS 雖然成像質量不如 CCD，但是 CMOS 因為耗電省（僅為 CCD 晶片的 1/10 左右）、體積小、重量輕、集成度高、價格低迅速得到各大廠商的青睞，目前除了專業攝像機，大部分帶有攝像頭設備使用的都是 CMOS。
手機攝像頭中還有紅外濾光片（IR）、基座（Holder）、PCB 以及 FPC 等，其中基座用於固定鏡頭，紅外濾光片負責過濾紅外光，PCB 以及 FPC 主要負責供電控制及信號傳輸。
從攝像頭的成本占比來看，圖像傳感器是成本占比最高的部分，占總成本超過一半，鏡頭是成本占比第二高的部分，占比約 20%。另外，模組封裝、馬達、紅外濾光片占比分別為 19%、6%、3%。
攝像頭作為光學創新的核心元件，一直在光學創新中扮演著重要角色。2016 年，華為發布的 P9 搭載了兩顆 1200 萬像素的後置鏡頭，一顆負責色彩，一顆負責黑白輪廓。同年，蘋果發布的 iPhone 7 Plus 也搭載了兩顆 1200 萬像素後置攝像頭，分別為一顆長焦鏡頭+一顆廣角鏡頭。從此開始，雙攝成了手機廠商旗艦機的標準配置。
隨著對拍照質量要求的提高，雙攝已經無法滿足人們的要求，2018 年華為推出的 P30 Pro首次搭載了後置三攝，分別為 40M 彩色+20M 黑白+8M 長焦，拉開了三攝鏡頭在手機中普及的開始。搭載三攝的 P20 Pro 拍照質量得到了大幅提升，DxO Mark 總分高達 109 分，當時排名第一。
進入 2019 年，華為在 P30 Pro 開始推出後置四攝，搭載 4000 萬像素超感光攝像頭、2000萬像素超廣角攝像頭、800 萬像素潛望式長焦攝像頭、ToF 攝像頭影像系統。
從最近幾年的手機上的光學創新來看，攝像頭經歷巨大的變化，從單一的低像素攝像頭，演化成高像素多攝，並在隨後加入了 ToF 以及結構光等 3D 感測技術，攝像頭的升級在手機光學創新中扮演著及其重要的角色，是光學創新的核心元件。
二、需求端分析：消費電子創新帶動需求激增，安防與汽車電子提供穩定增長基石
1、5G 帶動消費電子換機潮，光學創新刺激攝像頭需求
從需求端來看，智慧型手機是攝像頭最大的應用市場。從全球智慧型手機的出貨量來看，由於換機周期的拉長，全球智慧型手機出貨量從 2017 年開始持續下跌，2018 年全球智慧型手機出貨量 14.05 億台，同比下跌 4.1%。進入 2019 年一季度，智慧型手機市場開始持續回暖，跌幅不斷收窄。2019 年 Q3 全球智慧型手機出貨量 3.58 億部，同比增長
0.8%，擺脫了連續兩年的下降，首次重回增長。
5G 手機為智慧型手機重回增長軌道提供動力，截止 10 月底，國內 5G 手機出貨量總計達328.1 萬部，預計今年全球 5G 手機出貨量可達 1300 萬部，明年隨著 5G 手機的大規模出貨，全球智慧型手機市場有望迎來復甦。根據 Canalys 的數據，2020 年 5G 手機出貨量可達1.64 億部，2023 年可達 7.74 億部，2019-2023 年的 CAGR 可達 179.9%。
2019 年以來，光學創新成為智慧型手機一大亮點，多攝方案在新發機型中大幅普及。其中華為的 Mate 30 Pro採用了後置 40M+40M+8M+3D 感測的四攝組合方案，前置採用了 32M的鏡頭，與此前的 Mate 20 Pro 相比不論是攝像頭數量還是像素均有較大提高。
除了高端機，中低端也開始使用四攝，以 8 月底發布的紅米 Note8 Pro 為例，紅米 Note8 Pro則採用了 6400 萬像素主攝、800 萬超廣角鏡頭、200 萬景深、200 萬超微距鏡頭的後置四攝組合。
在攝像頭需求數量方面，由於三攝和四攝滲透率進一步提高，帶動單機搭載的攝像頭平均數量持續提高。根據群智諮詢的數據，2019 年 Q3 智慧型手機後攝出貨占比中，雙攝占比 30%，三攝占比 26%，四攝占比 22%，四攝占比不論是與 Q2 相比還是去年同期相比，均有大幅提高。在多攝需求的帶動下，Q3 手機攝像頭傳感器出貨量達到了 13 億顆，同比增長
14%，遠高於智慧型手機出貨量的增速。
由於多攝手機通常會出現 1-2 高像素鏡頭附帶 2-3 個低像素鏡頭，多攝的普及除了帶動高像素攝像頭需求爆發，也帶動了低像素鏡頭的需求大幅提高。以格科微為例，其絕大部分 CMOS 晶片出貨集中在低像素手機攝像頭中，今年 5 月份單月出貨量高達 1.1 億顆，同比增長 50%。
在多攝以及高像素攝像頭的需求的帶動下，全球手機 CIS 市場規模有望持續高增長，預計 2019 年全球智慧型手機攝像頭傳感器銷售額可達 116 億美金，同比增長 41%，2020 年可達 161.5 億美元，同比增長 40%。
芯智訊補充資料：根據光學龍頭大立光財報顯示，11月營收 66.56 億新台幣，同比增長66.1%，增速與上個月相比提高了約 38.9 個百分點，營收增速持續提高。公司營收高增長主要是因為受到蘋果新機出貨拉動的影響。從 11 月出貨的產品結構來看，2000萬像素以上約20-30%；1000萬像素約 50-60%，800-1000萬像素約10-20%，其他約10-20%。足見多攝以及高像素攝像頭的需求的增長。
2、安防電子需求穩步上升，汽車電子市場逐漸擴容
除了手機，安防與汽車領域也是未來攝像頭市場重要增量來源。在安防市場，根據 Grand View Research 的報告，隨著各行業對於安防產品設備與服務的支出的增加，預計到 2025年全球物理安全市場規模將達到 2924 億美元，CAGR 可達 9.4% ，其中視頻監控是占據全球安防出貨量最大的部分。
在汽車方面， 自動駕駛汽車與傳統的汽車不同，需要大量的傳感器。Waymo 使用的克萊斯勒 Pacifica 混合型小型貨車用到了 4 個雷射雷達（1 個長距雷射雷達，1 個中型雷射雷達和 4 個短程雷射雷達），4 個毫米波雷達，8 個攝像機和 1 到 3 個 IMU 等傳感器。通用的自動駕駛汽車用到了 5 個短程雷射雷達，8 個毫米波雷達，16 個攝像頭和1 到 2 個 IMU。由於自動駕駛汽車需要大量的攝像頭作為傳感器，隨著自動駕駛汽車的滲透率提高，有望帶動攝像頭行業的需求。
CMOS 晶片作為攝像頭的核心部件，在汽車以及安防攝像頭需求的帶動下，有望取得高增長。其中汽車 CMOS 晶片 2018 年市場規模為 8.7 億美元，預計 2023 年可達 32 億美元，CAGR 約為 29.7%。安防 CMOS 晶片 2018 年市場規模為 8.2 億美元，預計 2023 年可達20 億美元，CAGR 約為 19.5%。CMOS
晶片的高速發展側面反映攝像頭領域的景氣度整體上行。
三、供給端分析：CMOS 晶片代工與封測供給緊張，漲價氛圍有望全產業鏈蔓延
1、CMOS 晶片與光學鏡頭為產業利潤集中點
攝像頭各組成部分中按市場規模從大到小分別為：CMOS 傳感器、模組組裝、光學鏡頭、音圈馬達、紅外濾光片等。在攝像頭產業鏈中，模組組裝工廠生產或採購各組件進行模組組裝成型，並出貨給手機、汽車等終端客戶。
各環節主要生產廠商如下：
攝像頭各組件中上游原材料差異較大，CMOS 傳感器涉及晶圓製造，光學鏡頭製造中光學玻璃為關鍵原材料，模組組裝過程中涉及覆銅板、銅材料等。鏡頭模組各組件的技術難度、行業壁壘、供需格局等各有不同。模組組裝環節成本占比 19%，龍頭毛利率在 10%，利潤水平較低。光學鏡頭成本占比 20%，毛利率水平在各環節中最高，龍頭大立光毛利率接近 70%。而 CMOS
傳感器晶片是攝像頭的最核心元件，成本占比達 52%，是攝像頭中價值量最高的環節。
目前 CMOS 晶片受制於晶圓代工、封測等環節的產能供給，為目前攝像頭行業的主要產能瓶頸。在旺盛的市場需求拉動下，攝像頭行業的景氣度上行趨勢有望從 CMOS 晶片代工及封測行業開始，蔓延至全產業鏈。
2、CMOS 代工與封測盡占需求紅利，景氣度持續攀升
CMOS 晶片為攝像頭模組中唯一涉及晶圓代工與封測的組件。與傳統半導體產業鏈類似，CMOS 晶片生產模式主要分為 IDM 與 Fabless 模式。IDM 模式從設計到生產一體化，具有更強的供應鏈管控能力；Fabless 模式採取設計廠商分包模式，生產工作外包給代工與封測廠商，設計廠商無需承擔高昂的設備折舊風險。
在 CMOS 圖像傳感器領域，索尼長期保持著領先地位。據 IHS Markit 報告，索尼以 49.2%的市占率居於榜首，三星與豪威市占率分別為 19.8%與 11.2%，前六大廠商占據 90.8%的市場份額，市場高度集中。全球 CMOS 晶片前六大廠商中，僅豪威為 fabless 模式，晶圓製造與封測部分外包給代工廠。此外，索尼雖擁有自用代工廠，但封裝工藝仍部分外包。
① CMOS 晶片代工製造產能緊張：
就 CMOS 晶片製造工藝而言，目前高像素 CMOS 晶片主流製程為 55nm（12英寸晶圓），而低像素晶片製程較低，通常在 8英寸晶圓上進行代工製造。據 Yole 報告，2017 年全球CIS晶片產能摺合12寸晶圓為242.2萬片，月產能約為20萬片；其中，索尼產能占比38%，全部為自用；三星產能占比 20%，包含自用與代工；台積電、中芯國際與華力微電子產能合計占比
29%，全部為代工。前五家工廠產能合計占比達 87%，CMOS 晶片晶圓製造技術與資金壁壘高，市場集中度高。
據 IHS Markit 報告，2018 年索尼、三星與豪威 CMOS 晶片供應能力分別為 10.0、5.0、 與 3.9 萬片/月。預計至 2020 年，全球前三家 CMOS 晶片廠商索尼、三星與豪威的供應能力單年擴張速度為 1 萬片/月，整體年產能擴張速度約 16%。其中，2020 年三星供應能力增長 1.5 萬片/月，增幅略高於行業水平，主要受益於自身 DRAM 產品線轉產 CIS 產品。
目前 CMOS 需求疊加半導體行業需求的整體復甦，代工廠產能異常緊張。8英寸晶圓代工產能異常緊張，交期嚴重拖後，後續價格提價趨勢較為清晰。
此外先進位程方面，明年5G 商機有望大爆發，帶動台積電 7 納米、5 納米製程需求強勁，但因產能滿載、供不應求，迫使台積電 7 納米交貨時間拉長，先前台積電大客戶 AMD 已發生新品「遲到」，Xilinx 交貨期超過100 天。5G、手機攝像頭、TWS 耳機、PA 等各類晶片產品需求同時爆發，擠爆8英寸晶圓廠產能。預期今年四季度淡季不淡，高景氣度有望持續至明年。
芯智訊補充資料：國產半導體設備龍頭北方華創副總裁、首席科學家劉韶華也表示，目前由於車用、物聯網MCU及PMIC在8英寸廠投片，CIS、分立器件、MEMS、指紋識別等對於8英寸廠投片需求的持續增長，以及部分MOSFET由6英寸廠轉向8英寸廠，致使目前8英寸晶圓代工廠的產能爆滿，大廠的產能利用率持續維持在90%以上。雖然目前國內不少8英寸產線正在擴產，在建的產線有6條，但是未來較長一段時間內產能很難增加，關鍵瓶頸在於核心設備的緊缺。
劉韶華表示，上游的設備大廠現在更多的關注於12英寸設備，對於8英寸設備的供應量已經減少，與此同時，市場上流通的二手8英寸設備也比較有限。根據Surplus Global統計，近年來全球8英寸二手設備供應量逐年萎縮，2018、2019年供應已不足500台。而新建一個月產能9萬片的8英寸成熟製程工廠，大約需要800台各類設備。顯然，上游的8英寸設備供應目前是極其緊缺的，這也推動了二手8英寸設備的價格持續上漲。
正是由於上游8英寸設備供應的緊缺，也直接導致了目前8英寸的產能很難在短時間進行擴大，這也意味著目前8英寸產能爆滿的狀況，在未來一段時間內將難以緩解。在下游需求激增情況下，CMOS晶片的產能自然受8英寸晶圓製造產能制約而難以迅速跟隨擴產。因此，無論是新建自身晶圓製造產線（索尼），或由其他產品線轉至 CMOS 產線（三星），還是向代工廠索要產能（豪威），都難以在短時間內完成。
② CMOS 晶片 TSV 封裝測試：
目前，CMOS 晶片封裝以 10M 像素為分水嶺，高像素晶片封裝通常採用 COB 技術在模組組裝廠完成，低像素晶片封裝通常採用 WLCSP/TSV 技術在封測廠完成。
COB 技術將晶圓進行切割後再進行封裝與組裝。該封裝工藝通常在模組組裝過程中完成，加工費按顆計費，對於高像素大尺寸 CMOS 晶片封裝具有成本優勢。COB 技術缺點為攝像頭模組整體尺寸大，平面尺寸（X/Y 方向）以及厚度（Z 方向）尺寸均大於其他封裝技術。
Shellcase WLCSP/TSV 技術在晶圓上進行封裝後再切割。該技術加工費通常按片收費，CMOS 晶片尺寸越小，單顆晶片平均封裝加工費越低；該技術對低像素小尺寸 CMOS 晶片封裝具有明顯成本優勢。此外，該技術為晶圓級封裝，封裝後模組尺寸小，適合於消費電子對「短小輕薄」的需求。
全球從事影像傳感器晶圓級晶片尺寸封裝的公司，除了少數 IDM 公司（如東芝、三星）採用自主研發的晶圓級晶片尺寸封裝技術封裝自身產品外，其他均為專業封測服務商。目前國內提供 WLSCP/TSV 封測服務的廠商有，晶方科技、崑山西鈦（2014 年被華天科技收購）、科陽光電（2019 年被大港股份收購）、精材科技（台積電控股）。這些封測公司的 WLCSP 封裝技術均來源於 Shellcase 的技術許可。目前，行業總產能約 10~12 萬片/月（摺合 8 寸片），其中晶方科技占比超過 50%，盈利能力凸出。
WLCSP/TSV 封測企業成本結構中設備製造費用等固定成本占比非常高：其中，製造費用占比 64.34%，直接人工費用占比 14.55%，原材料費用占比 20.33%。
芯智訊補充資料：根據台灣媒體報導，豪威科技訂單爆滿，第三季開始逐月提高對晶圓代工龍頭台積電投片量，第四季度以來CIS晶圓釋出至後段封測廠，台灣同欣電子直接受惠接單滿到明年上半年。足見CMOS封測產能的緊張程度。
傳感器 TSV 封裝行業擴產周期約為 3 個月至 1 年時間，廠商擴產需承擔一定設備折舊風險；我們謹慎預估，明年全年行業整體產能增幅約為 25%~40%，明年二季度部分擴產產能投產某種程度上減緩 TSV 產能緊張態勢，但緊供給狀態仍然難以打破。WLCSP/TSV封測漲價趨勢較為確定。
3、漲價潮蓄力充分，有望全產業鏈蔓延
目前攝像頭需求超預期增長，疊加半導體行業景氣度復甦，攝像頭全產業鏈產能呈現緊 張狀態。其中，CMOS 代工、封測擴產速度遠慢於需求增幅，漲價潮蓄力充分。而其它零部件，光學鏡頭、音圈馬達、紅外截止濾光片、以及模組組裝各個環節均受益於單部手機攝像頭顆數激增。各環節現有產能容量、擴產周期、行業壁壘、競爭格局各不相同，每一環節受益幅度略有差異，預計漲價影響也各有不同。
CMOS 晶片：CR4（行業前四名份額集中度指標）約為 86%，CR8 大於 90%。市場高度集中，頭部廠商議價權強勢，有望產業鏈領漲。
紅外截止濾光片：CR4 約為 69%，CR8 大於 76%。國內廠商市場份額處於領先地位。2018年水晶光電全球市占率第一約 27%；五方光電市占率 16.13%，國內廠商份額進一步提升。
光學鏡頭：CR4 約為 60%，CR8 約為 76%。大力光瑤瑤領先，舜宇緊隨其後。
音圈馬達：CR4 約為 53.2%，CR8 約為 76.9%。三家頭部廠商均為日系，新思考、中藍、比路集中在國內市場。
模組組裝：CR4 約為 44%，CR8 約為 64%。市場相對分散，技術門檻較低，競爭持續加劇。但頭部企業充分受益需求激增，業績提升動力充分。行業集中度高的環節具有一定壁壘，集中度高且擴產周期長的環節具有更高議價權，有望率先受益。攝像頭需求激增，產業鏈漲價蓄力充分，有望全產業鏈蔓延，各環節龍頭公司有望優先受益。
小結：
多攝、像素升級帶動手機攝像頭需求爆發，汽車、安防提供穩定增長基石：三攝和四攝滲透率超預期增長帶動手機攝像頭需求爆發，今年 Q3 智慧型手機後攝出貨占比中，雙攝占比 30%，三攝占比 26%，四攝占比 22%，四攝占比大幅提升。另外，48M 像素及以上攝像頭 2019 年 Q3 出貨占比已經達到了 9%，預計 2020 年可達 4.5 億顆。在多攝加速普及以及像素大幅升級的背景下，智慧型手機圖像傳感器晶片市場迎來爆發。
CMOS 晶片為攝像頭模組中唯一涉及晶圓代工的組件，擴產壁壘高。在 CMOS 晶片晶圓製造產能擴張過程中，索尼自建工廠擴產；三星將 DRAM 產線轉產生產CIS；豪威依賴代工廠產能擴張與產能調配。CMOS 因手機三攝/四攝滲透率提升以及 CMOS 晶片尺寸提升所需的晶圓製造產能增幅遠高於目前攝像頭行業供給能力擴張速度，CMOS 晶片晶圓製造行業供需格局短期處於失衡狀態。
目前，CMOS 晶片封裝以千萬像素為分水嶺，高像素晶片封裝通常採用 COB 技術在模組組裝廠完成，低像素晶片封裝通常採用 WLCSP / TSV 在封測廠完成。我們預計手機低像素攝像頭與超薄屏下指紋方案對 TSV 行業整體產能需求增幅約 70%，目前擴產進度短期難以滿足激增的 TSV 產能需求，短期供需失衡或將引發下一波漲價潮。
編輯：芯智訊-浪客劍
來源：綜合自長城證券研報《光學創新蓄力充分，需求旺盛春意盎然》、芯智訊相關