靠著早幾十年在消費電子產品方面的持續高質量輸出，索尼在粉絲之間積累了大量的人氣，也獲得了一個眾所周知的“索尼大法好”這句野生口號。但除了終端產品以外，索尼在半導體領域的地位也不遑多讓。

根據Gartner統計的數據顯示，在2005年以前，索尼半導體常年出現在全球半導體廠商前二十的榜單上，后來隨著韓國半導體的崛起，美國的卷土重來，索尼半導體也隨著日本半導體產業的整體下滑而跌出了這個榜單。但在最近幾年智能手機的浪潮中，索尼憑借CMOS圖像傳感器（CMOS Image Sensor，簡稱CIS）強勢回歸榜單，且有越戰越勇之勢。最近，他們將目光瞄向了車載和TOF傳感器。

從收音機配件供應商到CIS龍頭

1945年，索尼創始人井深大在東京創立了“東京通信研究所”，這就是索尼公司的前身。在成立的前十年，索尼的發展都不盡如人意，但邀請到盛田昭夫的加入，為索尼的未來發展奠定了基礎。到了1955年，他們投入研究當時不被看好的晶體管技術，并開發出了日本第一部晶體管收音機TR-55，隨之在1958年改名“索尼株式會社”。這個名字也就一直沿用至今。

索尼 TR=55的內部構造

成立的第二個十年，索尼便靠領先于世界的半導體收音機、錄音、警惕收音機和固態電路的家用電視機在全球打響了名堂。后來在WALKMAN、CD、電視機等一列的產品助攻下，逐漸建立了“索尼大法”的威名，并將自己的半導體業務發展到全球的領先水平，業績也持續上漲，專注的范圍也在轉變：

回顧索尼1990年的財報，他們主要專注于SRAM和CCD等業務；到2000年，則是電子元器件和LCD面板等產品；到了2007年，他們的財報再次強調了對CIS的投入。

財報中表示：“由于移動手機和視頻攝像機的出貨量增長明顯，CIS的需求正處在上升期，索尼會加強在這方面業務的研發”。

索尼2007年財報對CMOS傳感器和OLED的描述

現在回看，索尼當時的決策是很明智的決定。因為2007年喬布斯發布了第一款全觸屏的智能手機iPhone，并引爆了智能手機的發展潮流。這些手機除了從交互上帶來革命性的體驗，還搭配了攝像頭。隨后幾年智能機的爆發性增長，CIS的出貨量也水漲船高，成就了今日的索尼。但當時能有這個眼光，且有如此強的執行力，這才是索尼CIS成功的關鍵。

CIS的營收趨勢圖（source：Yole Développement）

作為對比，在當年財報里，索尼還提到了要關注OLED，他們認為這是下一代顯示的重要技術。但JDI（整合了索尼、東芝與日立的中小型屏幕的公司）的現狀再次證明，有眼光只是成功的必要非充分條件，有好的技術迭代方向和執行力才是成功的關鍵：

過去十年蘋果iPhone的CIS變化（source：techinsights）

例如，在蘋果發布的第一代iPhone上用的是Micron傳感器，然后到iPhone 3GS換了供應商，但只是換到了豪威科技。直到2011年的iPhone 4S，蘋果才用上了SONY的CIS，也就是從那時候開始，SONY才開始逐漸征服了高端客戶，現在的高端機幾乎都毫不例外地使用SONY的傳感器，也給SONY獲取了高額的利潤和遙遙領先的市場份額。儼然CIS領域的龍頭。

2016年CIS的營收分布（source：Yole Développement）

根據Yole Développement的數據顯示，索尼CMOS圖像傳感器2016年的營收為4.858億美元，占了當年CIS總營收的42%的份額。而緊隨其后的三星和豪威科技的份額僅有18%和12%，可見索尼在CIS上是絕對壟斷的。

根據索尼預計，其2017財年（截止到2018年3月底）的營業利潤將達到6300億日元（約56億美元），比去年同期增長一倍以上，其中半導體部門（大部分由影像傳感器業務組成） 將成為公司業績增長的最大的貢獻者。

獨占CIS市場的資本

索尼的傳感器業務其實已經存在很多年了，CIS是他們過去研發相機用的CCD技術上的積累。這也是他們在2007年推出了Exmor系列首款傳感器倍受歡迎的根本。而索尼領先于市場的首先在于他們在CIS中內置了ADC。

根據愛活網的報道，在外置ADC傳感器傳輸數據時，每列像素產生的信號先通過降噪電路，匯聚后再通過外部總線傳輸到單個或數個ADC之中。而Exmor每列像素擁有獨立的ADC，在CIS芯片上即可完成模數轉換，最后通過數字總線傳輸出去。由于Exmor的ADC數量非常龐大，每個ADC能在低頻率下運行，僅達到kHz級別，遠遠低于外置ADC的MHz級別，有效減少了噪聲，也利于實現高速讀取。而且Exmor輸出的是數字信號，抗干擾性更好，易于長距離布線，亦無須ADC靠近CIS布置，大幅度簡化了PCB設計。

Exmor傳感器與傳統CIS的不同

另外，他們在2012年推出的堆棧式Exmor RS系列芯片，是他們獲得現在成績的另一個關鍵。

據介紹，在這種兩顆芯片的堆棧式結構中，頂部的那一顆芯片是用來捕捉圖像像素，底部的另一顆芯片則用來布置傳感器的電路。這樣可以將頂部的感光元件面積做得更大，就大大提升了傳感器的感光性能，畫質也自然而然地提高。這也是索尼當時能夠打敗豪威科技，獲得了iPhone 4S訂單的關鍵。

背照式傳感器和堆棧式傳感器的區別

要說清楚索尼這個技術的優勢，首先要了解一下傳統CMOS圖像傳感器的工作原理。

一般的CMOS都由片上透鏡（microlenses）、彩色濾光片（On-chip color filters）、金屬排線、光電二極管和基板幾部分組成。而傳統的CMOS是下圖左邊的前照式。當光線射入像素，經過了片上透鏡和彩色濾光片后，先通過金屬排線層，最后光線才被光電二極管接收。

而大家都知道金屬是不透光的，甚至還會反光。因此在金屬排線這層光線就會被部分阻擋和反射掉，光電二極管吸收的光線能就只有剛進來的時候的70％或更少；而且這反射還有可能串擾旁邊的像素，導致顏色失真。（目前中低檔的CMOS排線層所用金屬是比較廉價的鋁（Al），鋁對整個可見光波段（380～780nm）基本保持90％左右的反射率。），這就催生了被找事CMOS。因為它的排線層和光電二極管的位置和“前照式”正好顛倒，光線幾乎沒有阻擋和干擾地就下到光電二極管，光線利用率極高，所以背照式CMOS傳感器能更好的利用照射入的光線，在低照度環境下成像質量也就更好了。

索尼本來為了節省體積而設計的堆棧式CIS，卻意外帶來了質量的提升。這就與傳感器的制造過程不無關系。

跟CPU一樣，CMOS傳感器的制造也需要光刻機對硅晶圓進行時刻行程像素區和電路區，同時為了提高像素集合光的效率，還需要“干刻”光波導管，這時候就對CMOS造成了損傷。為了把CMOS從損傷中恢復過來。就引入了“退火”程序，在這過程中就需要對整塊CMOS加熱，這時候就會對電路造成印象。因此堆棧式的設計將像素區和電路區分離，就避免了這個問題。

兩種模式處理電路的不同打造方式

索尼這個堆棧式方案還有一個突破，那就是通過基板，實現像素區和電路區的不同工藝制造，將兩者的質量提高到最大化。具體做法是先用SOI和基板的熱傳導系數差異，通過加熱將像素區和電路區分開，然后使用不同的工藝加工，加工完之后平在一起，就完成了完美的堆棧式CIS制造。

這種設計不但繼承了背照式的有點，還克服了制造商的限制缺陷，成就了索尼CSI今天的地位。

現在的堆棧式傳感器已經成為了手機攝像頭的主流CIS。索尼更是再接再厲，在2017年2月推出了業界首款配備DRAM的三層堆棧式CMOS影像傳感器IMX400。據他們在ISSCC2017的論文中介紹，這個新型CIS的像素數組位于裸晶的頂層，DRAM數組和列驅動器位于中間，其余的區塊則位于底部的ISP裸晶。加入了DRAM能夠大大提升數據的讀取速度，滿足高質量照片的拍攝更多方向的需求。

Sony新開發配備DRAM的三層堆棧式CMOS影像傳感器

未來看好車載和TOF傳感器

隨著手機雙攝成為主流，移動手機市場的CIS還會是索尼未來成長的主要動力，但正如索尼半導體業務負責人Shimizu在接受路透社采訪時表示：“顯然，我們目前依賴智能手機市場，單個攝像頭轉向雙鏡頭的市場發展，對我們非常有利，不過這只帶來1％或2％的市場增長，所以這種紅利能持續多久（未來仍面臨挑戰）？”

為此，正如十年前iPhone面世索尼加強CIS研發一樣，索尼正在根據新趨勢布局新的市場，車載和TOF傳感器就是他們的下一個目標。

首先在汽車領域，隨著智能汽車和自動駕駛汽車逐漸火熱，汽車中引入的攝像頭越來越多，這就帶動汽車CMOS圖像傳感器的增長需求。據IC Insights預測，汽車電子將成為CMOS圖像傳感器市場增長最快的領域，2016-2021年復合增長率達到14%，銷售將達到23億美元。為此索尼正在投入其中。

其實索尼在2014年就推出了其首款車載影像傳感器IMX224MQV，但一直沒有太多的進展。到了去年10月，他們又推出了業界最高分辨率最高的車載堆疊型CMOS影像傳感器“IMX324”，該傳感器搭載于先進駕駛輔助系統（ADAS）前端的傳感照相機，有效像素高達742萬。此次也是業界首次在車載影像傳感器中采用像素與信號處理部分相結合的堆疊結構，同時實現了高精度成像、小尺寸和低能耗。

索尼總裁兼首席執行官平井一夫在日前舉辦的CES上表示，將面向未來，為實現深度自動駕駛而努力。但從目前來看，索尼離第一的安森美還有很大的差距。

據公開資料顯示，在收購了Aptina Imaging以后，安森美在汽車CMOS圖像床干起的市場份額已經高達46%，他們在LMF技術、堆疊晶圓技術和全局快門技術方面的積累，讓他們筑起了汽車電子的護城河。對于這個市場排名第四的村田來說，需要做的事還很多。

汽車CMOS傳感器市場

TOF傳感器則是索尼關注的另一個重點。談這個之前首先談一下3D傳感這個隨著iPhone X發布而火爆全球的概念。所謂3D傳感，就是通過光學元件發出的不可見紅外光（這些元件將光線分布成一個結構模型或一片光線），系統能夠捕獲整個房間的縱向信息。獲得這些信息之后，就可以延伸很多的應用，為此手機很多手機廠商都在爭進這個方案。但圍繞著當中的3D成像，有結構光、TOF和雙目測距三種方案。TOF，也就是Time of Flight，亦即是是飛行時間因為體積小、誤差小、直接輸出深度數據、抗干擾強等優勢獲得了廠商的一致認可。索尼也不例外。

iPhone X頭部密集的傳感器

在2015年10月，索尼宣布收購比利時測距影像傳感器技術公司 Softkinetic Systems S.A.，目標就是該公司所擁有的Time-of-Flight (下稱ToF)測距影像傳感器技術。2017年12月，索尼宣布面向市場正式推出背照式飛行時間（下稱ToF）測距傳感器IMX456QL，該傳感器較前代產品測距性能進一步提高，同時體積減小，僅為1 / 2英寸，并擁有VGA分辨率，能在以10微米為像素間距進行開發，使結構更為緊湊，遠近距離均能精確測距。索尼認為這個產品能在自主型機器人、無人機、VR（虛擬現實）外，AR（增強現實）/MR（混合現實）等市場的應用提供更多的額想象空間。但在TOF傳感器這方面，ST也有很大的領先優勢。

傳統手機CIS業務，三星ISOCELL技術來勢洶洶。新興業務強者林立，對索尼來說，未來面臨的是一場困難的攻堅戰，不知道愛笑的平井一夫準備好了沒有。