鏡頭行業(yè)變革已至

前言

Lens（鏡頭）行業(yè)過去主要由日、韓、臺三個地區(qū)廠商主導(dǎo)，與其他電子零組件一樣，Lens 行業(yè)每一次變革都是下游新興應(yīng)用出現(xiàn)帶來 lens 技術(shù)路線的變革，每一次也都有后發(fā)廠商“冒出”實現(xiàn)彎道超車，從相機(jī)時代的日廠尼康、佳能、索尼等到功能機(jī)時代的關(guān)東辰美，再到智能機(jī)時代的塑膠之王——大立光。

 

2017 年 iPhone X 應(yīng)用 3D sensing，發(fā)射端部分對 lens 的耐熱性有較高的要求，傳統(tǒng)塑料鏡頭面臨一定障礙，lens 行業(yè)或?qū)⒚媾R變革機(jī)遇。當(dāng)前，大立光、AMS、AAC、Himax 等針對 3D sensing Tx 端發(fā)熱量大的原因都準(zhǔn)備了自己的方案，后續(xù)哪種方案能夠?qū)崿F(xiàn)性能、成本的雙贏仍需繼續(xù)觀察。但毋庸置疑是，智能機(jī)時代新的光學(xué)機(jī)遇已經(jīng)來臨，下一個彎道超車的機(jī)會已經(jīng)出現(xiàn)。

 

另外，針對傳統(tǒng)攝像頭領(lǐng)域，Wafer Level 加工技術(shù)的成熟有望提升玻璃鏡頭、hybrid 鏡頭的加工效率、降低成本，后續(xù) hybrid 鏡頭的滲透也有望加速。

 

總之，過去塑料鏡頭在手機(jī)上一統(tǒng)天下的格局正在迅速改變，lens 行業(yè)變革已至，中國大陸廠商面臨機(jī)遇。

 

一

lens 龍頭的迭代——技術(shù)變革帶來歷次彎道超車機(jī)遇

Lens 行業(yè)過去主要由日、韓、臺三個地區(qū)廠商主導(dǎo)，進(jìn)入 3D sensing 時代后，行業(yè)或?qū)⒂瓉碜兏锏臋C(jī)遇。與其他電子零組件一樣，Lens 行業(yè)每一次變革都是下游新興應(yīng)用出現(xiàn)帶來 lens 技術(shù)路線的變革，每一次也都有后發(fā)廠商“冒出”實現(xiàn)彎道超車。

 

1）相機(jī)與功能機(jī)時代，以透光性好的玻璃鏡頭為主，大立光最初也只是給尼康等代工玻璃鏡頭，此時佳能、尼康、卡爾蔡司等主流的相機(jī)玻璃鏡頭廠是全球 lens 的主導(dǎo)者，Kantatsu 則依靠諾基亞主供的地位成為塑料鏡頭的王者。此時的中國臺灣 lens 廠商在全球不在第一梯隊，大立光與玉晶光尚難分伯仲，規(guī)模體量在一個層次之上。

 

2）iPhone 2007 年的推出開啟了智能手機(jī)的黃金時代，像素升級、微小化、低成本、傳統(tǒng)相機(jī)的份額持續(xù)被智能手機(jī)擠壓，塑料鏡頭工藝持續(xù)改進(jìn)成為智能手機(jī)的首選 lens 方案，這一時期以關(guān)東辰美為代表的日廠過于保守、客戶戰(zhàn)略失誤，導(dǎo)致基本錯失智能手機(jī)時代大機(jī)遇，而大立光、玉晶光憑借成為 iPhone 核心 lens 供應(yīng)商，成功崛起，大立光也逐漸成為全球 lens 領(lǐng)域龍頭。

 

3）近兩年，lens 升級逐漸變慢，主流旗艦機(jī)的像素都已經(jīng)達(dá)到 12M 甚至 16M 以上，再通過像素升級給消費者帶來的邊際體驗改善意義已不明顯，切會大幅增加成本與模組厚度。而 3D sensing 在 iPhone X 上的應(yīng)用給行業(yè)帶來了新的變革機(jī)遇，iPhone X 發(fā)射端（Dot Projector）部分不強(qiáng)調(diào)成像（VCSEL 發(fā)射的近紅外光，經(jīng)過光束整形器 Beam Shaper 形成橫截面積較大的、均勻的準(zhǔn)直光束，這是 WLO 的核心功能）、但會面臨發(fā)熱問題，傳統(tǒng)的純塑料鏡頭當(dāng)前面臨一定的應(yīng)用困難，蘋果應(yīng)用 WLO 晶圓級的工藝制成 wafer lens。接收端部分，接收端也多出紅外攝像頭模塊，但紅外攝像頭 lens 對通光量、畸變矯正等傳統(tǒng)成像攝像頭所要求的性能容忍度較高，iPhone X 一代主要由大立光及玉晶光的 plastic lens 供應(yīng)。據(jù)臺媒中時電子報報道，后續(xù)關(guān)東辰美也有望加入供應(yīng)體系。

 

資料來源：蘋果官網(wǎng)，海通證券研究所整理

 

可見，3D sensing 尤其是發(fā)射端部分對 lens 的耐熱性有較高的要求，傳統(tǒng)塑料鏡頭面臨一定障礙。一旦 3D sensing 開始大規(guī)模應(yīng)用，lens 行業(yè)或?qū)⒚媾R變革機(jī)遇。另外，3D sensing 有望加速 Wafer Level lens 技術(shù)和工藝的成熟，后續(xù) hybrid lens 的加工成本有望降低，也給傳統(tǒng)塑膠鏡頭帶來潛在的挑戰(zhàn)。

我們將通過主要廠商當(dāng)前對于 3D sensing 發(fā)射端光路 lens 的布局，展望未來光學(xué)變革中幾種潛在的主流工藝路線。

 

二

3D sensing Tx 端對鏡頭提出新要求，主要龍頭押注方向有別

iPhoneX 發(fā)射組模塊的鏡頭發(fā)熱嚴(yán)重，使得對于鏡頭的耐熱性要求提高。塑料鏡頭一直為人詬病的正是其易發(fā)熱的特點，過去的普通鏡頭尚可接受，但是 3D 感測發(fā)射端需要承受的熱量遠(yuǎn)超普通鏡頭，因此蘋果公司采用了晶圓級玻璃鏡頭 WLO 作為發(fā)射端鏡頭，使得大立光只拿到了接收端的鏡頭訂單，而 WLO 主要由 AMS 旗下的 Heptagon 供應(yīng)。

 

AMS：iPhone 主供，Heptagon 深厚積累有望保持 WLO 領(lǐng)導(dǎo)地位

AMS 作為 2017 年 iPhone X WLO 的主要供應(yīng)商，在光學(xué)尤其是 3D sensing 領(lǐng)域耕耘深厚，產(chǎn)品線涵蓋 VCSEL、sensor（包括色彩、明暗光、距離傳感器）、WLO、DOE 甚至到整個模組組裝，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的自制。

 

AMS 的 WLO 主要由 Heptagon 供應(yīng)，Heptagon 成立于 1993 年，在微型 lens 及封裝領(lǐng)域工藝和量產(chǎn)水平位居全球領(lǐng)先地位，截至 2016 年，Heptagon 為客戶出貨的微型器件產(chǎn)品已經(jīng)超過 20 億件。

 

資料來源：Heptagon，海通證券研究所整理

 

除了供應(yīng) iPhone 之外，我們從產(chǎn)業(yè)鏈了解到，AMS 后續(xù)有望供應(yīng)國內(nèi)頂級手機(jī)品牌商，預(yù)計后續(xù) AMS 有望繼續(xù)成為 WLO 乃至整個 3D sensing 行業(yè)重要的供應(yīng)商。

 

大立光依托全塑方案

若能解決耐熱問題，全塑料鏡頭或能再居高位。晶圓級鏡頭最大的優(yōu)勢就是在克服了傳統(tǒng)光學(xué)玻璃鏡頭的尺寸和一致性問題的基礎(chǔ)上，還兼具了玻璃鏡頭的耐熱性和高折射率的優(yōu)點，這使得其在移動端領(lǐng)域嶄露頭角。但是，塑料鏡頭的成本優(yōu)勢依然存在，若能在一定程度上解決耐熱問題，塑料鏡頭依舊有望在后續(xù)競爭中追上晶圓級玻璃鏡頭的腳步。

 

根據(jù)中時電子報的報道，大立光 CEO 林恩平近日表示，3D 感測鏡頭發(fā)射端鏡頭的熱度問題，目前透過光學(xué)設(shè)計多加一片塑膠鏡片有望解決，目前已送樣中。如若能夠被 iPhone 應(yīng)用，我們判斷下半年新一代 iPhone 的 3D 感測鏡頭，大立光有望以全 P（塑膠）設(shè)計多拿到一顆鏡頭訂單，大立光后續(xù)仍將牢固占據(jù) lens 行業(yè)的龍頭地位。

 

WLG 有望成為 WLO 之外的重要選擇，瑞聲科技最受益！

與傳統(tǒng)光學(xué)透鏡設(shè)計與加工普遍采用的簡單流程和工藝不同，WLO 工藝由于是采用半導(dǎo)體工藝和設(shè)計思路進(jìn)行光學(xué)器件的制造。WLO 工藝在整片玻璃晶元上，用半導(dǎo)體工藝批量復(fù)制加工鏡頭，多個鏡頭晶元壓合在一起，然后切割成單顆鏡頭，具有尺寸小、高度低、一致性好等特點，因此整個流程更加復(fù)雜，無論是設(shè)計流程還是加工環(huán)節(jié)，都需要更加先進(jìn)的設(shè)計思路和更加精細(xì)的加工處理，因此相應(yīng)加工附加值高。另外，wafer level 制成的光學(xué)透鏡間的位置精度達(dá)到 nm 級，我們認(rèn)為 WLL 工藝制成的鏡片伴隨技術(shù)、良率、成本的改善，未來有望成為標(biāo)準(zhǔn)化的光學(xué)透鏡組合的最佳選擇。

 

WLO 晶圓級透鏡加工流程

資料來源：華天科技網(wǎng)站，海通證券研究所整理

 

Heptagon 的 WLO 加工工藝

資料來源：Heptagon，海通證券研究所整理

 

WLG 瑞聲科技早在 2010 年收購微型光學(xué)器件公司 Kaleido 32%的股權(quán)，當(dāng)前已經(jīng)掌握 WLG 的工藝，并且預(yù)計在 2018 年實現(xiàn) 5M/ 月的量產(chǎn)水平。相比 Heptagon 的 WLO 工藝，WLG 在 wafer 切割之前，需要應(yīng)用專用膠水印刷到玻璃上制成非球面玻璃，而 WLO 則是應(yīng)用模造工藝制成非球面。另外，WLG 因為是純玻璃材質(zhì)，耐熱性相對 WLO 更佳。

 

與傳統(tǒng)的模造玻璃相比，瑞聲的 WLG 工藝能在 2 英寸晶圓上加工出 30~40 片鏡片，一臺 WLG 機(jī)器一天可以制成 4k~5k 的鏡片產(chǎn)能，產(chǎn)出效率相比傳統(tǒng)的模造工藝提升了一個量級。我們認(rèn)為后續(xù) WLG 有望成為 WLO 之外的重要選擇。

 

himax 已供應(yīng)蘋果 WLO，同時面向安卓陣營提供深度整合 3D 視覺方案

Himax 17H2 已經(jīng)為蘋果供應(yīng) WLO 產(chǎn)品。在安卓陣營，2017 年 8 月 30 日，Himax 和高通宣布合作開發(fā)商業(yè)化高分辨率，低功耗 SLiM 3D 深度感測解決方案，有望成為安卓手機(jī)廠商的首選。高通+Himax 的解決方案中，Himax 參與了大部分元器件的設(shè)計、自制，包括自制 DOE 和 WLO，設(shè)計 ASIC、CIS、激光發(fā)射器 IC，以及整個 Tx 模組的集成，其中 ASIC 中嵌入了高通的 3D 深度圖生成算法。同時，Himax 還自主設(shè)計了 AA 設(shè)備應(yīng)用于 Tx 端組裝。從設(shè)備到算法到關(guān)鍵的光學(xué)組件設(shè)計及核心 IC，Himax 都深度參與。高通和 Himax 的方案優(yōu)點出眾，包括 Rx 端 CIS 尺寸僅僅是普通手機(jī) CIS 模組的 20%，超過 33000 個投射光斑、20~100cm 范圍內(nèi)誤差率低于 1%，可以說是當(dāng)前安卓陣營中最高質(zhì)量的 3D sensing SLiM 方案。

 

 

 

高通+Himax SLiM 方案的 Tx 端模組預(yù)計由 Himax 自己組裝，而接收端或?qū)⑹谴箨懩＝M廠組裝。Himax 之所以有實力提供一整套解決方案、并參與大部分核心器件設(shè)計或制造，我們認(rèn)為主要是基于其在 NIR CMOS sensor 領(lǐng)域的深厚積淀、WLO/DOE 等器件領(lǐng)域的精密制造能力以及對激光發(fā)射器模塊的組裝和測試能力。

 

 

三

總結(jié)

當(dāng)前，大立光、AMS、AAC、Himax 等針對 3D sensing Tx 端發(fā)熱量大的原因都準(zhǔn)備了自己的方案，后續(xù)哪種方案能夠?qū)崿F(xiàn)性能、成本的雙贏仍需繼續(xù)觀察。但沒有疑問的是，智能機(jī)時代新的光學(xué)機(jī)遇已經(jīng)來臨，下一個彎道超車的機(jī)會已經(jīng)出現(xiàn)。

 

另外，針對傳統(tǒng)攝像頭領(lǐng)域，Wafer Level 加工技術(shù)的成熟有望提升玻璃鏡頭、hybrid 鏡頭的加工效率、降低成本，后續(xù) hybrid 鏡頭的滲透也有望加速?？傊^去塑料鏡頭在手機(jī)上一統(tǒng)天下的格局正在迅速改變，lens 行業(yè)變革已至。