摄像头需求激增，COMS代工及封测产能均已爆满

　　随着 5G 的商用，推动智能手机市场开始恢复增长，再加上手机市场多摄趋势以及车用和安防市场对于摄像头需求的增长，直接推动了对于 CMOS 传感器芯片需求的暴涨。与此同时，由于车用、物联网 MCU 及 PMIC 在 8 英寸厂投片、分立器件、MEMS、指纹识别等对于 8 英寸厂投片需求的持续增长，以及部分 MOSFET 由 6 英寸厂转向 8 英寸厂，致使目前 8 英寸晶圆代工厂的产能爆满，这也进一步加重了主要依靠 8 英寸产能 COMS 传感器的紧缺程度。与此同时，COMS 传感器的封测产能也出现了爆满的状态。
　　一、摄像头产业链概况：光学创新的核心元件
　　从摄像头的结构来看，主要包含镜头、基座、红外滤光片、图像传感器、PCB 和 FPC，其中对成像质量影响最大的两个为图像传感器和镜头。
　　镜头由透镜、滤光装置、镜筒，镜头组相当于相机的“眼镜”，由很多片透镜组成，光线通过时，镜片们会层层过滤杂光（红外线等），多层镜头组合，它们会互相矫正过滤。每多一片最终成像就会更趋向完美一些，但相应造价也更高一些。理论上镜头片数越多，成像就越真实。
　　图像传感器是将光信号转化为电信号的装置，是摄像头中最为重要的部件，分为 CCD 和 CMOS 两大类。相比于 CCD，CMOS 虽然成像质量不如 CCD，但是 CMOS 因为耗电省（仅为 CCD 芯片的 1/10 左右）、体积小、重量轻、集成度高、价格低迅速得到各大厂商的青睐，目前除了专业摄像机，大部分带有摄像头设备使用的都是 CMOS。
　　手机摄像头中还有红外滤光片（IR）、基座（Holder）、PCB 以及 FPC 等，其中基座用于固定镜头，红外滤光片负责过滤红外光，PCB 以及 FPC 主要负责供电控制及信号传输。
　　从摄像头的成本占比来看，图像传感器是成本占比最高的部分，占总成本超过一半，镜头是成本占比第二高的部分，占比约 20%。另外，模组封装、马达、红外滤光片占比分别为 19%、6%、3%
　　摄像头作为光学创新的核心元件，一直在光学创新中扮演着重要角色。2016 年，华为发布的 P9 搭载了两颗 1200 万像素的后置镜头，一颗负责色彩，一颗负责黑白轮廓。同年，苹果发布的 iPhone 7 Plus 也搭载了两颗 1200 万像素后置摄像头，分别为一颗长焦镜头 一颗广角镜头。从此开始，双摄成了手机厂商旗舰机的标准配置。
　　随着对拍照质量要求的提高，双摄已经无法满足人们的要求，2018 年华为推出的 P30 Pro 首次搭载了后置三摄，分别为 40M 彩色 20M 黑白 8M 长焦，拉开了三摄镜头在手机中普及的开始。搭载三摄的 P20 Pro 拍照质量得到了大幅提升，DxO Mark 总分高达 109 分，当时排名第一。
　　进入 2019 年，华为在 P30 Pro 开始推出后置四摄，搭载 4000 万像素超感光摄像头、2000 万像素超广角摄像头、800 万像素潜望式长焦摄像头、ToF 摄像头影像系统。
　　从最近几年的手机上的光学创新来看，摄像头经历巨大的变化，从单一的低像素摄像头，演化成高像素多摄，并在随后加入了 ToF 以及结构光等 3D 感测技术，摄像头的升级在手机光学创新中扮演着及其重要的角色，是光学创新的核心元件。
　　二、需求端分析：消费电子创新带动需求激增，安防与汽车电子提供稳定增长基石
　　1、5G 带动消费电子换机潮，光学创新刺激摄像头需求
　　从需求端来看，智能手机是摄像头最大的应用市场。从全球智能手机的出货量来看，由于换机周期的拉长，全球智能手机出货量从 2017 年开始持续下跌，2018 年全球智能手机出货量 14.05 亿台，同比下跌 4.1%。进入 2019 年一季度，智能手机市场开始持续回暖，跌幅不断收窄。2019 年 Q3 全球智能手机出货量 3.58 亿部，同比增长 0.8%，摆脱了连续两年的下降，首次重回增长。
　　5G 手机为智能手机重回增长轨道提供动力，截止 10 月底，国内 5G 手机出货量总计达 328.1 万部，预计今年全球 5G 手机出货量可达 1300 万部，明年随着 5G 手机的大规模出货，全球智能手机市场有望迎来复苏。根据 Canalys 的数据，2020 年 5G 手机出货量可达 1.64 亿部，2023 年可达 7.74 亿部，2019-2023 年的 CAGR 可达 179.9%。
　　2019 年以来，光学创新成为智能手机一大亮点，多摄方案在新发机型中大幅普及。其中华为的 Mate 30 Pro 采用了后置 40M 40M 8M 3D 感测的四摄组合方案，前置采用了 32M 的镜头，与此前的 Mate 20 Pro 相比不论是摄像头数量还是像素均有较大提高。
　　除了高端机，中低端也开始使用四摄，以 8 月底发布的红米 Note8 Pro 为例，红米 Note8 Pro 则采用了 6400 万像素主摄、800 万超广角镜头、200 万景深、200 万超微距镜头的后置四摄组合。
　　在摄像头需求数量方面，由于三摄和四摄渗透率进一步提高，带动单机搭载的摄像头平均数量持续提高。根据群智咨询的数据，2019 年 Q3 智能手机后摄出货占比中，双摄占比 30%，三摄占比 26%，四摄占比 22%，四摄占比不论是与 Q2 相比还是去年同期相比，均有大幅提高。在多摄需求的带动下，Q3 手机摄像头传感器出货量达到了 13 亿颗，同比增长 14%，远高于智能手机出货量的增速。
　　由于多摄手机通常会出现 1-2 高像素镜头附带 2-3 个低像素镜头，多摄的普及除了带动高像素摄像头需求爆发，也带动了低像素镜头的需求大幅提高。以格科微为例，其绝大部分 CMOS 芯片出货集中在低像素手机摄像头中，今年 5 月份单月出货量高达 1.1 亿颗，同比增长 50%。
　　在多摄以及高像素摄像头的需求的带动下，全球手机 CIS 市场规模有望持续高增长，预计 2019 年全球智能手机摄像头传感器销售额可达 116 亿美金，同比增长 41%，2020 年可达 161.5 亿美元，同比增长 40%。
　　芯智讯补充资料：根据光学龙头大立光财报显示，11 月营收 66.56 亿新台币，同比增长 66.1%，增速与上个月相比提高了约 38.9 个百分点，营收增速持续提高。公司营收高增长主要是因为受到苹果新机出货拉动的影响。从 11 月出货的产品结构来看，2000 万像素以上约 20-30%；1000 万像素约 50-60%，800-1000 万像素约 10-20%，其他约 10-20%。足见多摄以及高像素摄像头的需求的增长。
　　2、安防电子需求稳步上升，汽车电子市场逐渐扩容
　　除了手机，安防与汽车领域也是未来摄像头市场重要增量来源。在安防市场，根据 Grand View Research 的报告，随着各行业对于安防产品设备与服务的支出的增加，预计到 2025 年全球物理安全市场规模将达到 2924 亿美元，CAGR 可达 9.4% ，其中视频监控是占据全球安防出货量最大的部分。
　　在汽车方面， 自动驾驶汽车与传统的汽车不同，需要大量的传感器。Waymo 使用的克莱斯勒 Pacifica 混合型小型货车用到了 4 个激光雷达（1 个长距激光雷达，1 个中型激光雷达和 4 个短程激光雷达），4 个毫米波雷达，8 个摄像机和 1 到 3 个 IMU 等传感器。通用的自动驾驶汽车用到了 5 个短程激光雷达，8 个毫米波雷达，16 个摄像头和 1 到 2 个 IMU。由于自动驾驶汽车需要大量的摄像头作为传感器，随着自动驾驶汽车的渗透率提高，有望带动摄像头行业的需求。
　　CMOS 芯片作为摄像头的核心部件，在汽车以及安防摄像头需求的带动下，有望取得高增长。其中汽车 CMOS 芯片 2018 年市场规模为 8.7 亿美元，预计 2023 年可达 32 亿美元，CAGR 约为 29.7%。安防 CMOS 芯片 2018 年市场规模为 8.2 亿美元，预计 2023 年可达 20 亿美元，CAGR 约为 19.5%。CMOS 芯片的高速发展侧面反映摄像头领域的景气度整体上行。
　　三、供给端分析：CMOS 芯片代工与封测供给紧张，涨价氛围有望全产业链蔓延
　　1、CMOS 芯片与光学镜头为产业利润集中点
　　摄像头各组成部分中按市场规模从大到小分别为：CMOS 传感器、模组组装、光学镜头、音圈马达、红外滤光片等。在摄像头产业链中，模组组装工厂生产或采购各组件进行模组组装成型，并出货给手机、汽车等终端客户
　　各环节主要生产厂商如下：
　　摄像头各组件中上游原材料差异较大，CMOS 传感器涉及晶圆制造，光学镜头制造中光学玻璃为关键原材料，模组组装过程中涉及覆铜板、铜材料等。镜头模组各组件的技术难度、行业壁垒、供需格局等各有不同。模组组装环节成本占比 19%，龙头毛利率在 10%，利润水平较低。光学镜头成本占比 20%，毛利率水平在各环节中最高，龙头大立光毛利率接近 70%。而 CMOS 传感器芯片是摄像头的最核心元件，成本占比达 52%，是摄像头中价值量最高的环节。
　　目前 CMOS 芯片受制于晶圆代工、封测等环节的产能供给，为目前摄像头行业的主要产能瓶颈。在旺盛的市场需求拉动下，摄像头行业的景气度上行趋势有望从 CMOS 芯片代工及封测行业开始，蔓延至全产业链。
　　2、CMOS 代工与封测尽占需求红利，景气度持续攀升
　　CMOS 芯片为摄像头模组中唯一涉及晶圆代工与封测的组件。与传统半导体产业链类似，CMOS 芯片生产模式主要分为 IDM 与 Fabless 模式。IDM 模式从设计到生产一体化，具有更强的供应链管控能力；Fabless 模式采取设计厂商分包模式，生产工作外包给代工与封测厂商，设计厂商无需承担高昂的设备折旧风险。
　　在 CMOS 图像传感器领域，索尼长期保持着领先地位。据 IHS Markit 报告，索尼以 49.2% 的市占率居于榜首，三星与豪威市占率分别为 19.8% 与 11.2%，前六大厂商占据 90.8% 的市场份额，市场高度集中。全球 CMOS 芯片前六大厂商中，仅豪威为 fabless 模式，晶圆制造与封测部分外包给代工厂。此外，索尼虽拥有自用代工厂，但封装工艺仍部分外包。
　　① CMOS 芯片代工制造产能紧张：
　　就 CMOS 芯片制造工艺而言，目前高像素 CMOS 芯片主流制程为 55nm（12 英寸晶圆），而低像素芯片制程较低，通常在 8 英寸晶圆上进行代工制造。据 Yole 报告，2017 年全球 CIS 芯片产能折合 12 寸晶圆为 242.2 万片，月产能约为 20 万片；其中，索尼产能占比 38%，全部为自用；三星产能占比 20%，包含自用与代工；台积电、中芯国际与华力微电子产能合计占比 29%，全部为代工。前五家工厂产能合计占比达 87%，CMOS 芯片晶圆制造技术与资金壁垒高，市场集中度高。
　　据 IHS Markit 报告，2018 年索尼、三星与豪威 CMOS 芯片供应能力分别为 10.0、5.0、 与 3.9 万片/月。预计至 2020 年，全球前三家 CMOS 芯片厂商索尼、三星与豪威的供应能力单年扩张速度为 1 万片/月，整体年产能扩张速度约 16%。其中，2020 年三星供应能力增长 1.5 万片/月，增幅略高于行业水平，主要受益于自身 DRAM 产品线转产 CIS 产品。
　　目前 CMOS 需求叠加半导体行业需求的整体复苏，代工厂产能异常紧张。8 英寸晶圆代工产能异常紧张，交期严重拖后，后续价格提价趋势较为清晰。
　　此外先进制程方面，明年 5G 商机有望大爆发，带动台积电 7 纳米、5 纳米制程需求强劲，但因产能满载、供不应求，迫使台积电 7 纳米交货时间拉长，先前台积电大客户 AMD 已发生新品“迟到”，Xilinx 交货期超过 100 天。5G、手机摄像头、TWS 耳机、PA 等各类芯片产品需求同时爆发，挤爆 8 英寸晶圆厂产能。预期今年四季度淡季不淡，高景气度有望持续至明年。
　　芯智讯补充资料：国产半导体设备龙头北方华创副总裁、首席科学家刘韶华也表示，目前由于车用、物联网 MCU 及 PMIC 在 8 英寸厂投片，CIS、分立器件、MEMS、指纹识别等对于 8 英寸厂投片需求的持续增长，以及部分 MOSFET 由 6 英寸厂转向 8 英寸厂，致使目前 8 英寸晶圆代工厂的产能爆满，大厂的产能利用率持续维持在 90% 以上。虽然目前国内不少 8 英寸产线正在扩产，在建的产线有 6 条，但是未来较长一段时间内产能很难增加，关键瓶颈在于核心设备的紧缺。
　　刘韶华表示，上游的设备大厂现在更多的关注于 12 英寸设备，对于 8 英寸设备的供应量已经减少，与此同时，市场上流通的二手 8 英寸设备也比较有限。根据 Surplus Global 统计，近年来全球 8 英寸二手设备供应量逐年萎缩，2018、2019 年供应已不足 500 台。而新建一个月产能 9 万片的 8 英寸成熟制程工厂，大约需要 800 台各类设备。显然，上游的 8 英寸设备供应目前是极其紧缺的，这也推动了二手 8 英寸设备的价格持续上涨。
　　正是由于上游 8 英寸设备供应的紧缺，也直接导致了目前 8 英寸的产能很难在短时间进行扩大，这也意味着目前 8 英寸产能爆满的状况，在未来一段时间内将难以缓解。在下游需求激增情况下，CMOS 芯片的产能自然受 8 英寸晶圆制造产能制约而难以迅速跟随扩产。因此，无论是新建自身晶圆制造产线（索尼），或由其他产品线转至 CMOS 产线（三星），还是向代工厂索要产能（豪威），都难以在短时间内完成。
　　② CMOS 芯片 TSV 封装测试：
　　目前，CMOS 芯片封装以 10M 像素为分水岭，高像素芯片封装通常采用 COB 技术在模组组装厂完成，低像素芯片封装通常采用 WLCSP/TSV 技术在封测厂完成。
　　COB 技术将晶圆进行切割后再进行封装与组装。该封装工艺通常在模组组装过程中完成，加工费按颗计费，对于高像素大尺寸 CMOS 芯片封装具有成本优势。COB 技术缺点为摄像头模组整体尺寸大，平面尺寸（X/Y 方向）以及厚度（Z 方向）尺寸均大于其他封装技术。
　　Shellcase WLCSP/TSV 技术在晶圆上进行封装后再切割。该技术加工费通常按片收费，CMOS 芯片尺寸越小，单颗芯片平均封装加工费越低；该技术对低像素小尺寸 CMOS 芯片封装具有明显成本优势。此外，该技术为晶圆级封装，封装后模组尺寸小，适合于消费电子对“短小轻薄”的需求。
　　全球从事影像传感器晶圆级芯片尺寸封装的公司，除了少数 IDM 公司（如东芝、三星）采用自主研发的晶圆级芯片尺寸封装技术封装自身产品外，其他均为专业封测服务商。目前国内提供 WLSCP/TSV 封测服务的厂商有，晶方科技、昆山西钛（2014 年被华天科技收购）、科阳光电（2019 年被大港股份收购）、精材科技（台积电控股）。这些封测公司的 WLCSP 封装技术均来源于 Shellcase 的技术许可。目前，行业总产能约 10~12 万片/月（折合 8 寸片），其中晶方科技占比超过 50%，盈利能力凸出。
　　WLCSP/TSV 封测企业成本结构中设备制造费用等固定成本占比非常高：其中，制造费用占比 64.34%，直接人工费用占比 14.55%，原材料费用占比 20.33%。
　　芯智讯补充资料：根据台湾媒体报道，豪威科技订单爆满，第三季开始逐月提高对晶圆代工龙头台积电投片量，第四季度以来 CIS 晶圆释出至后段封测厂，台湾同欣电子直接受惠接单满到明年上半年。足见 CMOS 封测产能的紧张程度。
　　传感器 TSV 封装行业扩产周期约为 3 个月至 1 年时间，厂商扩产需承担一定设备折旧风险；我们谨慎预估，明年全年行业整体产能增幅约为 25%~40%，明年二季度部分扩产产能投产某种程度上减缓 TSV 产能紧张态势，但紧供给状态仍然难以打破。WLCSP/TSV 封测涨价趋势较为确定。
　　3、涨价潮蓄力充分，有望全产业链蔓延
　　目前摄像头需求超预期增长，叠加半导体行业景气度复苏，摄像头全产业链产能呈现紧 张状态。其中，CMOS 代工、封测扩产速度远慢于需求增幅，涨价潮蓄力充分。而其它零部件，光学镜头、音圈马达、红外截止滤光片、以及模组组装各个环节均受益于单部手机摄像头颗数激增。各环节现有产能容量、扩产周期、行业壁垒、竞争格局各不相同，每一环节受益幅度略有差异，预计涨价影响也各有不同。
　　CMOS 芯片：CR4（行业前四名份额集中度指标）约为 86%，CR8 大于 90%。市场高度集中，头部厂商议价权强势，有望产业链领涨。
　　红外截止滤光片：CR4 约为 69%，CR8 大于 76%。国内厂商市场份额处于领先地位。2018 年水晶光电全球市占率第一约 27%；五方光电市占率 16.13%，国内厂商份额进一步提升。
　　光学镜头：CR4 约为 60%，CR8 约为 76%。大力光瑶瑶领先，舜宇紧随其后。
　　音圈马达：CR4 约为 53.2%，CR8 约为 76.9%。三家头部厂商均为日系，新思考、中蓝、比路集中在国内市场。
　　模组组装：CR4 约为 44%，CR8 约为 64%。市场相对分散，技术门槛较低，竞争持续加剧。但头部企业充分受益需求激增，业绩提升动力充分。行业集中度高的环节具有一定壁垒，集中度高且扩产周期长的环节具有更高议价权，有望率先受益。摄像头需求激增，产业链涨价蓄力充分，有望全产业链蔓延，各环节龙头公司有望优先受益。
　　小结：
　　多摄、像素升级带动手机摄像头需求爆发，汽车、安防提供稳定增长基石：三摄和四摄渗透率超预期增长带动手机摄像头需求爆发，今年 Q3 智能手机后摄出货占比中，双摄占比 30%，三摄占比 26%，四摄占比 22%，四摄占比大幅提升。另外，48M 像素及以上摄像头 2019 年 Q3 出货占比已经达到了 9%，预计 2020 年可达 4.5 亿颗。在多摄加速普及以及像素大幅升级的背景下，智能手机图像传感器芯片市场迎来爆发。
　　CMOS 芯片为摄像头模组中唯一涉及晶圆代工的组件，扩产壁垒高。在 CMOS 芯片晶圆制造产能扩张过程中，索尼自建工厂扩产；三星将 DRAM 产线转产生产 CIS；豪威依赖代工厂产能扩张与产能调配。CMOS 因手机三摄/四摄渗透率提升以及 CMOS 芯片尺寸提升所需的晶圆制造产能增幅远高于目前摄像头行业供给能力扩张速度，CMOS 芯片晶圆制造行业供需格局短期处于失衡状态。
　　目前，CMOS 芯片封装以千万像素为分水岭，高像素芯片封装通常采用 COB 技术在模组组装厂完成，低像素芯片封装通常采用 WLCSP / TSV 在封测厂完成。我们预计手机低像素摄像头与超薄屏下指纹方案对 TSV 行业整体产能需求增幅约 70%，目前扩产进度短期难以满足激增的 TSV 产能需求，短期供需失衡或将引发下一波涨价潮。