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[原创] ST TOF传感器模组出货量突破10亿背后的秘密

半导体行业观察 ·2019-12-05 09:41·半导体行业观察
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近日,ST宣布达成了10亿颗ToF传感器模组出货里程碑,迄今这些产品已经在150多款智能手机中得到使用,目前市场公认的“十大拍照”智能手机,其中多款都配备了意法半导体的ToF传感技术。TOF凭借自身优势俨然成为在移动端较被看好的方案。

作为全球第一大高集成度ToF模块厂商,ST已推出三代TOF产品,将于明年推出第四代TOF产品,在近日的媒体交流会上,意法半导体大中华暨南亚区影像事业部技术市场经理张程怡与ST影像业务部应用及技术经理李咏深入分析了ST在TOF领域的成长情况、TOF的市场前景,并介绍了ST最新的TOF产品的性能和主要特点。

意法半导体大中华暨南亚区影像事业部技术市场经理张程怡

ST影像业务部应用及技术经理李咏


ToF 出货10亿,全盘掌握供应链


根据IHS-Markit的统计,ST在整个CMOS影像传感器与其他光电产品的市场份额中排在第五位,而ToF就属于其他光电产品。利用先进像素技术和硅制造工艺,以及光学封装/模块与影像系统的专长,ST能提供差异化的智能传感和光源解决方案。


在TOF传感器领域,ST率先将ToF传感技术从研究实验室商业化为完全工业化生产的市场领先产品,ST是全球第一大高集成度飞行时间(ToF)模块厂商,迄今这些产品已经在150多款智能手机中得到使用,并在近日已累计出货10亿颗。

据悉2018年前,ST的TOF出货量为3.5亿,发生如此高的成长的驱动因素有哪些呢?张程怡解释到,一方面是主要得益于手机市场的驱动,另一方面是在客户数以及在各个客户数上面拿到的项目从未停过。

ST的ToF产品叫做FlightSense。FlightSense利用飞行时间ToF原理,提供高精度的绝对距离测量数据。对于FlightSense的测距原理,张程怡介绍道,ToF测距芯片发出经调制的近红外光,遇到物体后反射,FlightSense传感器根据光子往返飞行时间来直接测算物体与传感器的距离,测量精度不轻易受被测物体表面特性的影响,是通过激光强度差进行测距所达不到的。同时,该方式测距时间非常快,仅需几毫秒。并集成为一个符合安规,保障人体安全的激光传感器。

第四代FlightSense— VL53 L5


5 年以来, ST 已经陆续推出了VL6180X、VL53L0X、VL53L1、 VL53L3、 VL53 L5 四代 FlightSense 产品。 其中 VL53 L5 ST 第四代产品,将于明年正式推出。

ST的FlightSense路线图从高性能一维测距器件扩展到了多区域解决方案,并且最近还增加了高分辨率3D深度感知能力,以实现采用先进接近感应、人体存在检测和激光自动对焦的创新应用。
“经过不同世代产品的累计,我们已经突破10亿出货量。有趣的是,我们没有因为出了第二代就把第一代消灭了,因为每一代有不同的长短距离、不同的角度,可满足不同的需要。”张程怡介绍到。ST的VL6180、VL53L0和VL53L1等系列产品正在大批量生产,用于消费类、个人计算机和工业市场。

新推出的VL53L5尺寸为6.4 x 3.0 x 1.5mm,主要有两大特点:

特点一: 角度大。 张程怡讲到,普通的产品视场角一般控制在25-27度左右,ST的VL53L5视场角(FOV)最大能够达到61度。FOV 61度的好处有两点:一是大角度覆盖范围更广,更适合大家电、大荧幕等稍大些的产品;二是此大角度可以编程,客户可根据自己的需求编程到所需要的角度,在所谓FOV有效角度上,可透过算法缩小、中间变化给予新的弹性。

特点二: 可切割。 L5具有MZ(multi-zone,多区域)的特点 可以做切割,切割后分成四个区块,即四个象限,每个象限可以再切割,达到16个区域或更多,以16有效区域为例,每个区域都能独立输出测距,这代表了初步的深度变化。以人脸为例,脸是有深浅差别的,在脸上切的格子达到的效果:鼻头距离最短、耳朵距离最远、额头距离中间,以此得到脸的雏形。

据张程怡介绍,从前几代的27度增大到61度,L5在软硬件上均做了改进,硬件上发射端加了镜头,以扩展更大的角度;接收端的凸透镜也做了放大,但因为加了这些光学的镜头套件,L5芯片的尺寸比前代稍大了一点。软件的改进也十分重要,因为收到的信号会更多,软件要有足够的能力去识别和处理。

ST TOF产品的优势


相较于其他ToF,意法半导体的ToF有着独特的优势: 尺寸小,一级安规,数字输出,非模拟值 高精度 张程怡介绍到,ST TOF 芯片更大的卖点是高精度,能够抗温度变化、各类室内光源、目标物颜色干扰。冬天大家的衣服是深色,这个光发出来都被吸收了,返回的很少,普通的TOF会认为信号弱距离短,所有穿黑衣服的都是距离近的,所有穿白衣服的都是远的,如果不是ST ToF就很容易得出这一非常误导的结果,是因为衣服把光吸收反射了。

这些TOF产品能有如此优越的特点,ST独有的光学制程有着不可磨灭的贡献。据悉,ST的ToF传感器模组采用其单光子雪崩二极管(SPAD)传感技术,在ST位于法国Crolles的300 mm前端晶圆厂制造,在其先进的后端封测厂进行组装和测试(ST在深圳和菲律宾共有2个后工序封测厂)。最终的ToF传感器模组集成了SPAD探测器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及确保器件卓越性能的必要光学元件。

除此之外,ST的生态系统也在支持FlightSense和STM32软硬套件充分整合。“我们的开发工具还提供推荐的盖片样片给客户,即在芯片上搭滤光片,就像人体的眼皮盖住眼睛一样,芯片也需要一个实物保护,因为芯片有一发一收两个开口,空气中有水气、灰尘,时间长了就会有问题,所以要适当的遮盖。”

ToF 应用前景广阔,市场需求持续增长


根据Yole的预测数据也显示,全球3D成像和传感器的市场规模在2016–2022年的CAGR为38%,2017年市场规模18.3亿美元,2022年将超过90亿美元。其中,消费电子是增速最快的应用场,2016–2022年的CAGR高达160%,到2022年消费电子市场规模将超过60亿美元。

目前ToF传感器仍是以手机相机的自动对焦辅助为应用为主,然而,在手机市场已趋饱和的情况下,ST也开始布局其他的应用领域,包括测距、接近检测、人数统计、门禁、农业无人机等等。张程怡总结到主要有三大应用:




一是应用于对焦, 照相是一种对焦,因为可以准确得到距离,投影仪是一种对焦,因为对着墙来投影,因此TOF通常用于设计比较高端的照相系统或投影系统。

二是人的检测。 现在的智能系统,比如进高铁机场的闸机还不够完善,还需要人员操作,当这个事情持续推广下去,人在一米处系统就会启动,不管是刷脸、刷指纹,系统会非常流畅。再就是更先进的有人脸识别机、广告机,当人过来的时候进行启动。

三是物件的检验。 最简单的是扫地机器人的避障。

ST的ToF传感器模组已被广泛设计用于机器人吸尘器、笔记本电脑、儿童平板电脑(保护眼睛)、自动水龙头、家用无人机、机器人和投影仪等。ST的FlightSense支持在一个机器人中安装多个传感器,且集成过程非常容易;还可以用于用户存在检测,测距长度从近距离到4米;FlightSense不仅可以提高人类用户体验,还能给宠物增加生活乐趣。


ST非常看好ToF市场的发展前景,并将继续开发能够助力创新用例的ToF传感器模组,凭借卓越的交付和品质标准,服务关键市场的高要求客户。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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