
1,CCD
1948年,美国贝尔实验室发明了晶体管,五年后索尼(当时还叫东通工)取得了这项发明的技术授权,并于1954年兴建仙台半导体新厂房(生产的晶体管后面用在了收音机上)。
1960年十一月份,已经完成了改名的索尼,其厚木市(Atsugi)半导体工厂正式竣工。1961年,索尼又在横滨市的保土谷区建造了研究实验室和索尼大桥。
1969年十月份,研究实验室改名为研究中心,并与东京索尼总部的研究部门合并——往后这就是索尼的基础研究之核心研发部门了。

1969年,美国贝尔实验室又发明了CCD (电荷耦合元件)。次年,索尼的一位工程师对这项技术产生了浓厚兴趣,并开始了对CCD的研究(他自称只是“玩玩”而已)。
1972年,这位索尼工程师成功用64像素的CCD完成了字母“S”的投影,于是次年索尼正式内部立项——至此CCD的开发终于成为了一个全职项目。
1973年十一月份,从事CCD工作的工程师正式从厚木市工厂转移到研究中心,CCD作为“电子眼”的开发工作正式开始。

在索尼开发CCD的过程中,几乎所有进行同样项目的竞争对手,都因为技术难度太大选择了退出。实际上,在研发过程中,索尼内部的质疑声也很大,但最后项目还是幸存了下来。
最终在1978年,为了生产高质量的晶体,索尼发明了MCZ结晶方法——终于克服了像素中灰尘污染的问题!同年,12万像素CCD开始在厚木市工厂测试制造。
1979年,新型CCD以“ICX008”的名义开始商业化(到那时为止总投资已达200亿日元)。最后的1980年初,世界上第一台CCD相机——XC-1正式诞生!

2,COMS传感器
XC-1后面被安装在全日空航空公司(ANA)的一架大型喷气式飞机上,用于在起飞和降落时将驾驶舱的图像投影到客舱中,充当全日空Sky Vision系统的“眼睛”。
但是,由于当时CCD芯片的产量极低,所以生产周期极长——完成订单二十六台相机所需的五十二个CCD芯片整整花了一年时间!同时,对应的价格也极其昂贵,CCD芯片单价高达317000日元!
导致这些问题的根源,皆在于那些尺寸不到几微米、人眼无法检测到的超细尘埃颗粒。于是,后面所有开发和生产现场都引入了洁净室,以及让人看到会想起宇航服的防尘服。

和超细微灰尘作斗争几年之后,1983年索尼终于实现了CCD的大规模生产。并于1985年初推出了搭载25万像素CCD芯片的8毫米摄像机——CCD-V8。
1989年五月份索尼推出了世界上最小最轻的便携式摄像机——CCD-TR55,紧接着的六月份又开发出了“片上透镜”——这些直径只有7微米的透镜能将CCD芯片的感光能力提升一倍!
1996年,索尼推出了其第一款数码相机——Cyber-shot系列的开山之作DSC-F1(搭载35万像素CCD),同年还宣布正式开发CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,即CIS)。

2000年,索尼成功开发出了其第一款CMOS图像传感器(IMX001)。不过,当时的CMOS传感器由于“低画质高噪音”这个显著缺点,依然无法撼动CCD的“江湖地位”。
但是,随着时间的推移,CMOS传感器的“低生产成本”、“低技术门槛”以及“低功耗”这三个优点逐渐成为了其无可替代的竞争优势,同时CCD也逐渐到达了一个发展的“瓶颈期”。
而真正让索尼放弃CCD技术的,还是2005年的那次“大规模CCD故障事件”。此后,索尼开始将全部精力投入到CMOS传感器的深度开发中。

3,奋起直追
2007年, 索尼正式推出了Exmor系列的首款产品IMX035。 其第一次在小尺寸CMOS 内置了ADC (模数转换器) ——有效减少了噪声且利于实现高度读取,而且其 输出的是数字信号因此抗干扰性更好 。
凭借着Exmor的惊艳表现,索尼顺利拿到了进入CIS市场的“门票”,从此便开启了奋起直追的“超神模式”。 2008年, 索尼再接再厉,迅速推出了新一代的 Exmor R传感器。
全新传感器采用了背照式技术,将滤镜与光电二极管的金属连线转移至光电二极管背部,光线不再被阻挡,信噪比大幅提升!而且还可以采用更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度!

虽然背照式技术推出时间甚早,但真正让其扬名立万的,却是苹果。2011年十月份,iPhone4S发布,其首次搭载了索尼的Exmor R系列传感器——IMX145 ,这也是苹果首次使用索尼的CMOS。
随着iPhone4S的热销(最终销量高达6000万台),索尼CMOS传感器的优秀口碑在智能手机圈迅速蔓延。获得巨大成功的索尼并没有骄傲自满,而是埋头苦干,继续创造下一个奇迹。
2012年,索尼推出了更为先进的Exmor RS传感器,其采用了令业界哗然的 堆栈式技术 (又名为“积层式技术”)! 这种技术不仅可以压缩CMOS的表面积,还能提高良率,降低成本 。

技术原理简单来说就是,将背照式CMOS光电二极管周围的电路进一步转移到其背部,形成堆叠起来的“图像传感器单元”和“逻辑控制单元”两层结构,并通过 TSV(硅通孔)技术相连。
2012年尾, 绿厂发布的Find5首发Exmor RS传感器 (IMX135),这是公众视野中的首个旗舰智能机*用御**CMOS传感器 ,后面的索尼Xperia Z、三星 S4/Note3、小米3等皆有运用。
2015年,索尼宣布在全球范围内率先将“Cu-Cu连接 (铜互连) ”应用于CMOS传感器,从而全面实现了CIS的小型化、高性能,以及生产效率的提升。

4,无敌寂寞
索尼在智能手机影像领域的持续成功,使得其在CIS领域的产能获得极大的提升,从而有效分摊了研发成本,并因此得以继续保持技术上的领先优势,再反哺销售额以及市占率。
到了2015年,索尼自有产能已经满足不了日益庞大的产能需求了。所以同年十月尾,索尼与东芝正式达成收购协议——交易项目为东芝旗下300毫米晶片生产线资产,次年交易完成。
2017年,索尼又在原先双层堆叠的结构上,再增加一层DRAM芯片——用以提升COMS数据处理速度,从而推出了IMX400。这次的首发机型,终于变成了索尼旗舰——Xperia XZs。

2021年十二月份,索尼宣布成功开发出全球首创的“双层晶体管像素堆叠式”CMOS图像传感器技术,新技术能够有效解决阴暗差(例如背光环境)场景和光线不足(例如夜间环境)场景的各种问题。技术原理如下:
之前CIS的光电二极管和像素晶体管分布于同一基片,而新技术则将这两者分离在不同的基片层,从而使得对这两者的独立优化成为了可能;进而让饱和信号量得到翻倍提升,并扩大了动态范围(避免曝光不足和过度曝光的关键)。
此外,因为传输门以外的像素晶体管,包括复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管,都处于无光电二极管分布的那一层,所以放大二极管的尺寸可以增加 (降低噪点的关键)。

除了在技术上持续领先之外,索尼对产能扩张的规划也没有停下。例如台积电在日本熊本的建厂计划,索尼出资5亿美元入股,按计划正式投产会在2024年之前完成。
那么,时至今日,索尼在智能手机CIS市场的占有率是多少呢?2022年,索尼不仅占据了高达54%的市场份额,还成为了全年唯一实现正增长的主要供应商,而且这是其自2019年以来首次突破50%市占率关卡!
也就是说,在这个领域,索尼一家的份额超越了全世界所有竞争对手加起来的份额总和!不过索尼的超神表现跟一位“超大客户”有极大关系——全年销售收入有一半来自于苹果!

尾声:
由于在手机CIS领域索尼已是霸主身份,所以其很早就将注意力转向了下一个风口——新能源汽车领域。例如2020年的时候,索尼就发布了其新能源汽车原型——Vision-S。
当然索尼入局这个领域并非看中了整车业务,而是看中了其所涉及的各种传感器。
其中图像传感器自不必说,索尼志在必得;另一个更关键的激光雷达传感器,才是索尼看重的“潜力股”。

如今,游戏(PlayStation)、金融(人寿与银行)、内容(电影和音乐)、半导体(CMOS传感器)已经成为了索尼的四大支柱业务。
依靠这四大支柱,索尼在一些细分领域的霸主地位得以维持——“*法大**”的传奇色彩有了新的着墨点!
往期回顾:
索尼起源以及50年历史全景——电子影音界执牛耳之“*法大**”传奇
索尼爱立信历史与后续——通信与设计完美结合的“小绿球”之殇
至此,通过三篇文章的接力,索尼的历史终于圆满收尾。
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