3D Sensing市場快速拉動 VCSEL供應鏈密集布局後趨於完善

VCSEL(Vertical-cavity surface-emittinglaser)，即垂直腔面發射雷射器，集高輸出功率和高轉換效率和高質量光束等優點於一身，相比於LED和邊發射雷射器EEL，在精確度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占優。

隨著VCSEL晶片技術的成熟，以其作為核心元件的3D Sensing走入應用，在活體檢測，虹膜識別， AR/VR技術以及機器人識別和機器人避險、自動駕駛輔助等領域得到發展。

近期，3DSensing的主要應用以手機為主，iPhone X 首次搭載3D結構光模組，引領3D Sensing消費市場。

目前，全球3D Sensing供應鏈趨於完善，VCSEL設計廠商Lumentum、II-VI 、Finisar、AMS，VCSEL外延片供應商IQE、全新光電以及台灣晶圓代工廠穩懋、晶電等均紛紛布局3D Sensing領域。

新興市場拉動VCSEL應用，3D Sensing市場發展迅猛

隨著VCSEL技術的不斷發展，以其作為核心元件的3D攝像頭可以更快、更好的走入應用，產品進入市場。

3D成像對比傳統的2D成像技術有著更好的技術特性，全面的三維信息可以更好的應用在智能化設備中，如活體檢測，虹膜識別，AR/VR技術以及機器人識別和機器人避險、自動駕駛輔助等領域，隨著時間演進，到2023年3D傳感的市場空間達到180億美金，2018年-2023年複合增速達到44%。

據Trend Force統計，到2017年年底，全球3D Sensing市場規模僅為8.19億美元。

但受益於消費電子市場可預見的爆髮式增長，全球3D Sensing市場規模將不斷擴大。

Trend Force預測，未來幾年3D Sensing市場規模將呈幾何式增長，到2020年，3D Sensing市場規模可達到108.49億美元。

其中，3D Sensing在智慧型手機市場上的滲透率不斷提高，3D Sensing滲透率有望從2017年的2.1%提高至2020年的28.6%。

據Deutsche Bank統計，2017年搭載3D Sensing模組的智慧型手機（僅有iPhone）數量為3800萬台，在智慧型手機上搭載率僅為3%。

2018年隨著3D Sensing模組在Android手機上進行使用，智慧型手機市場3D Sensing模組需求擴大。

據預測，2020年搭載3D Sensing模組的iPhone手機數量將達4.4億台，搭載3D Sensing的Android手機數量將達4.65億台，3D Sensing在智慧型手機上搭載率將達到38%。

蘋果iPhone X搭載3D結構光模組，推動消費升級

3D成像就是在二維圖像，包括顏色，亮度，細節的基礎上增加了景深的信息，在拍照的同時，獲取對象的景深數據，應用於人臉識別，虹膜識別，手勢控制，機器視覺，計算攝影。

3D攝像頭模組：RGB攝像頭+深度攝像頭，並搭載核心3D Sensing算法一起來提供3D成像。

其中深度攝像頭在整個3D攝像頭模組中起了非常關鍵的作用，可提供場景的深度圖像，是圖像由二維轉換為三維的關鍵技術點。

為了實現3D成像，目前需要解決的是深度攝像頭的方案，目前已有的3D成像方案有：結構光法，飛行時間法（TOF）和雙目測距法。

在光學領域，蘋果始終保持行業領先地位。

當下熱門的3D攝像頭技術，蘋果早在2010年便展開布局。

如今，蘋果已收購多家相關技術領域的公司。

iPhone X採用的3D Sensing核心元件包括點陣投影器（Dotprojector）、接近傳感器（TOF）和泛光照明（Flood illuminator）等。

iPhone X 紅外點陣投影器通過採用VCSEL二極體配合主動式衍射光學元件和摺疊光學元件得以實現。

其中，VCSEL晶片安裝在氮化鋁的DPC陶瓷基板上，氮化鋁基板貼裝於HTCC陶瓷基座底部。

主動式光學元件的電極和陶瓷基板中的IC通過組件側方的金屬連接器相連。

系統工作時，由VCSEL晶片發出紅外光束，經過摺疊光學元件引導至主動式衍射光學元件，再由主動式衍射光學元件將光束分成30000個點光束髮射而出。

這種非常獨特的裝配方案獲得了最優化的熱管理性能，並能為所有的光學元件提供更高的對準精度。

iPhone X泛光照明器採用近紅外VCSEL，通過發射輔助紅外光確保系統在較暗環境下正常運行。

TOF接近傳感器可測得用戶和手機距離，當用戶在接聽電話時，會自動關閉螢幕。

蘋果作為手機行業龍頭，率先在智慧型手機上大規模採用3D Sensing技術，引領3D Sensing消費市場。

最近，最新發布的安卓手機小米8探索版中也搭載了Mantis Vision編碼結構光方案。

OPPO的FIND X手機也採用3D結構光模組，通過向人臉投射15000個光點，建立毫米級精度的3D深度圖，並快速與用戶信息進行比對。

同樣，華為預計今年下半年相關機型也將會搭載3D Sensing設備。

VCSEL供貨商看好手機3D Sensing市場，供應鏈趨於完善

自蘋果手機iPhone X搭載3D Sensing攝像頭引爆市場後，國內各手機品牌在新推出的智慧型手機上也紛紛搭載3D結構光組件。

據估計，2018年全球手機鏡頭顆數總量可達約37億顆，YoY達11.5%，2020年達45億顆，攝像頭總量增加高於智慧型手機增速。

這主要由於雙或多攝像頭普及率越來越高，且每台手機搭載不同功能的鏡頭數量越來越多。

三星和華為出產的手機預計有90%以上將搭載雙或多攝像模塊。

預計2020年每台手機將搭載2.94顆，到2021年每台手機搭載顆數將超過3顆。

3D Sensing產業的良好前景，已引起了國內廠商注意，晶電、三安等廠商積極進入該市場。

1. VCSEL設計環節：Lumentum、II-VI 、Finisar等積極布局

專業光學廠商——Lumentum

公司2015年從光通訊領域龍頭、全球最大光纖零件供應商JDSU拆分出來，是一家專業光學廠商，產品主要應用於數據通信、電信網絡、商用雷射器以及消費電子領域的3D傳感。

Lumentum深耕VCSEL多年，在2005年、2007年通過收購Agility和Picolight兩家公司獲得短波VCSEL技術。

目前，Lumentum憑藉其先進的技術和豐富的製造經驗，已成為VCSEL的全球領先供應商。

公司於2017年成功進入蘋果公司3D Sensing供應鏈，今年3月，Lumentum溢價27%收購Oclaro，預計將於今年下半年完成所有程序。

Oclaro的加入可以增加Lumentum的產品種類、擴大其業務範圍。

同時，Oclaro將自身具有優勢的磷化銦雷射器、光子集成電路和相干器件模塊研發製造等技術帶入Lumentum，可更好地驅動創新、加速產品發展，使其有望成為VCSEL及3D Sensing行業的領先者。

Lumentum已經開始為部分安卓客戶提供VCSEL，但是部分安卓客戶仍選擇邊緣發射器，目前VCSEL對於公司的營收貢獻較小，但公司預計VCSEL將對2019財年增長及3D Sensing的增長做出巨大貢獻。

公司在3D Sensing上保持超過平均利潤率的水平，並將於下半年的新品發布會上發布新產品。

全球工程材料製造領導者——II-VI Incorporated

II-VI Incorporated是全球領先的工業材料製造商，其業務範圍涉及工業、軍事、醫療雷達設備、光通訊產品、複合半導體襯底產品以及材料處理和加工元件的工程設計材料和光電感應部件。

在半導體雷射器應用上，II-VI Incorporated已和客戶開發出DFB雷射器（邊緣發射器），並且也看到了光纖雷射器的新性能所帶來的收益。

但II-VI Incorporated仍認為，VCSEL目前仍是搭載3D感應的首選雷射平台，其雷射部門已推出了多款VCSEL產品，且已被部分VR產品採用。

公司預計到2020年，在AR/VR、3D sensing的推動下，僅VCSEL產品的市場規模就將達到20億美金。

在3D Sensing方面，隨著市場的不斷擴大，II-VI Incorporated增加了研發和生產投入。

2017年8月，公司以8000萬美金收購Kaiam的6寸晶圓廠，旨在擴產自己的VCSEL晶圓產線，用於製造砷化鎵、碳化矽和磷化銦材料複合半導體器件。

此次收購將強化公司在VCSEL方面競爭力，拓展在6英寸砷化鎵、碳化矽和磷化銦器件方面製造能力。

同此，也使得公司能夠切入快速增長領域，如3D傳感、5G、電動汽車以及數據中心通信等。

II-VI Incorporated2018財年第3季度在半導體終端設備市場的銷售額幾乎翻了一番，但其新興的3D Sensing市場出貨量低於預期。

但是II-VI Incorporated表示，對於未來3D Sensing市場仍然看好，並相信公司的戰略基礎是完整正確的。

目前，公司正在加快建設技術層面和產品路線圖，這能使公司可以建立並提升差異化能力。

同時，公司將繼續和3D Sensing客戶合作，擴大市場滲透率並且組建更廣泛的產品組合，實現包括汽車和工業市場在內的多元化銷售終端市場。

同時認為未來3D Sensing將在自動駕駛汽車和家庭自動化上大放異彩，預期將在2019年後期看到顯著的成果。

蘋果3.9億美元投資Finisar用於擴產VCSEL

Finisar公司是全球最大、技術最先進的光通訊器件供應商，為電訊設備及服務商、光學顯示、安全系統、醫療器械、環保設備、航空及防禦體系提供光學組件、模塊及子系統。

在VCSEL技術及其產品應用方面，Finisar提供3大系列VCSEL器件，包括高能、單模、多模，產品種類近30種，並且器件耦合性好、發散性低，光束髮散角度控制在12-15度，產品最高工作溫度高達 60度。

在VCSEL製造技術和生產能力方面，公司保持每年1.5億件VCSEL出貨量。

2017年12月，Finisar成功打入蘋果3DSensing供應鏈。

蘋果公司通過旗下先進位造基金向Finisar授予3.9億美元預付款，主要用於支持Finisar研發和批量生產VCSEL雷射器。

Finisar於2017年8月開始已經開始批量供應3D Sensing方面應用的VCSEL雷射器晶片，並利用蘋果的投資在德克薩斯州的Sherman市重新開設一家原已關閉的工廠。

該廠房將專門用於開發和生產VCSEL6寸晶圓。

該晶片可實現深度感知和接近感知，可應用於Face ID,Animoji和ARKit等功能，並預計於今年下半年該廠房可以開始批量供應。

同時，Finisar開啟在中國無錫製造基地廠房的三期工程。

Finisar無錫製造基地的只要製造成品中包括可調合併行收發器、WSS模塊、ROADM線路卡、無源器件以及VCSEL和探測器的高端光子系統等。

在2018財年第4季度，公司的財務表現不佳，但2019財年的收入增長和毛利率已出現改善趨勢，預計2019第2季度VCSEL雷射陣列用於3D Sensing的需求會增加，因為有客戶在此區間會推出新產品。

公司除了在消費和汽車應用VCSEL外，也已開始開展其他領域的應用，在年底有望於獲得使用6 英寸晶圓的認證，這可以顯著提升公司的產量。

目前，Finisar認為，近期的3D Sensing主要應用以手機為主，但是預計在2019年到2020年初，將會看到汽車等其他領域對3D Sensing的應用。

AMS收購Princeton拓展VCSEL業務

2017年7月，AMS宣布完成收購PrincetonOptronics，Inc 100%股權的交易。

Princeton Optronics公司致力於開發並供應高性能VCSEL，VCSEL能夠為智慧型手機、消費類產品、汽車和工業應用帶來差異化的高性能。

在手機和消費類市場，Princeton Optronics公司樹立了能效和光束髮散精確控制的行業標杆，為其應用創造了優勢。

在汽車和工業市場，Princeton Optronics公司的技術可以實現高溫運行，並能提供高功率脈衝雷射器和雷射器陣列，以支持未來的汽車和工業應用。

VCSEL預計將在人機介面應用的光學傳感器解決方案中獲得大量應用。

未來幾年，智慧型手機應用中日益廣泛採用的3D傳感將加速VCSEL光源的市場增長。

Princeton Optronics公司通過與台灣、美國以及英國的合作夥伴，打造了大規模外包供應鏈。

AMS執行長Alexander Everke對此次收購評價道：「AMS本身能夠提供包括濾波器在內的光學傳感器，收購Heptagon公司（2016年10月）後獲得了光路光學相關技術和產品組合，此次收購增加的光源技術及產品將進一步擴展AMS光學傳感器解決方案的供應能力。

憑藉擴充的產品線，AMS將能夠為移動3D傳感和成像、汽車自動駕駛等未來增長市場，設計並製造最完整最差異化的光學解決方案。

2. VCSEL外延片供應商：IQE、全新等積極布局

IQE：蘋果iPhone系列VCSEL外延片唯一供應商

IQE公司是一家位於英國威爾斯海港城市卡迪夫的矽晶圓公司，其致力於半導體產業科技前沿超過25年，被認為是半導體行業先進晶圓產品和晶圓製造服務的全球領先供應商。

IQE的核心業務是外延技術，是各種終端市場應用的技術推動者。

IQE製造的晶圓產品被全球主要晶片公司用於生產能夠實現各種高科技應用的晶片，主要經營市場包括無線通信，先進太陽能（CPV），高解析度紅外系統，高效LED照明，高效電源開關以及一系列使用先進光子雷射器和探測器的消費和工業應用。

IQE是VCSEL產品的市場和技術領導者，具備能夠實現光學互連的化合物半導體技術。

2013年，IQE與飛利浦簽訂磊晶片供應合約，並共同開發終端市場應用的垂直腔面發射雷射器（VCSEL）產品。

截至2017年中旬IQE 在外延片市場份額上占比已達到60%，近期其法人代表更是向相關媒體透露公司在VCSEL晶圓市場占有約80%的份額，並且在終端市場供應幾乎所有公司。

IQE公司生產的矽晶圓為3D傳感器使用的VCSEL所必須部分。

公司在2017年傳聞成為蘋果公司新iPhoneVCSEL雷射器供應商之後在短期內股價暴漲大約400%。

據外資分析師分析，2019年IQE的傳感器業務僅來自蘋果的營收就有希望達到5000萬美元。

隨著VCSEL技術的不斷成熟和應用範圍擴展，VCSEL的市場需求不斷擴大，IQE公司通過了產能擴張計劃。

18年2月，IQE宣布公司將增加一條新的生產線來生產相關的VCSEL元件，目前公司仍是蘋果公司iPhone系列唯一的已知VCSEL EPI外延片供應商。

全新光電：有望成為第二家蘋果VCSEL外延片供應商

台灣廠商全新光電已積澱了將近15年的外延與晶片技術，目前也已經送樣 VCSEL外延片至蘋果公司，雖然仍需等待蘋果公司的產品審核，但公司已將加入蘋果 iPhone系列手機和其他設備的VCSEL 3D傳感器供應鏈列為2018年公司主要業務目標之一。

一旦此次審核通過，全新光電有望成為蘋果公司除IQE之外的第二家VCSEL外延片供應商。

有消息透露公司將於2018年第2第3季度開始生產6 英寸VCSEL 外延片。

3. 亞洲晶圓代工廠商積極發展VCSEL 謀求市場份額

台灣晶圓代工廠商穩懋於去年藉助美國廠商Lumentum，成功打入蘋果公司iPhone X人臉識別系統中的3D Sensing元件供應鏈，公司去年業績也因此增長迅猛。

雖然蘋果公司為了分散供應鏈風險開始尋求其他多家供應商，但穩懋方面對此仍保持樂觀態度，因為目前應用在手機3D Sensing元件上的VCSEL都是利用6英寸設備生產，而其他廠商從4英寸設備改為6英寸需要技術革新和時間，短期之內不會對穩懋造成實質性競爭威脅。

穩懋今年將支出約70億元新台幣用於採購設備和添置生產線以滿足下半年客戶產能需求。

此外，晶電近日宣布分割半導體代工業務，成立全權控股子公司「晶成」，晶成將專注於VCSEL及GaN on Si電力電子元件等半導體代工業務，VCSEL事業方面4英寸將以數據通訊為主，而6英寸則鎖定3D Sensing。

晶電的VCSEL產品目前以供應資料中心傳輸應用為主，公司表示，將持續更改機台、擴大VCSEL產能建置，預計今年將有更多機台投入VCSEL量產並提升VCSEL產能25%。

除原有應用於資料傳輸的VCSEL磊晶片外，晶電將於今年推展應用於感測的VCSEL產品。

據外資預估，晶電將從第2季開始生產蘋果iPhone使用的VCSEL，而Android的VCSEL產品將於下半年開始出貨。

至於VCSEL的技術部分，晶電已有能力出貨VCSEL距離感測器，但是用於3D Sensing的VCSEL技術仍在認證階段。

據預計，晶成最快將於本年第4季度拿下第一家非蘋果3D Sensing代工客戶，並再未來12個月內實現獲利。