進入21世紀後，有關消費性數位影像電子產品例如數位相機、數位攝影機、照相手機及液晶電視等市場快速成長，已經十分明顯，尤其是照相手機。由於市場商機龐大，目前已是影像感測元件廠商關注的焦點，不論是CCD或是CMOS影像感測器或是照相模組的廠商，未來產品都將朝向高畫質、高感度、低耗電與薄型化的市場需求發展。
進入21世紀後，有關消費性數位影像電子產品例如數位相機、數位攝影機、照相手機及液晶電視等市場快速成長，已經十分明顯，尤其是照相手機。由於市場商機龐大，目前已是影像感測元件廠商關注的焦點，不論是CCD或是CMOS影像感測器或是照相模組的廠商，未來產品都將朝向高畫質、高感度、低耗電與薄型化的市場需求發展。
主流的照相手機仍是目前最熱門的消費性電子產品，其中最重要的影像感測器，特別是CMOS影像感測器(CIS)，在2006年相當風光。根據市調公司 Techno System Research所做的最新統計數據顯示，2006年全球照相手機用CMOS影像感測器的出貨量約6億4,300萬顆，較2005年成長70%左右，以每顆2～3美元計算，產值約15～18億美元。而且在數量上已經大幅超越CCD，該報告預測往後隨照相手機需求而持續上揚，2008年出貨量將有9億 3,000萬顆，該公司同時預測2007年全球市場主流應為200畫素型產品。
但是，200畫素模組除了單價是否下降到合理範圍外，尚需多項技術的搭配。對照相手機業者而言，高畫素產品必須能夠在低照度環境下，拍攝畫面品質更佳的相片，並增加高性能光學功能，例如自動對焦(Auto Focus)與光學變焦，同時又不能犧牲手機的超薄外型，對200畫素而言，自動對焦是與130畫素產品固定焦距的基本區隔，高畫素產品如果沒有自動對焦功能，將無法顯示其高畫質優勢，會接受的消費者數量有限。另外，就是要搭配使用方便的相片列印機，改變目前90%照相手機使用者不會印出相片的消費模式，否則200萬畫素機種只能扮演過度角色，市場占有率無法取代130萬畫素機種。
CCD式微 CMOS脫穎而出
按2006年全球照相手機用CMOS影像感測器晶片的廠商市場占有率統計(圖1)，美光(Micron)繼2005年後仍以市占率29%居冠，其次為豪威 (Omni Vision Technologies)等。但在總出貨量方面，在歐美及金磚4國等地照相手機日益普及的帶動下，全球CMOS影像感測器市場急速擴大。美光因保有手機大廠摩托羅拉(Motorola)等主要客戶，2006年市占率較2005年的19.3%上揚10%。東芝原先供應給諾基亞(Nokia)等手機大廠， 2006年因未接獲其中2家大廠的訂單，導致市占率萎縮，但是東芝2006年出貨量也比2005年成長20%左右，該公司計畫2007年將畫素尺寸從 2.7微米縮減至2.2微米，以降低成本，主要供應200畫素產品，出貨目標為年成長率30%。
自1990年代初期，CMOS影像感測元件自美國航空暨太空總署林肯實驗室開始商品化，CMOS影像感測器是以光電二極體和MOS電晶體電路來構成將可視光訊號轉換為電子訊號的最小單位，簡稱畫素(Pixel)，運用將N通道型MOS電晶體與P通道型MOS電晶體組合在一起的CMOS LSI製程，以及低電壓驅動和低耗電特徵，可達成多功能與高速動作等CCD所無法提供的功能，逐漸與CCD抗衡。2000年之後，由於照相手機日益普及，加上CMOS影像感測器畫素與感光性能不斷提升，不但在數位相機已足以和CCD分庭抗禮外，在照相手機領域的應用更是一舉超越。另一具體實例，在2006 年的國際固態電路大會(ISSCC)上，三星和新力(Sony)進一步將該技術推向極致，他們在大會上分別介紹解析度為720萬和640萬畫素的CMOS 影像感測器，CCD反而式微。
大廠力推CMOS朝高畫素/小型化發展
2006年影像感測元件產業發展的重點，漸漸從CCD轉移至CMOS影像感測元件上，其中重要因素是日本CCD重量級廠商例如新力等的心態。新力自 2005年在生產CCD影像感測元件部份發生缺陷，導致其在數位相機市場失利，雖然該公司表示用於手機的CCD產品，已確認未發生相同的問題，但是已經嚴重影響新力的信譽，也了解堅持CCD的經營策略風險過大。
新力遂於2005～2006年的會計年度投資約600億日圓，以提高該公司日本九州兩座半導體工廠的影像感測器產量。投資在熊本廠500億日圓增加新生產線，新建兩層建築的新廠房，將可容納2萬平方公尺的無塵室，並引進新設備以生產影像感測元件，其中CMOS影像感測器預定投資300億日圓，該公司已經逐漸提高對CMOS的重視，新廠已經於2006年春季正式投產。
同樣堅守CCD產品的夏普(Sharp)也在2006年推出1/3.2吋、200萬畫素的CMOS照相模組，供應高階照相手機使用，該模組體積僅有0.9 立方公分，並具有自動對焦功能，在同階產品中尺寸最小，送樣價格約7,000日圓，該公司原來策略是高畫素與高性能多採用CCD感測器，而低畫素與輕巧型才使用CMOS感測器，這麼一來，無疑宣布該公司不再堅持此一策略。
除了日本之外，其他業者也紛紛調整影像感測元件的營運策略，尤其是美光及三星兩家廠商，一如先前所預測的，挾動態隨機讀取記憶體(DRAM)的量產經驗及先端製程技術優勢，快速擴張在CMOS影像感測元件的版圖。元件製程從0.18微米、0.15微米邁入0.13微米，以降低生產成本，早期業界所質疑 0.13微米是否會阻礙光電轉換效率，而為CMOS影像感測元件製程瓶頸的顧慮，其產品影像品質證明已經完全被克服，這是為何這兩家公司會在2006年世界排名前三的最主要原因。
此外，2006年美光產品結構已從記憶體產品延伸至影像感測元件產品，不僅可以獲得快閃記憶體作為獲利緩衝，對DRAM的依賴比重，已經降低到6成以下，更即時搭上快閃記憶體(Flash)市場起飛的順風車，又在照相手機幾乎成為基本配備的同時，將部分產能轉到CMOS影像感測元件事業。因此美光斥資 2.5億美元擴充新加坡封測廠產能，將主要聚焦在DDRⅡ與CMOS影像感測元件兩項產品，為加速新加坡擴產腳步，美光也提供12吋晶圓封裝測試等技術支援。
美光於2005年第三季即推出500萬畫素照相手機的CMOS影像感測器。在照相模組封裝技術方面，美光發表一種新的Osmium技術，該技術號稱可以縮小半導體元件和影像感測器所占的電路板空間。根據美光公開的資料顯示，Osmium可透過完全去除引線接合把基板面積減少一半。在貫通晶圓的互連中，穿孔直接鑽過晶片綁定焊盤，然後用導電材料把穿孔連接起來，這就為連接第二塊晶片的綁定焊盤提供最短的路徑。利用重分布層製程技術，允許焊球從晶片綁定焊盤被重分布，以滿足晶片邊緣的標準和定製球型的要求。
該技術可能要等到2007年底才納入商業運轉，目前美光還須要解決商業化的實用性問題。這些技術為美光帶來的附加好處是，可以採用無接腳框和底板的封裝製程，來生產記憶體和影像感測器，因而降低封裝的成本，目前估計約占終端成本的15～25%，對競爭力的提升，無疑是另一利器。
三星挾帶手機製造商的優勢，大力培養CMOS影像感測器的競爭實力，該公司在2001年即以先進技術發展出第一款薄型手機，以9.8毫米開啟三星薄型手機的成功經驗，準確預測薄型化之市場流行趨勢，希望為世界帶來更輕薄、更便利的通訊生活。三星在超薄手機市場的表現與成長有目共睹，2006年於俄羅斯通訊資訊展(SVIAZ EXPO COMM 2006)中發表兩款超薄系列手機，以驚人的6.9毫米直立手機，與13毫米薄度的滑蓋手機，再次刷新世界紀錄，雙雙稱霸全球成為直立手機與滑蓋手機中最「薄」的機種，該公司在2006年手機市場已經躍居世界前3大地位。
美商豪威在2006年推出一個新的設計架構「OmniPixel2」，是豪威原有OmniPixel技術的最新版本，其尺寸為2.2微米×2.2微米，其中包括三項技術突破。第一是獨家新製程和創新畫素設計技術，可使填充係數(Fill Factor)增加40%，並能產生生動以及更接近真實的顏色；第二是採用無縫隙微鏡頭設計，可消除每個畫素鏡頭間原有存留的縫隙，使其更有效率地將光導至畫質感應地區，讓每畫素可多擷取20%的入射光訊號，也使更小畫素容易有較佳的靈敏度；第三是該架構透過較高的量子效率(Quantum Efficiency)和強化的電位井容量(Full Well Capacity)，可提升畫素的動態範圍(Dynamic Range)。
豪威的新款200萬畫素影像感測器即是以OmniPixel2為基礎所研發，該產品為1/3.2英吋鏡頭規格，可融入自動對焦和伸縮鏡頭的照相模組中，並號稱可在全解析度的情況下提供每秒15 個畫面，其尺寸是目前市面上標準130萬畫素相機模組的大小，由一個整合的壓縮引擎驅動，可在原來的130畫素介面上使用這個新產品，不須更動硬體或機械設計，即可將產品從130萬畫素升級到200萬畫素。在光學方面，豪威收購CDM Optics發展軟體鏡頭技術OmniFocus，希望用軟體程式處理達成自動變焦的光學功能。
另外有一些中小型公司走單一技術突破，希望在重多大廠之間，爭取生存空間，例如賽普拉斯(Cypress)於2006年第二季開始採用100奈米製程生產畫素尺寸2.2微米×2.2微米的CMOS影像感測元件，並計畫生產1.7微米×1.7微米的CMOS影像感測元件，光學尺寸為1/4吋，可以實現更低成本化，1.7微米已經被公認為超過1.8微米畫素尺寸微細化的臨界值。
從各家廠商開發的進度可以發現，不論是CCD或是CMOS影像感測元件都朝著高畫素、小型化的趨勢發展，高解析度影像感測元件時代即將到來。尤其是在美光及三星兩家廠商加入後，更可以看出未來在技術及製程的發展，投入資源將愈來愈多，不具規模的廠商在此競爭下，發展與成長相對艱困。
手機照相模組致力薄形化/低成本
根據資料顯示，百萬畫素等級的手機照相模組售價一般為9美元，若再細分到影像感測器、鏡片組等，日本在2006年第三季，CMOS影像感測器主力產品 130萬畫素SXGA的單價每顆3～4美元，較上季下滑5%；而光學鏡頭組件降價已趨平穩，大宗交易價格130萬畫素用途約98日圓，30萬畫素用途則約 48日圓。200萬畫素照相模組若要順利在市場推出，售價勢必得降至10～12美元。
半導體透視(Semiconductor Insights)公司藉由諾基亞6111手機的拆卸材料清單(BOM)分析報告指出，其採用的意法半導體100萬畫素照相模組成本約為7.75美元。值得一提的是，這一應用產品使用分離的影像處理器，並且沒有整合到照相模組中，該處理器實際上安裝在手機主機板的下側，因而多占用主機板36平方毫米的額外面積。該處理器的成本使得手機材料清單增加1.45美元，唯一好處是可以使照相模組更薄，若要再更薄就要使用成本更高的繞射光學(Diffraction Optical)元件，但據了解，繞射鏡片仍停留在研究階段，離商業量產還有一段距離。
此外，由於可免除調焦和自動對焦系統中的一些附加元件，法商Varioptic液體鏡頭正逐漸被應用到照相手機上，但是在尺寸和價格上還有待下調，其新型可變焦透鏡直徑為7.75毫米，量產時單價為1.5歐元，約2美元，而該公司的目標是在2007年底前將此產品的單價降至1歐元。關於普遍應用於數位相機的自動變焦功能之語音線圈(VOC)，對薄形照相手機而言，顯得太過笨重，而且還會增加4美元的成本，也許軟體鏡頭技術成熟後，在照相手機應用上，此問題才能真正被解決。
畫素/尺寸扮關鍵要角
對照於CCD的低照度優異特性，CMOS影像感測器供應商表示，他們目前正致力於提高主流照相手機所用的感測器畫面品質和靈敏度。對於影像感測器生產商而言，另一個有關大小的問題，是晶片能夠支援的畫素數量。
首先，手機照相模組的發展趨勢是朝百萬畫素提升，但在尺寸和成本方面所受的限制，使裸片尺寸隨畫素數量的不斷提高而增大，解決方案就只有減小畫素。目前這一代影像感測器的畫素尺寸可達2.2微米。而當畫素縮小到2.2微米及更小時，越來越多的額外處理問題就會接踵而至。由於畫素尺寸是唯一的變數，畫素越小，對低亮度條件越不敏感，干擾也就越大，結果造成即使是設計與製造俱佳的影像感測器，也會產生品質低劣的影像，除非影像處理能夠補償。為了讓畫素尺寸持續縮小，目前的CMOS影像感測器處理技術正趨於獨特。其方法之一便是建構微透鏡(Micro Lens)，把更多的光聚焦在更小的光電二極體上。在前端製造製程，供應商還可以建構更敏感、固有噪音更低的光電二極體，例如用內透鏡技術。
雙晶片與SoC共同發展
回到生產製程上，半導體透視公司資料顯示，美光的2.8微米畫素製程成本為0.042美元，而嵌入式快閃記憶體的類似邏輯製程，則只有0.023美元左右。成本的差異突顯這一事實，即隨著CMOS成像製程愈來愈專用化，它的成本也愈昂貴。
在一般情況下，它的矽製程成本可能是基本晶片製程的兩倍，雖然相機朝系統單晶片(SoC)發展的說法甚囂塵上，但是基於成本考量，在照相手機市場發展到百萬畫素以上，反而由手機基頻晶片和應用處理器負擔影像訊號處理(ISP)功能，例如高通和德州儀器(TI)等公司，在建構複雜的手機系統單晶片解決方案方面都擁有豐富經驗，考慮把影像處理增添到基頻處理器上的概念從提出到現在並沒有很長時間，把影像處理整合到這些複雜基頻晶片上所增加的成本，幾乎可以忽略不計。不過有些業者仍然將影像處理整合到CMOS影像感測器內，以節省照相模組封裝成本及提高封裝良率(Yield)。但是超過200萬畫素時，整合個案越來越少，預計未來的發展趨勢是背離整合，隨著感測器解析度的提高，越來越多的感測器將只整合輸出數位訊號所需的電路，製造商可能會將處理和壓縮硬體放在影像處理上，或是在下一代應用處理器中使用內建式功能(圖2)。
雙鏡頭增加CMOS影像感測器
另外增加CMOS影像感測器數量是雙鏡頭照相手機的市場發展，6680是諾基亞首款雙鏡頭的行動多媒體裝置(圖3)。除了支援雙向視訊電話特色之外， 6680也提供視訊分享的功能，這項全新的多媒體服務能夠讓使用者在語音通話的同時，分享即時相機畫面或視訊片段。前後各有130萬及30萬畫素兩個鏡頭，將傳統照相手機只有一顆CMOS影像感測器增加為二，增加照相手機的實用價值，但是市場接受程度，仍然有待時間證實。
為因應超薄型照相手機需求，CMOS影像感測器提供2.2微米×2.2微米，甚至於更小的畫素尺寸，在製程方面，三星運用130銅奈米製程的CIS技術，其透過畫素陣列的去金屬結構消除反射耐蝕層，並提升光學效率(圖4)。三星這套整合方案將來自電介質堆疊的畫素陣列電介質進行解耦。它能在周邊電路中實現更多的金屬層，從而提升電晶體整合度及系統性能。此外，130奈米銅製程還允許使用金屬－絕緣體－金屬(MIM)電容器，以及較薄的主動畫素感測器 (APS)結構，改善在較低畫素區域中的光學性能，包括串音效應(Cross Talk)，以提供接近CCD的低光度表現性能。
在影像色彩處理方面，意法半導體致力於CMOS單片成像器和相機彩色處理技術的研究，滿足各種不同的自動背光控制應用對低成本的整合化亮度感測器的需求，並發展成為這個市場的領導者。對比大多數影像市場的高畫素數、高解析度的發展趨勢，意法半導體發展有4個畫素，包括紅、綠、藍以及一個無濾光片等，用於測量總體的環境亮度和不同的RGB基色。
目前市場存在著各種各樣的亮度感測器解決方案，它們都是採用單色光電感測器技術，如果整合在一個完整的應用系統中，多數都需要額外的處理或轉換電路，導致製造商的材料成本大幅度提高；只有很少的解決方案具有彩色光測量功能，而且附加成本極高，結果無法打開市場。與分離解決方案相較，意法半導體能夠在一顆晶片上分別測量黃、紅、綠、藍等4種基色，並包含所有的系統組件，數據讀取和晶片設定都通過產業標準的通訊匯流排來完成，而且成本低廉。
照相手機性能升級面臨挑戰
日本業者自2003年全力發展內建CCD照相手機的應用市場，相對地在CMOS影像感測元件著力較少，此情況已在2006年完全改觀，日本業者已經正式投入CMOS影像感測器市場。照相手機是CMOS影像感測器成長最快的市場，IC Insights資料顯示，2006年出貨的手機中，約54%將具有照相功能，而這個數字在2005年僅為45%。In-Stat最新調查還發現，儘管這類產品廣受歡迎，許多照相手機用戶希望解析度還能進一步提高，並具備現代數位相機所具有的儲存和其他先進功能。
觀察全球目前的影像感測元件生產廠商，不論是CCD或是CMOS影像感測元件，日本一線大廠都占極重要的地位。早年日本的影像感測元件生產廠商、光學鏡頭廠商與數位影像電子產品生產廠商互相結合，發展成完整的數位影像產業架構，其所形成的進入障礙，近年來遭受美國、韓國與歐洲等大廠強力挑戰，尤其是照相手機市場。近來觀察CCD廠商的營收表現，以提高產品規格等目標並朝高畫素之數位相機發展，但是在照相手機市場似乎有逐漸退出跡象，多數CCD廠商同時發展 CMOS影像感測元件，也是不願因固守CCD而錯失CMOS影像感測器市場的發展機會。
但照相手機市場發展也不是完全沒有疑慮，一般消費者對照相手機可取代通用型數位相機存有期待，實際上照相手機可用空間比起數位相機少20倍，而且成本也必須低20倍，這些嚴酷的條件，使得某些供應商質疑將照相手機的拍照性能升級到數位相機等級的努力是否值得？因此，照相手機市場是否會再向200萬、甚至 300萬畫素前進，正考驗著這一群從業人員的功力與智慧。