iPhone 15 要用“一英寸”了？历代 iPhone 相机技术回顾

上个月有消息称，iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max 找索尼定制了全新的图像传感器，型号按照惯例应该是 IMX903，其尺寸也达到了 1/1.14 英寸，接近了一英寸。

随着各家都开始用上接近一英寸的图像传感器，影像旗舰的战场也更加白热化。那么在 iPhone 的发展历史中，图像传感器又是如何演变的？今天我们就来盘点一下 iPhone 上那些经典的图像传感器。

2007 年初代 iPhone 发布时，其使用的是美光科技旗下 Aptina 所制造的一颗两百万像素的前照式图像传感器，尺寸是 1/4 英寸，像素大小 2.2 微米。当年的美光还是移动图像传感器市场排名前二的巨头，同时期的诺基亚 N95 也是采用美光的五百万像素传感器。但初代 iPhone 上的这颗 MT9D112 仍然是比较落后的，因为它还不支持自动对焦功能。

2009 年的 iPhone 3GS 换用了 OmniVision（豪威）的三百万像素传感器，仍然是 1/4 英寸前照式，但像素尺寸缩小到了 1.75 微米，CMOS 制程也由 130nm 提升到了 110nm。换用 OmniVision 带来的一个最显著的变化就是增加了自动对焦功能，像素和制程的提升也带来了更好的图像画质。

2010 年的 iPhone 4 是 iPhone 首次使用背照式传感器，来自 OmniVision 的五百万像素传感器，也是 iPhone 首次提升传感器尺寸，增大到 1/3.2 英寸。在背照式结构中，通过让光从硅电路板的反面（背面）进行照射，这样就不会受到配线及晶体管的影响，从而增大单位像素的进光量，还能够抑制因光入射角度变化造成的感光度下降的问题。得益于全新的背照式传感器，iPhone 4 的画质有了巨大的提升。

2011 年的 iPhone 4S 仍然是使用的背照式传感器，但是这次选择了索尼制造的 IMX145，一颗 800 万像素、1/3.2 英寸、1.4 微米的图像传感器，CMOS 制程提升到了 90nm。2008 年 OmniVision 和索尼先后宣布研发背照式传感器，索尼凭借其在 CCD 时代的技术积累，在 2007 年专注于 CMOS 后迅速崛起，赢得 iPhone 4S 的订单对索尼和 iPhone 都是有着里程碑式意义的事件。同时从 iPhone 4S 开始，iPhone 的图像传感器上增加了红外滤光片，用以过滤人眼不可见的红外光线，避免其对图像色彩造成影响。

2013 年的 iPhone 5s 则是 iPhone 首次使用堆栈式传感器，是索尼特意为 iPhone 设计的 IMX145 的衍生款。像素单元和电路单元分别是作为独立芯片构建的，因此，可以采用以像素单元实现高画质化，以电路单元实现高功能化的制造工艺，同时实现高画质化、高功能化和小型化。在模拟层制程保持在 90nm 的情况下，单独制造的数字电路层得以使用更先进的 65nm 工艺，预示着图像传感器也将走向高速化。

2014 年的 iPhone 6 系列在传感器和 5s 基本保持一致的情况下，引入了片上相位对焦技术，大大提升了 iPhone 摄像头的自动对焦速度，iPhone 6 和 6 Plus 上实现片上相位对焦的方式是选择传感器中的邻近绿色通道的像素组成一组相位对焦像素，分别遮住左右半边，使它们捕获的成像光线形成相位差，通过分析相位差驱动镜组来实现相位对焦，这种方式一般称之为掩蔽式相位对焦（Masked PDAF）。同时，数字电路层的制程也继续提升至 40nm。

2015 年的 iPhone 6s 系列首次将像素量提升至 1200 万像素，也开始了 iPhone 图像传感器缓慢进步的时代。在传感器尺寸基本不变的情况下，像素大小缩小到了 1.22 微米，是 iPhone 主摄传感器最小的像素尺寸。为了避免像素进一步缩小带来的串扰等问题，iPhone 6s 上也首次引入了深槽隔离技术（deep trench isolation，DTI），也就是我们所熟知的三星 ISOCELL 所使用的技术。

2017 年的 iPhone 8/X 上则引入了 Cu-Cu 连接用以取代之前几代堆栈式传感器上所使用的 TSV 键合方式。

在 iPhone 5s 上，索尼将复杂的逻辑电路和光电二极管 CMOS 片上系统单晶圆处理流程分割成更简单的单独的逻辑层和光电二极管晶圆，这些晶圆建立在单独的处理节点上，然后用直接的晶圆键合堆叠，并通过硅通孔（TSV）互连。

但 TSV 会存在占地面积过大的问题，索尼在 2016 年开始采用 Cu-Cu（铜-铜）连接，是通过在各堆栈面上形成的 Cu 端子对堆栈式 CMOS 图像传感器的像素芯片与逻辑电路芯片进行直接连接的技术。这种连接方式无需设置贯穿像素芯片的连接部，也不需要连接的专用区域，因此，可进一步实现图像传感器的小型化，还能提高生产效率。

而从 2018 年的 iPhone XS 系列开始，iPhone 的像素数量虽然一直维持在 1200 万像素，但其传感器尺寸是在缓慢变大的，这也代表着其单像素尺寸的增大。例外在于去年的 iPhone 14 Pro 系列，通过采用 Quad Bayer 排列，将像素量提高到了 4800 万像素，单像素尺寸是 1.22 微米。

从 iPhone 图像传感器的演变我们可以看出，早期 iPhone 图像传感器的进步速度还是比较快的，在进入全面屏时代后，它的进步幅度就大幅落后于安卓阵营。希望今年下半年的 iPhone 15 系列，在换用了更大尺寸的传感器后，能够在静态影像上带来更大的惊喜。