Wie teuer ist die Sensorproduktion wirklich?

[NRW-Foto]

Den 1´sern lässt sich ansehen das da Kostenaufwand drin steckt, aber beim Vergleich der Bodys ala 20D und 5D wird der Preisunterschied durch den abgeblich so teuren FF-Sensor erklärt... was ich aber nicht glaube!

Kann das überhaupt sein?;
Die Herstellungsverfahren für z.B. Mikrochips sind doch vergleichbar mit denen von Fotosensoren, angefangen beim Prozessverfahren, der Dotierung, dem Schichtaufbau, den Materialien, etc..

Obwohl die Strukturen der Mikrochips im Nanometerbereich liegen.. ist deren Ausbeute seit Jahren sehr hoch; die Technik ist effizient und wird beherrscht.
Aber bei SO groben Strukturen wie Fotosensoren, die doch "nur" im Mikrometerbereich liegen.. soll es problematisch und Kostentreibend sein?

Die Fertigungsanforderungen an Mikrometerstrukturen stammen produktionstechnisch gesehen doch aus der Steinzeit?

Würde mich freuen wenn jemand dazu detailierte Kenntnisse hat und mitteilt.
Gerd

 

[mariane]

Zwei Faktoren spielen auf jeden Fall eine Rolle:

• die Sensoren sind nicht gerade klein verglichen mit den von Dir angesprochen Mikrochips und je größer die Fläche um so großer auch die wahrscheinlichkeit das defekte auftreten
  • Die Sensoren sind nicht nur Sensoren, sondern da steckt auch die sensornahe Steuerelektronik mit dran, schließlich muß jeder Pixelausgelesen werden und in ein verständliches Protokol für die Nachfolgende Kameraelekronik umgewandelt werden
  • Also Sensoren sind nicht einfacher, sondern eher komplizierter aufgebaut als Microchips. Am ehesten könnte man sie mit einer CPU vergleichen, da gibt es auch hohe Ausschußraten, nicht wegen des Eigentlichen Kerns sondern wegen des Cache. Bei den CPUs kann man aber den Cache abschalten, wenn er nicht richtig funktioniert und dann als Billig-CPU verkaufen (Pentium/Celeron oder Ahtlon/Duron usw.), bei den Sensoren geht das natürlich nicht, da muß jeder Pixel funktionieren
• Die Masse machts:
  • kleine Sensoren, weniger Ausschuß, hohe Stückzahlen und Nachfrage -> billiger
  • große Sensoren, viel Ausschuß, kleine Stückzahlen und Nachfrage -> teuer

 

[Gast_8007]

Ich glaube, dass wie bei vielen Dingen nicht unbedingt die eingentlichen
Produktionskosten auf den Preis durchschlagen, sonder eher die Entwicklungs-kosten.

Was kümmert es uns, was die wirklich kosten? - Es sei denn du willst
Produzent werden.

 

[OliverK]

Entwicklungskosten sind bei diesen Sensoren nicht wirklich entscheidend. Der Schaltungsaufbau ist bekannt und unproblematisch.
Wie mariane schon schreibt..
Kurze Produktzyklen und -hier noch wirklich- geringe Stückzahlen bei großer Chipfläche machen die Sensoren wirklich sehr teuer. Redundanz wird jedoch zur Erhöhung der Ausbeute auch bei Sensoren eingeplant.
Ob man sich im Bereich 130 nm oder 1µm Strukturgröße befindet spielt technologisch heute bei der Auftragsvergabe kaum eine Rolle. Kein Halbleiteranbieter für solche "Kleinserien" kauft für die Sensorproduktion alte Mask-Aligner (Belichter).
Das Problem bei der ganzen Halbleiterei (ich komme aus der Branche) ist ehr die Belegung der Fab mit dem Prozess und die Chipfläche. Niemand wird die doch ehr geringe benötigte Menge Sensoren -sagen wir im Voraus für ein Jahr- auf 300 mm Wafern fertigen, da die notwenidgen Anlagen für die kleinen Produktionszahlen zu teuer wären. Und kein Hersteller stoppt seine Speicherproduktion um einen kompletten Prozess "kurz mal" umzustellen. Somit wird in kleinen Fabs auf 6, maximal 8 Zoll gefertigt (meines Wissens abr nur auf 6). Und da Defekte eben wirklich eine Rolle spielen, nimmt die Ausbeute überproportional mit der Chipfläche ab.
Sollten wir z.B. hier an der UNI (mit recht guter Ausstattung) Chips im Flächenbereich der Vollformatsensoren bauen, so hätten wir eine Ausbeute von 0% (auf 4 Zoll). Relativ defektfreie Schichten im Bereich 10*15 mm lassen sich hier jedoch gut herstellen. Die Aubeute steigt überproportional.
Noch schlimmer wird es natürlich bei Mittelformat ;-)

 

[casacki]

Willst Du über die Herstellungskosten eines Sensors auf den Verkaufspreis der Kameras schließen? Ich denke, so läuft das nicht. Canon macht riesen Profit. Auch wenn der natürlich aus anderen Sparten kommen könnte, so tendiere ich dazu, dass die uns die Kameras eben teuer verkaufen. Warum auch nicht, wenn die Produktpalette gut ist und die Konkurrenz ein Problem hat, die PS auf die Straße zu bringen. Gutes Marketing trägt mit dazu bei. Erst wenn die mal weider richtig Druck kriegen von Wettbewerbern, wird sich daran was ändern und wir werden uns die Augen reiben, wie preiswert dann die Bodys werden.

 

[OliverK]

Na ja..
Wenn ich die heutigen Produktionskosten der Vollformatsensoren mal überschlage, würde ich sogar einen Schritt weiter gehen und behaupten, dass Canon mit den ersten Vollformatkameras Verlust gemacht hat. Die 5 D wird sicherlich gut im Plus liegen. Goldene Nasen kann man sich mit diesem Segment jedoch -noch- nicht verdienen.
Nur ein gaaanz kleines Beispiel:
Herstellung auf 4 Zoll:
Herstellbar: 7 Sensoren pro Wafer
Angenommener Yield: 60% (extrem gut!)
Netto 4 Sensoren pro Wafer
Kosten (alles EK Herstellung):

• Wafer: 20 EUR
• Prozessierung zum Sensor (einfachster 6-Masken-Prozess)
• Fotochemie (Lack, Entwickler, Remover): 150 EUR
• 2 Metallisierungen (sputtern oder E-Beam-Verdampfen): 240 EUR
• Oxide/Nitride: 180 EUR
• Prozessgase (As, SiH4, N2O, alles 5.9 Reinheitsklasse): 100 EUR
• 2 Implantationen As oder BF2: 170 EUR
• Passivierung mit TEOS oder SiH4: 175 EUR
• Arbeitsstunden Insgesammt (6-Masken, ca. 90 Prozesschritte): 6 Stunden a 75 EUR = 450 EUR

Macht also in Summe knapp 370 EUR pro Sensor. Hier fehlen nun noch alle Nebenkosten (Waferreinigung (RCA, Piranha, HF), Anlageneinrichtung, Anlagenkosten, Mieten, Strom, Zu- und Abwasser, Rückkühlung, Neutralisation, Gaswäscher, Gaswächter, Reinraumkleidung, Lüftung, Filterwechsel, komplette Analyse, Kosten der Warenabgabe, ..) Hier kann minimum der Selbe Betrag angesetzt werden. Dann kostet der Sensor die Fab also gut 740 EUR. Verkaufspreis für Canon? 1000 EUR? Und das ist nur der Sensor! Ohne Bildverarbeitungslogik und Co.
Es handelt sich hier übrigens um einen sehr einfachen Prozess, der -verglichen mit dem Prozess von Canon (Mikrolinsen und Borsilikatgläser auf den Sensoren und und und)- völlig trivial ist. Aber die Einzelpreise sind sicherlich etwas "drückbar".

 

[NRW-Foto]

Vielen Dank an alle für die prompten Antworten,

@OliverK,
deine Schilderung lässt sehr plastisch nachvollziehen das "das ganze drumherum" nicht nur nicht vergessen werden darf.. sondern auch seinen Preis hat. Danke, mir ist nun vieles klarer.

Gerd

Na ja..
Wenn ich die heutigen Produktionskosten der Vollformatsensoren mal überschlage, würde ich sogar einen Schritt weiter gehen und behaupten, dass Canon mit den ersten Vollformatkameras Verlust gemacht hat. Die 5 D wird sicherlich gut im Plus liegen. Goldene Nasen kann man sich mit diesem Segment jedoch -noch- nicht verdienen.
Nur ein gaaanz kleines Beispiel:
Herstellung auf 4 Zoll:
Herstellbar: 7 Sensoren pro Wafer
Angenommener Yield: 60% (extrem gut!)
Netto 4 Sensoren pro Wafer
Kosten (alles EK Herstellung):

• Wafer: 20 EUR
• Prozessierung zum Sensor (einfachster 6-Masken-Prozess)
• Fotochemie (Lack, Entwickler, Remover): 150 EUR
• 2 Metallisierungen (sputtern oder E-Beam-Verdampfen): 240 EUR
• Oxide/Nitride: 180 EUR
• Prozessgase (As, SiH4, N2O, alles 5.9 Reinheitsklasse): 100 EUR
• 2 Implantationen As oder BF2: 170 EUR
• Passivierung mit TEOS oder SiH4: 175 EUR
• Arbeitsstunden Insgesammt (6-Masken, ca. 90 Prozesschritte): 6 Stunden a 75 EUR = 450 EUR

Macht also in Summe knapp 370 EUR pro Sensor. Hier fehlen nun noch alle Nebenkosten (Waferreinigung (RCA, Piranha, HF), Anlageneinrichtung, Anlagenkosten, Mieten, Strom, Zu- und Abwasser, Rückkühlung, Neutralisation, Gaswäscher, Gaswächter, Reinraumkleidung, Lüftung, Filterwechsel, komplette Analyse, Kosten der Warenabgabe, ..) Hier kann minimum der Selbe Betrag angesetzt werden. Dann kostet der Sensor die Fab also gut 740 EUR. Verkaufspreis für Canon? 1000 EUR? Und das ist nur der Sensor! Ohne Bildverarbeitungslogik und Co.
Es handelt sich hier übrigens um einen sehr einfachen Prozess, der -verglichen mit dem Prozess von Canon (Mikrolinsen und Borsilikatgläser auf den Sensoren und und und)- völlig trivial ist. Aber die Einzelpreise sind sicherlich etwas "drückbar".

 

[danhieux]

Nun gut, ich weiß ja jetzt nicht wo du arbeitest, aber auf 4 Zoll Wafern wird Canon garantiert nicht mehr Herstellen. Die werden schon lange 220mm Wafer haben, wenn nicht sogar schon 300mm Wafer und da sie die Chemikalien im größeren Tonnenmaßstab kaufen, werden sie diese wahrscheinlich auch billiger bekommen als von dir beschrieben. An den Randbereichen der Wafer werden sie wahrscheinlich noch ein paar kleine Senoren für die Kompakten drauf packen, was nochmals den Preis senkt.

Gut, sagen wir mal, sie sind mit 150-250 ? pro Sensor dabei. Das ist auch schon ennorm hoch und dann kommt ja wirklich noch der gesamte Rest der Kamera hinzu und dann auch noch die ( reine Schätzung) >100000 Mitarbeiter die Canon wohl hat, Werbung, Schipping und so weiter.

Also teilweise ist der Preis dann doch ein bisschen gerechtfertigt.

 

[nipponichi]

Nun gut, ich weiß ja jetzt nicht wo du arbeitest, aber auf 4 Zoll Wafern wird Canon garantiert nicht mehr Herstellen. Die werden schon lange 220mm Wafer haben, wenn nicht sogar schon 300mm Wafer und da sie die Chemikalien im größeren Tonnenmaßstab kaufen, werden sie diese wahrscheinlich auch billiger bekommen als von dir beschrieben. An den Randbereichen der Wafer werden sie wahrscheinlich noch ein paar kleine Senoren für die Kompakten drauf packen, was nochmals den Preis senkt.

Canon ist kein typischer Halbleiterhersteller, liefert aber die Ausrüstung, hat also das Know how.
300mm werden ausschließlich bei DRAM und Prozessoren verwendet, Sachen die in riesigen Stückzahlen hergestellt werden. Das ist bei den FF- Sensoren mit Sicherheit nicht der Fall. Es werden auch nie verschiedene Chips auf einem Wafer hergestellt, da die Bearbeitung enorm komplizierter würde.

Bei FF stellt sich vor allem das Problem des Ausschusses. Die Elektronik konnte nur deshalb so billig werden, weil man durch Shrinken immer mehr auf weniger Fläche packen konnte. Da die Sensorgröße aber konstant bleibt, dürften aber auch die Kosten konstant bleiben, wenn der Prozeß einmal beherscht wird.

Ich kenne einen Fall vor ein paar Jahren, Chip etwa 100mm² (nicht 864mm² wie bei FF!), neueste Technologie. Die Ausbeute betrug am Anfang etwa 1 Prozent. Und der Kunde bestellt

Grob gilt unterm Strich doppelte Fläche vierfacher Preis. Zwischen APS und FF Sensor bleibt also immer etwa ein Faktor 5 in den Herstellungskosten. Und der Sensor dürfte ein Hauptposten der Kamerakosten sein.

FF ist von Canon politisch gewollt, da kein anderer FF hat und Canon dieses Alleinstellungsmerkmal ausnutzen will. Ich kann mir auch vorstellen, daß Canon am Anfang draufgezahlt hat.

 

[Timothy Truckle]

@OliverK

Arbeitsstunden Insgesammt (6-Masken, ca. 90 Prozesschritte): 6 Stunden a 75 EUR = 450 EUR

Pro Step 4min - da bist du aber sehr optimistisch
Viele Hersteller wären froh, wenn sie in ihren Fabs die reine Transportzeit zwischen den Operationen auf 4min bringen könnten.

Tschüß Tiny

 

[fantomas]

Also teilweise ist der Preis dann doch ein bisschen gerechtfertigt.

Gerechfertigte Preise gibt aus meiner Sicht nicht, egal was man kauft, man wird über den Tisch gezogen. Die Margen der Unternehmen sprechen eine deutliche Sprache. So lange man es nicht merkt ist alles in Butter.
Vieles wird in Niedriglohn Länder produziert aber der Kunde hat nichts davon, der Überschuss wird privatisiert.

 

[M. Blum]

Gerechfertigte Preise gibt aus meiner Sicht nicht, egal was man kauft, man wird über den Tisch gezogen. Die Margen der Unternehmen sprechen eine deutliche Sprache. So lange man es nicht merkt ist alles in Butter.
Vieles wird in Niedriglohn Länder produziert aber der Kunde hat nichts davon, der Überschuss wird privatisiert.

Wieso wird man denn über den Tisch gezogen? Meine 1DsII ist die preiswerteste Kamera, die ich je hatte. Mit preiswert meine ich Preis wert. Mit keiner Kamera konnte ich bisher mehr Geld verdienen, als mit der 1DsII. Für mich ist sie ihren Preis allemal wert.

Gruß
Matthias

 

[fantomas]

Wieso wird man denn über den Tisch gezogen? Meine 1DsII ist die preiswerteste Kamera, die ich je hatte. Mit preiswert meine ich Preis wert. Mit keiner Kamera konnte ich bisher mehr Geld verdienen, als mit der 1DsII. Für mich ist sie ihren Preis allemal wert.

Für dich spielt der Preis nicht die gleiche Rolle wie bei einem Hobby Fotograf, du gibst die Kosten weiter an den Kunden.
Wenn man die Kosten nicht slbst trägt, hat man ein anderes empfinden. Egal wieviel Geld Canon für die Cams verlangt werden die Profis immer kaufen.

gruss

 

[zzzip]

Wie sieht es eigentlich mit dem Verschnitt aus? Je grösser der einzelne Chip, desto weniger gut wird der Wafer ausgenutzt, oder? Spielt das kostentechnisch auch eine Rolle?

zzzip

 

[Cephalotus]

Bist Du Dir sicher, dass man7 Sensoren der Größe 36mmx24mm auf einer Scheibe mit 4" (ca. 100mm) Durchmesser unterbringen kann ?

Hier mal ein Bild von der Verteilung von 36mmx24mm Sensoren auf einem deutlich größeren 6" Wafer (von luminous-landscape.com):

Übrigens verwendet Canon seit einiger Zeit 8" Wafer (das ist offiziell) und darauf passen dann 20 Stück von diesen "Vollformat"-Sensoren.

Die leider nicht offizielle yield rate wurde mal mit 10% (1Ds Sensor auf 6" Wafern) und 25% (5D Sensor auf 8" Wafern) angegeben.

Die (ebenfalls nicht offizielle) yield rate bei crop 1,6 Sensoren liegt derzeit angeblich bei 70%. (davon passen 72 Stück auf den 8" Wafer)

Man bekommt also aus einem 8" Wafer wahlweise ca. 5 funktionierende Kleinbild-Sensoren oder ca. 50 funktionierende crop 1,6 Sensoren.
(und bei den alten 1Ds Sensoren hat man dann wohl nicht mal aus jedem 6" Wafer überhaupt einen brauchbaren Sensor bekommen)

Das wäre dann (falls es stimmt) schon mal Faktor 10 zwischen 5D Sensor und 20D Sensor.

Wieviel der Sensor also nun wirklich kostet ist sehr schwer zu sagen, alleine schon die anteiligen Anlagenkosten werden nicht gerade gering sein. Solche großen Sensoren sind ja keineswegs Massenware.

Eine 1D wurde z.B. 30.000 mal verkauft, das macht dann 30.000 Sensoren, bei der 5D werdens halt ein paar mehr sehr.

Verglichen damit, wieviele Pentium 4 einer Serie Intel verkauft oder wieviele 256 MBit RAM Bausteine so gebaut werden ist das ein Witz.

mfg

PS: Interessant vielleicht noch, dass Cypress für deren 9MP APS-C CMOS ohne Mikrolinsen (und ohne Anti Alias Filter?) einen besonders günstigen Preis von 90 US $ das Stück für Großabnehmer genannt hat.

Das kann man ja evtl auch mal als Anhaltspunkt nehmen.

Na ja..
Wenn ich die heutigen Produktionskosten der Vollformatsensoren mal überschlage, würde ich sogar einen Schritt weiter gehen und behaupten, dass Canon mit den ersten Vollformatkameras Verlust gemacht hat. Die 5 D wird sicherlich gut im Plus liegen. Goldene Nasen kann man sich mit diesem Segment jedoch -noch- nicht verdienen.
Nur ein gaaanz kleines Beispiel:
Herstellung auf 4 Zoll:
Herstellbar: 7 Sensoren pro Wafer
Angenommener Yield: 60% (extrem gut!)
Netto 4 Sensoren pro Wafer
Kosten (alles EK Herstellung):

• Wafer: 20 EUR
• Prozessierung zum Sensor (einfachster 6-Masken-Prozess)
• Fotochemie (Lack, Entwickler, Remover): 150 EUR
• 2 Metallisierungen (sputtern oder E-Beam-Verdampfen): 240 EUR
• Oxide/Nitride: 180 EUR
• Prozessgase (As, SiH4, N2O, alles 5.9 Reinheitsklasse): 100 EUR
• 2 Implantationen As oder BF2: 170 EUR
• Passivierung mit TEOS oder SiH4: 175 EUR
• Arbeitsstunden Insgesammt (6-Masken, ca. 90 Prozesschritte): 6 Stunden a 75 EUR = 450 EUR

Macht also in Summe knapp 370 EUR pro Sensor. Hier fehlen nun noch alle Nebenkosten (Waferreinigung (RCA, Piranha, HF), Anlageneinrichtung, Anlagenkosten, Mieten, Strom, Zu- und Abwasser, Rückkühlung, Neutralisation, Gaswäscher, Gaswächter, Reinraumkleidung, Lüftung, Filterwechsel, komplette Analyse, Kosten der Warenabgabe, ..) Hier kann minimum der Selbe Betrag angesetzt werden. Dann kostet der Sensor die Fab also gut 740 EUR. Verkaufspreis für Canon? 1000 EUR? Und das ist nur der Sensor! Ohne Bildverarbeitungslogik und Co.
Es handelt sich hier übrigens um einen sehr einfachen Prozess, der -verglichen mit dem Prozess von Canon (Mikrolinsen und Borsilikatgläser auf den Sensoren und und und)- völlig trivial ist. Aber die Einzelpreise sind sicherlich etwas "drückbar".

 

[Cephalotus]

Hier noch zwei links:

http://www.canon.com/technology/interview/eos/eos_p3.html

http://news.techwhack.com/1878/canon-5d-is-finally-unveiled/

 

[BBB]

Bei den CPUs kann man aber den Cache abschalten, wenn er nicht richtig funktioniert und dann als Billig-CPU verkaufen (Pentium/Celeron oder Ahtlon/Duron usw.), bei den Sensoren geht das natürlich nicht, da muß jeder Pixel funktionieren

Die Pixel kann man aber auch ausmappen.

 

[Cephalotus]

Die Pixel kann man aber auch ausmappen.

Ich denke unter Ausschuss fällt ganz was anderes, als ein paar Dutzend oder ein paar hundert defekte Pixel. Die hat ja angeblich (fast) jeder Sensor.

 

[argus-c3]

yield rate = 25 %

Heißt das im Ernst: 75 Prozent der 5D-Sensoren sind direkt Ausschuß?

Is ja schon heftig.

Aber wahrscheinlich werden sich diese Raten noch deutlich erhöhen wenn die Technik fortschreitet. Das wiederum spräche dafür, warum eben KB-Format Kameras in Zukunft sicher noch deutlicher im Preis fallen als Crop-Kameras....

 

[Cephalotus]

yield rate = 25 %

Heißt das im Ernst: 75 Prozent der 5D-Sensoren sind direkt Ausschuß?

Is ja schon heftig...

Wie geschrieben ist das absolut ohne Gewähr. (freiwillig würde diese Daten ja wohl kein Hersteller rausrücken) Den link zur Behauptung habe ich ja angegeben.

Und natürlich ist die yield rate das Problem. Ansonsten wäre das alles doch super simpel.

72 Stück 1,6 crop Sensoren vs. 20 Stück 5D Sensoren macht einen lausigen Preisunterschied von ca. 3,5 fach.

Und ein schöner großer Mittelformatchip würde dann halt vielleicht 7-8x soviel kosten wie ein crop 1,6 Sensor, also auch nicht gerade die Welt.

Und selbst ein verdammt großer Chip mit sagen wir mal vierfacher Fläche des "Vollformats" wäre dann auch noch durchaus bezahlbar.

Dummerweise läufts halt scheinbar nicht so einfach.

Außerdem ist es sehr gut möglich, dass andere Techniken (Foveon, Super CCD-SR, usw...) noch deutlich geringere yield rates haben, was dann auch erklären würde, warum es davon keine großen Sensoren gibt.

mfg

PS: Die Mittelformatchips bei Dalsa werden angeblich aus kleinen Stücken "zusammengebastelt".