功率半导体分立器件产业发展前景预测与投资战略规划

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1、功率半导体分立器件产业发展前景预测与投资战略规划一、 半导体板块产业链半导体可以分为四类产品，分别是集成电路、光电子器件、分立器件和传感器。其中规模最大的是集成电路，达到2753亿美元，占半导体市场的81%。由于半导体产品中大部分是集成电路。半导体是一类材料的总称，集成电路是用半导体材料制成的电路的大型集合，芯片是由不同种类型的集成电路或者单一类型集成电路形成的产品。对应成大家好理解的日常用品，半导体各种做纸的纤维，集成电路是一沓子纸，芯片是书或者本子。集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线

2、互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母IC表示。芯片（chip）、或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。半导体处于整个电子信息产业链的顶端，是各种电子终端产品得以运行的基础。被广泛的应用于PC，手机及平板电脑，消费电子，工业和汽车等终端市场。半导体产业链从上至下大致可以分为三

3、个环节：IC设计、晶圆制造和封装测试，另外还有相关配套行业，设备和材料。根据电路功能和性能要求，正确的选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案等。专业从事IC设计的公司也被称为DesignHouse，如Qualcomm（高通）、MTK（联发科）、AMD等，它们没有自己的晶圆厂。设计公司最终输出的是电路版图，交给制造厂商，通常把这类公司称为Fabless。二、 功率半导体行业发展情况和未来发展趋势（一）功率半导体行业下游市场持续增长1、家用电器行业以家用电器为代表的消费类电子行业是功率半导体器件供应的重要领域。随着全球对气候环境的持续关注，家用电器进入了节能降耗的时代。相对于传统的家电产品，变

4、频类家用电器在能效、性能及智能控制等方面有明显的优势，主要应用于空调、微波炉、冰箱、热水器等大功耗电器。根据IHS的数据，2017年全球家用电器的销量约711亿台，其中变频类家电数量为244亿台，占比为34%；预计到2022年全球家用电器的销量约902亿台，其中变频类家电数量将达到585亿台，占比也将提升至65%。根据英飞凌的统计，从非变频家电到变频类家电的升级迭代，单个家电产品中的半导体使用价值将从079美元增长至1067美元，使用价值的增加主要归功于应用更多的功率半导体，因此全球家用电器的变频化趋势将推动功率半导体在家电领域的发展。另外，随着物联网、5G等新一代技术应用，家电行业也出现智能

5、化潮流，虽然传统家电品类增速放缓，但高端化、智能化的产品升级将成为家电行业发展的新趋势。根据IDC数据，2021年全球智能家居设备市场相较2020年增长了117%，设备出货量超过895亿台；2021年中国智能家居设备市场出货量超过22亿台，同比增长92%。显示智能家居升级是2021年的主要增长动力。2、新能源汽车行业功率半导体是汽车电子的核心，无论是汽车引擎中的压力传感器，或者驱动系统中的转向、变速、制动，还是车灯、仪表盘等仪器的运作控制，都离不开功率半导体的使用。相对于传统燃油车，新能源汽车对功率半导体的使用量更大。根据StrategyAnalytics测算，传统燃油车功率半导体用量仅为71

6、美元，48V轻混车型功率半导体价值量增值至90美元，而纯电车型的功率半导体用量增幅高达364%，大幅上涨至330美元。新能源汽车消费近年来增长迅速。根据中国汽车工业协会统计，国内新能源汽车的总生产量从2016年的517万辆，增长至2021年的3545万辆，复合增长率达470%。另一方面，新能源汽车销量则从2016年的507万辆增长到了2021年的3521万辆，年复合增长率为473%。新能源汽车市场发展已从政策驱动转向市场拉动新发展阶段，呈现出市场规模、发展质量双提升的良好发展局面。作为新能源汽车不可缺少的配套设施，汽车充电桩也是推动功率半导体需求增长的重要动力之一。充电桩作为新能源汽车的配套设

7、施，必将跟随新能源汽车发展而发展。中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据显示，截至2021年底，我国公共及私人充电桩保有量总计26170万台，同比增长7010%，我国随车配建充电桩增量达到5970万台，同比上涨3239%。2020年中美欧新能源汽车充电需求约为180亿千瓦时，预计到2030年，伴随新能源汽车渗透率的提升，新能源汽车充电需求将高达2，710亿千瓦时。2020年中美欧充电桩数量约为300万个，预计到2030年增长至4，000万个，年复合增速约30%。3、新能源行业功率半导体在以光伏发电、智能电网为代表的新能源领域也有较多应用。在发电过程中，由于太阳光强弱变化导致其产生的电流不具备稳定

8、性，无法直接输送入电网中，因此需要功率半导体对电流进行整流、逆变等变换。在电流传输过程中，通常采用高压直流输电，因而需要大功率晶闸管、大功率IGBT等功率器件。在进入家庭的过程中，需要将高压电压降低至家用电压，而功率半导体是电力电子变压的关键器件。此外，在风力发电等场景，同样需要使用大量的功率半导体。智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。基于半导体技术与电力技术的融合，其增强了电网的灵活性和可靠性，是智能电网的先进控制和调节手段。传统的机械式控制手段，响应速度慢、不能频繁动作、控制功能离散，而大功率电力电子器件作为智能电网的核心部件具有更强、更快、更有效的功能特点，最终使得智能

9、电网实现电力高效节能的传输。传统能源消耗已对地球环境造成诸多不可逆的破坏，因而新型能源的关注度持续提高。近年来新能源市场发展快速，从全球范围来看，风能、太阳能发电快速稳定增长。全球风能理事会（GWEC）指出，2021年全球新增风电装机936GW，比2019年增加了53%，全球累计装机容量达8375GW。根据IRENA研究，2050年全球光伏累计装机量将达到14，000GW。2020年全球光伏累计装机量为725GW，由此推算20202050三十年间年复合增长率为104%。4、工业自动化行业工业自动化行业也是功率半导体应用的重要领域之一。功率半导体在工业领域，主要起到控制电压、电流和变频的作用。伴

10、随国内制造业持续升级，以及海外工业水平的持续深化，高度的自动化与智能化将会是未来世界工业发展的核心所在，而功率半导体则是实现工业自动化中不可缺少的核心元器件，从控制到加工，都离不开安全、高效的功率半导体器件。因此，全球范围内工业自动化的发展趋势将会增大对功率半导体的需求，从而持续扩大功率半导体的市场规模。（二）碳化硅器件发展趋势向好受限于硅材料的自身特性，传统硅基功率半导体器件已接近其物理极限，而以碳化硅为代表的第三代宽禁带半导体功率器件，凭借更高的电压等级、更快的开关速度、更强的高温承受能力、更低的损耗等优势，已逐步应用至新能源汽车、不间断电源、交流电机驱动器等领域。碳化硅二极管和碳化硅MO

11、SFET作为技术相对成熟的两类碳化硅功率器件，已率先在下游应用领域替代硅基的功率器件。根据Omdia数据，2020年及2021年全球碳化硅器件市场规模分别达到584亿美元、923亿美元，增速为5816%。根据Yole发布PowerSiC2022报告，到2027年碳化硅器件市场预计将超过70亿美元，比2021年的约10亿美元增长60亿美元。相比于硅基功率器件，目前碳化硅功率器件的生产成本相对较高，一定程度上阻碍了碳化硅功率器件的快速推广使用。受益于国内产业政策对第三代半导体材料的支持，近年来对第三代半导体材料产业链的资金投入不断增多。凭借规模效应带来的产业优势，碳化硅功率器件的成本有望在未来几年

12、中有所下降，并将有利于碳化硅功率器件在更多下游应用领域中替代硅基的功率器件。三、 半导体行业发展情况半导体行业是电子信息产业的基础支撑，主要分为集成电路、分立器件、传感器和光电子器件等四大类，广泛应用于5G通信、计算机、云计算、大数据、物联网等下游终端应用市场，是现代经济社会中的战略性、基础性和先导性产业。自半导体核心元器件晶体管诞生以来，半导体行业遵循着摩尔定律快速发展。2013年到2018年，全球半导体市场规模从3，056亿美元迅速提升至4，688亿美元，年均复合增长率达到893%。2019年，受国际贸易环境恶化导致市场信心不足等因素影响，全球半导体市场出现下跌。2020年，受益于疫情催生

13、远程办公设备销量提振以及全球汽车产业复苏所推动的需求强劲反弹，全球半导体市场规模恢复增长态势。2021年，全球半导体市场规模进一步增长至4，743亿美元，发展态势良好。四、 行业发展逻辑在整个行业专业的垂直分工模式下，晶圆代工厂根据客户下单情况来决定生产情况。当需求开始增加时，订单随之增加。晶圆代工厂需要花费长达两个月的时间进行生产，产能不可能瞬间增加。客户对于上游半导体产品采购的核心原则是宁可库存太多，绝不能库存不足。一家大型OEM客户（如苹果或三星）的最大顾虑，是在新品即将发布时，零组件备货库存不足。这样一来，OEM厂、ODM以及分销商渠道内不得不创建库存提前备货，下单量大于真正需求量的情

14、况也不可避免的出现。半导体公司开始增加产能以满足膨胀的下游需求。交货时间大大压缩，这时供应链将减少库存，造成半导体厂商订单量的减少要大于终端市场需求降低速度。硅周期历经三个主要阶段:1）库存修正:OEM厂商和分销商渠道内库存过剩，纷纷开始较少存货向半导体供应商下单减少甚至出现取消订单的情况产品价格开始下滑在需求量真正确定前，晶圆代工厂以及少数IDM厂商对于扩产均持谨慎态度。2）稳定状态:订单量与终端需求一致，整个产业链处于供需平衡的状态。存货经过上一次库存修正后逐渐消耗后达到正常值，产能利用率以及价格也慢慢趋于平稳。3）库存建立:新产品发布或者经济上行推动终端需求增长为了能够即时供货，OEM厂

15、商等开始增加库存订单量大幅增加半导体价格下降减缓甚至开始上升产能利用率提升。一定程度上，双重下单的情况出现（OEM、ODM厂商和分销商纷纷加大订单量）。最后，库存过剩引发下一次修正。全球半导体行业从1989年以来已经经历了三个完整周期，在这三个完整周期中，一个明显的规律就是：需求推动行业产能的上升，然后行业的资本开支扩产导致价格的下降和市场需求的萎靡，接着导致行业资本性支出下降又将导致产能增速下降，然后第二轮接着价格和市场需求开始上升，行业企业的资本性支出意愿又开始激增，基本是需求-产能投资价格四象限循环。根据SIA数据，全球半导体终端需求主要以通信类（含智能手机）占比为31%，PC/平板占比

16、为29%，消费电子占比14%，汽车电子占比12%等，其中以通信类规模最大，汽车ASP弹性最大，同时潜在5G射频、汽车电动化、物联网等技术周期将带来未来几年硅含量快速提升。五、 半导体政策大基金一期主要投向半导体产业中游，包括制造、设计、封测的行业龙头企业，成效显著。2015年我国集成电路销售额为3610亿元，同比增197%，完成目标，2016-2017年也维持了20%以上的增速，发展势头良好。同时我国在晶圆制造、特色工艺、晶圆封装与关键设备和材料等领域也取得了累累硕果，第一阶段的目标基本完成。大基金二期将更多投向上游和下游，瞄准设备、材料等薄弱环节的细分龙头企业。投资风格也更加灵活多变，不仅投

17、资行业龙头企业，还会与龙头企业共同投资设立合资子公司。六、 功率半导体行业概况功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体广泛应用于电子制造行业，传统应用领域包括消费电子、网络通信、电子设备等产业，随着社会经济的快速发展及技术工艺的不断进步，新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、新能源发电、轨道交通等新兴应用领域逐渐成为功率半导体的重要应用市场。根据功率半导体分立器件产业及标准化白皮书，功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率分立器件主要包括功率二极管、晶闸管、晶体管等产品。随着半导体材料的优化突破

18、，新一代以碳化硅为材料的功率半导体分立器件已逐步实现产业化，并快速渗透进入应用市场。功率半导体的应用十分广阔，涉及电路控制和电能转换的产品均离不开功率半导体的使用。目前，功率半导体已广泛用于消费电子、工业控制、网络通信、电力能源、汽车电子、国防、航空航天等领域。近年来数字经济、人工智能、光伏能源、新能源汽车等产业的快速发展，均为功率半导体带来了新的需求增长点，其市场规模不断增长。根据Omdia和中信建投研究所的数据及预测，2020年全球功率半导体市场规模为452亿美元（主要包括功率器件、功率IC和功率模组），预计2024年将达到522亿美元。目前全球功率半导体市场仍主要被欧、美、日等国外品牌主

19、导。中国的功率半导体行业在国家相关政策支持、加速及资本推动等因素合力下，近年来成为半导体行业快速发展的主要市场之一。在国家对半导体产业的政策扶持及资本驱动下，国内厂商在晶圆制造和封装测试等领域已取得重要突破，基本完成国内产业链布局。根据Omdia数据及预测，中国功率半导体市场预计2024年将达206亿美元，中国作为全球最大的功率半导体市场，发展前景十分广阔。七、 光刻胶：半导体工艺核心材料，道阻且长光刻胶是光刻工艺最重要的耗材。光刻胶是一种通过特定光源照射下发生局部溶解度变化的光敏材料，主要作用于光刻环节，承担着将掩模上的图案转化到晶圆的重要功能。进行光刻时，硅片上的金属层涂抹光刻胶，掩膜上印

20、有预先设计好的电路图案，光线透过掩膜照射光刻胶。如果曝光在紫外线下的光刻胶变为溶剂，清除后留下掩膜上的图案，此为正性胶，反之为负性胶。（一）先进制程推动产品迭代，半导体光刻胶壁垒最高光刻胶可以根据曝光光源波长、显示效果和化学结构三种方式进行分类。根据曝光波长的不同，目前市场上应用较多的光刻胶可分为g线、i线、KrF、ArF和EUV5种类型。光刻胶波长越短，加工分辨率越高，不同的集成电路工艺在光刻中对应使用不同波长的光源。随着芯片制程的不断进步，每一代新的光刻工艺都需要新一代的光刻胶技术与之相匹配。g/i线光刻胶诞生于20世纪80年代，当时主流制程工艺在08-12m，适用于波长436nm的光刻光

21、源。到了90年代，制程进步到035-05m，对应波长更短的365nm光源。当制程发展到035m以下时，g/i线光刻胶已经无法制程工艺的需求，于是出现了适用于248纳米波长光源的KrF光刻胶，和193纳米波长光源的ArF光刻胶，两者均是深紫外光刻胶。EUV（极紫外光）是目前最先进的光刻胶技术，适用波长为135nm的紫外光，可用于10nm以下的先进制程，目前仅有ASML集团掌握EUV光刻胶所对应的光刻机技术。根据显示效果的不同，光刻胶可分为正性和负性。如果光刻胶是正性的，在特定光线照射下光刻胶会发生反应并变成溶剂，曝光部分的光刻胶可以被清除。如果为负性光刻胶，曝光的光刻胶反应不再是溶剂，未曝光的光

22、刻胶被清除。光分解型光刻胶采用含有重氮醌类化合物材料作为感光剂，光线照射后发生光分解反应，由油性变为水性溶剂，可制造正性光刻胶。光交联型光刻胶采用聚乙烯醇月桂酸酯作为光敏材料，光线照射后形成一种网状结构的不溶物，可起到抗蚀作用，适用于制成负性光刻胶。化学放大型光刻胶使用光致酸剂作为光引发剂，光线照射后，曝光区域的光致酸剂会产生一种酸，并在后热烘培工序期间作为催化剂移除树脂的保护基团，使树脂变得可溶。化学放大光刻胶对深紫外光源具有良好的光敏性，具有高对比度、分辨率等优点。（二）光刻胶市场稳定增长，ArFi占比最高半导体光刻胶市场增速稳定。伴随芯片制程工艺的升级，光刻胶市场需求量也随之增加。根据T

23、ECHECT数据，2021年全球光刻胶市场规模约为19亿美元，同比增长11%，预计2022年将达到2134亿美元，同比增长1232%。具体来看，在7nm制程的EUV技术成熟之前，ArFi光刻胶仍是市场主流，占比高达368%，KrF和g/i光刻胶分别占比为358%和147%。（三）多重因素构筑壁垒，日企垄断高端市场1、工艺壁垒光刻胶多用于微米和纳米级别的图形加工，因此产品品质要求极高，微粒子及金属离子含量极低，制造工艺复杂，研发和生产都有较高的技术壁垒。此外，因为应用需求众多，光刻胶品类也很多，因此需要通过调整光刻胶的配方以满足对应的需求。2、配套光刻机光刻胶需要通过相应的光刻机进行测试和调整，

24、目前仅有荷兰ASML集团有能力制造光刻机，但对我国实施技术封锁。国内仅有一家企业可制造光刻机，且技术水准与ASML集团仍有较大差距。3、原材料壁垒光刻胶是主要由光引发剂、光刻胶树脂、单体、溶剂及其他助剂形成的溶液。其中树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分，树脂决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性，光引发剂则决定了光刻胶的感光度、分辨率。目前上游原材料主要被陶氏杜邦、富士胶片等日韩美企业垄断。4、客户认证壁垒由于光刻胶的品质会直接影响芯片性能、良率等，试错成本高，客户验证需要经过PRS（基础工艺考核）、STR（小批量试产）、MSTR（中批量试产）、RELEASE（量产）四个阶段，验证周期在两年以上。日本企业龙头地位稳固，CR5高达80%。全球半导体光刻胶2021年行业前六家企业占比约为88%，市场集中度高。日本东京应化、日本JSR、日本住友化学、日本富士胶片四大日本企业分别占据27%、13%、12%、8%市场份额，美国陶氏杜邦占据17%的市场份额，韩国东进占据11%的市场份额。