功率半导体产业链梳理
功率半导体产业链全景梳理
功率半导体产业链全景梳理发布时间: 2021-01-16 12:57优质财经领域创作者根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的分类，半导体产业可细分为四大领域：集成电路、分立器件、光电子器件和传感器。
其中分立器件主要分为两类，一类是功率器件（包括模块），另一类是集成电路的功率IC。
IHS数据显示，2019年全球功率半导体市场规模达到403亿美元。
从单个产品市场规模占比数据来看，功率IC与功率器件的总体市场规模占比基本持平，分别占比54%和46%。
中国是全球最主要的功率器件消费国，功率器件细分的主要产品在中国的市场份额均处于第一位。
虽然国际大厂目前占据主要市场，但其高端产品价格高昂，无法满足国内迅速爆发的市场需求，国产替代空间十分广阔。
功率半导体产业链功率半导体是处理较高电压的半导体器件，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，一般处理的电压范围在几十伏到几百伏之间。
功率半导体产业链包括上游原材料，中游的芯片制造设计封装，以及下游的应用。
功率半导体产业链上游原材料层面，与整体半导体产业相似，晶圆供应商在上游产业链中仍占据较大话语权。
全球范围来看，12寸晶圆产能是过去几年主流新建方向，8寸晶圆产能增长缓慢。
在行业需求迅速回暖之时，功率器件代工供给资源更显紧张。
在供需失衡情况下，晶圆代工成本及功率器件售价均呈现上涨趋势，行业有望迎来量价齐升。
产业链中游层面，国内功率半导体厂商基本为IDM模式，即具备从设计、制造到封装测试完整生产链。
但绝大多数厂商只在二极管、低压MOS器件、晶闸管等相对低端器件的生产工艺方面较为成熟，对于IGBT等高端器件，国内只有极少数厂商拥有生产和封装能力，国内销售的高端功率器件产品仍然被美、日、欧厂商所主导。
下游几乎应用于所有的电子制造业。
功率模组多用于新能源汽车、智能电网、轨道交通等各传统和新兴产业中的DC/AC逆变器、整流器、驱动控制电路方面。
半导体产业链细分行业梳理
半导体产业链细分行业梳理半导体产业链是世界经济的重要组成部分，在全球范围内起着重要的作用。
半导体产业的细分行业涉及许多领域，如原材料、设备、成品和服务等，其中有许多由不同的细分行业组成。
本文将对当前半导体产业链细分行业进行梳理，旨在更好地了解半导体产业细分行业的结构和功能以及它们之间的关系。
首先，半导体产业链的原材料部分包括硅原料、金属化合物和封装材料等。
硅原料是半导体制造过程中必不可少的原料，它是晶圆制造过程中最重要的原材料，能够支撑半导体产品的质量和可靠性。
金属化合物是一种特殊的原材料，它在微电子机械的制造过程中起着重要作用，能够显著改善机械结构的稳定性和可靠性，例如银锡合金。
第三，封装材料用于封装半导体产品，以确保其可靠性和长期服务寿命。
其次，半导体产业链的设备细分行业包括创新、研发、生产等。
创新是指不断开发新技术，以增强半导体产品的质量和功能。
研发是指应用新技术开发半导体产品，以提高半导体产品的性能和可靠性。
制造是指利用半导体原料等材料，加上研发的新技术，生产出满足客户需求的半导体产品。
第三，半导体产业链的成品细分行业包括微处理器、存储器、隔离器和显示器等。
微处理器是半导体产品中最重要的部件，负责提高半导体产品的可靠性，它能够提供半导体产品计算和控制等功能。
存储器是半导体产品中最重要的组件之一，它能够为半导体产品提供快速、可靠的数据存储功能。
隔离器是一种用来隔离电路元件的特殊电子元件，能够阻止一部分电流通过，提高半导体产品的可靠性。
最后，显示器是一种用于显示各种图像或文本的电子显示器，能够为半导体产品的包装提供更好的效果。
最后，半导体产业链的服务细分行业包括咨询服务、测试服务和定制服务等。
咨询服务包括研发咨询服务、市场营销咨询服务和生产咨询服务等，它们可以帮助客户更好地了解半导体产品。
测试服务是指进行半导体产品的质量检测，可以检测出半导体产品的功能。
定制服务是指根据客户的要求对半导体产品进行功能定制，以提高半导体产品的性能和可靠性。
IGBT产业链梳理，大摩热捧的逻辑是什么？
IGBT产业链梳理，大摩热捧的逻辑是什么？今天我们要研究的这条产业链，其实是“新基建”的核心赛道，5G基站、特高压、高铁轨交、充电桩的顺利推动，样样都离不开它。
这行业某龙头A，2020年2月上市以来，连续20个交易日一字涨停，创下近两年的一字板记录。
其股价从首发当日的15.26元/股，一路上涨至199.52元/股，短短半年时间，上涨10倍。
图：龙头A股价图来源：wind再来看港市龙头B，2020年至今涨幅高达69.81%，振幅达154.57%。
图：龙头B股价图来源：wind它就是——IGBT产业链，堪称电力电子行业里的“CPU”。
上述两家代表龙头，分别对应斯达半导VS华虹半导体。
2020年3月份，摩根斯坦利发布研报称，“新基建”计划有一个共同的特点，就是——他们都需要电源管理或由电力驱动。
作为电力电子重要的开关部件，IGBT将有助于推动新基建的发展。
看到这里，值得思考的问题随之而来：一是，IGBT这个赛道增长驱动力是什么？对于半导体行业，技术方向VS需求，什么才是投资的主轴？二是，这个行业的市场参与者有谁？他们未来的增长空间有多少？（壹）功率半导体，按工作的电压和频率，主要划分为MOSFET（40%）、IGBT（33%）、二极管（27%）。
IGBT的集成度、结构的复杂程度均排首位，被称为电力电子行业里的“CPU”。
图：IGBT应用领域来源：国元证券从产业链来看，IGBT作为半导体产业子赛道，根据是否自建晶圆产线，分为IDM和fabless两种模式。
按照生产流程来分，IGBT产业链包括：上游的设计环节，以及中游制造、下游的模组等。
其中：上游——设计环节主要是结合材料的物理性质，对单个器件进行参数设计、调整、性能改良等，代表企业有新洁能、华微电子、斯达半导。
中游——制造环节价值占比40%以上，制造难点在于晶圆减薄、沟槽工艺、应力控制、高剂量离子注入和激光退火等。
代表企业有IDM 厂，如：英飞凌、意法半导体，也有foundry厂：华虹半导体、华润微。
半导体产业链介绍_图文
半导体产业链介绍_图文
一、半导体产业链简介
半导体产业链是指从电子原材料到产品出厂的全部研发、制造、检测、测试、物流等环节，组成半导体产业链的核心要素有半导体材料、半导体
晶片设计、半导体晶片制造、以及半导体产品等。
半导体产业链是全球电
子信息产业革命的基础，是数字经济难以离开的重要支撑。
1、电子原材料：半导体产业链的第一步是电子原材料的准备，半导
体中包含硅、硅基材料（如硅石、硅酸盐等）、金属靶氧化物、半导体元
件及其他生产材料。
这些原材料需要按照技术要求严格检测，以确保生产
出来的半导体产品有良好的质量。
2、半导体晶片设计：半导体晶片设计是电子芯片开发周期中重要的
环节，设计人员需要根据应用的要求，设计电子芯片工艺流程，以确保能
够满足应用要求。
3、半导体晶片制造：在晶片设计完成后，半导体晶片制造正式开始，晶片制造包括磊晶片制造、烧录、封装、测试等环节。
晶片制造过程中，
使用到的技术有激光刻蚀技术、原子层沉积技术、激光焊接技术等。
4、半导体产品：半导体产品要求高度集成度、扁平度、节能性能和
可靠性能。
2023年中国第三代半导体行业发展研究报告
一、行业概况1、定义以碳化硅⑸Q、氮化钱(GaN)、氧化锌亿nO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化线(GaN)。
与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热率，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。
第三代半导体主要包括碳化硅⑸C)、氮化铝(A1N)、氮化钱(GaN)、金刚石、氧化锌亿nθ),其中，碳化硅(SiC)和氮化钱(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。
奥料来源：前瞻产北研究院@前瞻经济学人APP2、产业链剖析：产业链涉及多个环节第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。
上游原材料包括衬底和外延片;中游包括第三代半导体设计、晶圆制造和封装测试;下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。
中国第三代半导体行业产业链如下：第三代半导体产业链各个环节国内均有企业涉足。
从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、线铝光电等等;从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。
苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等;从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。
中游 下游奥料来源：前瞻产北研究院 @前瞻经济学人APP上游 比代1J 体第代I ：H 小■H*第三代看体■■■■………奥料来源：前瞻产北研究院 二、行业发展历程：兴起的时间较短中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次将第三代半导体产业列为国家战略发展产业。
半导体产业链解析了解每个环节的重要性
半导体产业链解析了解每个环节的重要性半导体产业链是指半导体芯片生产过程中所涉及的各个环节。
半导体芯片作为现代科技领域的核心基础，应用范围广泛，包括电子、通信、计算机、医疗等众多领域。
了解半导体产业链的每个环节对于推动产业的发展、提高生产效率、优化资源配置等方面具有重要意义。
1. 硅材料环节在半导体产业链中，硅材料环节是最基础的环节之一。
硅材料是制造半导体材料的主要原料，用于制造晶圆。
晶圆是半导体芯片制造的基础，对于芯片质量和性能有着至关重要的影响。
硅材料的纯度、晶体结构以及加工工艺对芯片性能、产量和成本等方面都有着直接的影响。
2. 半导体芯片制造环节半导体芯片制造是半导体产业链的核心环节。
在这个环节中，主要包括晶圆制备、掩膜制备、光刻、衬底扩散、金属薄膜制备、封装等一系列工艺步骤。
每个步骤都需要高度精密的设备、工艺和技术，以确保芯片的质量、可靠性和性能。
此外，制造环节也需要严格的质量控制和精密的工艺流程，以避免制造过程中的缺陷和不良。
3. 封装与测试环节半导体芯片在制造完成后需要进行封装与测试。
封装是将芯片封装在外部的壳体中，并连接上外部的引脚，以保护芯片并实现电气连接。
封装的质量和性能直接影响到芯片的可靠性和功耗等方面。
测试环节则是对封装完毕的芯片进行严格的功能和性能测试，以确保芯片符合设计要求，并排除不合格品。
4. 设备和材料供应环节设备和材料供应是半导体产业链中的关键环节之一。
半导体制造过程需要大量的设备和材料支持，包括晶圆生产设备、掩膜制备设备、光刻胶、气体、化学品等。
设备和材料的供应稳定性、质量可靠性以及技术创新能力对整个产业链的顺利运行至关重要。
5. 设计与研发环节半导体产业链中的设计与研发环节是推动产业创新和进步的关键。
在这个环节中，设计师和研发人员通过设计芯片结构、研发新工艺和技术，不断提高芯片的性能、集成度和功耗等指标，并开发符合市场需求和应用场景的产品。
设计与研发的创新和技术突破对整个产业链的发展具有重要的引领和推动作用。
半导体产业链介绍
技术升级：摩尔定律的持续推进推 动半导体技术不断进步
应用拓展：半导体应用领域不断拓 展如5G、人工智能、物联网等
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产业整合：全球半导体产业加速整 合形成更加集中的市场格局
绿色环保：半导体产业将更加注重 环保和可持续发展推动绿色制造和 循环经济的发展
政策支持：政府 加大对半导体产 业的扶持力度推 动产业发展
氧化物半导体材料：如氧化锌、氧化铟锡 等具有高热导率和化学稳定性适用于高温、 高功率器件
碳化硅材料：具有高热导率、高电子迁移率和 化学稳定性适用于高温、高频、大功率器件
氮化镓材料：具有高电子迁移率和光电性能适 用于高速、高频、光电器件
锗材料：具有高电子迁移率和光电性能适用于 光电器件和太阳能电池
光刻机：用于在硅片上刻制 电路图案
通信安全：半导体在通信安 全中起到关键作用如加密、
认证等
汽车电子系统：包括车载娱乐系统、导航系统、安全系统等 半导体在汽车电子中的应用：包括微控制器、传感器、存储器等 发展趋势：智能化、电动化、网联化 挑战：技术门槛高、市场竞争激烈、法规限制等
消费电子：手机、电脑、 电视等
汽车电子：车载娱乐系统、 自动驾驶系统等
工业控制：自动化生产线、 机器人等
医疗电子：医疗设备、医 疗器械等
通信设备：基站、路由器 等
航空航天：卫星、航天器 等
起步阶段：20世纪80年代中国开始发展半导体产业主要依靠进口设备和技 术
发展阶段：21世纪初中国半导体产业进入快速发展阶段政府出台了一系列 扶持政策
现状：中国已成为全球最大的半导体消费市场但高端芯片仍依赖进口
测试技术：包括功能测试、性能测试、可 靠性测试等测试技术以及自动化测试、在 线测试等测试方法
半导体产业链供应链指标
半导体产业链供应链指标半导体产业链是指将半导体技术应用于各个相关产业中的一系列环节和流程。
半导体产业链通常包括芯片设计、晶圆加工、封测封装、设备研发制造以及材料供应等环节。
而半导体供应链则指的是为满足半导体产业链需要的一系列物流和供应环节。
1.芯片设计与研发能力：芯片设计是半导体产业链的核心环节，其设计与研发能力是衡量一个国家或企业在半导体产业中的竞争力的重要指标。
包括芯片性能、功耗、成本、集成度等方面的指标。
2.晶圆加工能力：晶圆加工是将芯片设计转换成实际物理产品的过程，晶圆加工能力主要包括晶圆尺寸、制程工艺、设备能力等指标。
晶圆尺寸越大，制程工艺越先进，设备能力越强，表明该企业在半导体产业链中的制造能力较强。
3.封装测试能力：封装测试是晶圆加工后的最后一道工序，封装测试能力主要包括封装工艺、测试设备等指标。
封装工艺的先进性和测试设备的精准度对于半导体产品的性能和可靠性有着重要影响。
4.设备研发制造能力：设备研发制造能力是指半导体制造设备的研发、制造和销售能力。
这些设备包括光刻机、离子注入机、化学气相沉积等，设备研发制造能力直接影响着晶圆加工的工艺水平和效率。
5.材料供应能力：半导体材料的供应能力对于半导体产业链的健康发展至关重要。
材料供应能力包括关键材料的供应稳定性、质量可控性以及价格竞争力等指标。
此外，还有一些交叉的指标如控制成本、产品品质、产业链创新能力等也需要被综合考虑。
这些指标共同决定了一个国家、地区或企业在半导体产业链中的地位和竞争力。
随着科技的不断发展和对半导体的需求越来越高，半导体产业链和供应链的指标也在不断变化和提高。
各个环节需要不断创新和引入先进技术，以适应市场需求和提高产业链的效益。
同时，政府扶持政策和产业合作也起到了重要的推动作用，加快了半导体产业链和供应链的发展速度。
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功率半导体产业链梳理
功率半导体发展历史
功率半导体最早出现在1950年代，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，并
在60年代得到广泛应用；1980年后逐渐发展出功率各种新型晶闸管，单极性
MOSFET，双极性MOSFET；90年代研发出IGBT，此后逐步出现功率模块和
集成功率器件。
目前功率器件主要以Si基材料为主，包括SOI高压集成电路，
随着第三代半导体的发展，以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料开始成为
功率半导体的新兴材料。
图11：功率半导体发展历史
资料来源：WSTS，国信证券经济研究所整理
功率半导体全球市场分析
近几年全球功率半导体市场规模一直稳定在150-200亿美元的水平，占到全球
半导体市场规模5%左右的比例。
其中绝大多数市场被国外厂商垄断，包括英飞
凌，TI，NXP，日本瑞萨等，中国产品还有很大的替代空间，前十名厂商占
有57%的市场份额。
相对于集成电路行业，分立器件市场集中度更低，商业
生态壁垒不高。
图12：功率半导体市场规模（亿美元）图13：功率半导体全球出货量（十亿颗）
资料来源：WSTS，国信证券经济研究所整理资料来源：WSTS，国信证券经济研究所整理
图14：功率半导体市场结构（产品划分）
资料来源：Yole ，国信证券经济研究所整理
功率半导体市场中，占比最大的企业是infineon ，19%；按照产品种类来划分，最重要的产品是mosfet 和IGBT 。
其他产品，BJT ，晶闸管以及二极管等市场非常分散且价值量较低。
图15：功率半导体市场主要企业市占率
图16：功率半导体占全球半导体市场5%份额
资料来源：WSTS ，国信证券经济研究所整理
资料来源：WSTS ，国信证券经济研究所整理
从最主要的IGBT 和MOSFET 市场来看，Infineon 分别以27%和28%的市占率位居全球第一的位置。
其他公司，包括三菱电机，富士电机，Renesas 和ST 也占据了较高的市场份额。
不同于二极管市场和晶体管市场的高度分散化，IGBT 和MOSFET 市场由于其技术门槛更高，具备更高的市场集中度。
19.0%
10.0%
7.0%
6.0%
5.0%
53.0%
Infineon
On SEMI
三菱
ST
东芝其他
24.0%
19.0%
4.0%
6.0%
5.0%
8.0%
6.0%
26.0%
2.0%
存储器
微处理器
逻辑
模拟功率光学
ASIC
ASSP
传感器
图17：IGBT 市场主要企业市占率
图18：MOSFET 市场主要企业市占率
资料来源：IHS ，国信证券经济研究所整理
资料来源：IHS ，国信证券经济研究所整理
根据IHS 资料，2016年MOSFET 占晶体管总市场的55％，其次是IGBT 和BJT 的30％和15％的份额。
但是，IGBT 市场将在2016-21F 年经历更强劲的增长，复合年增长率为8％。
主要驱动力来自工业和汽车领域，它们分别得益于工厂自动化和汽车电气化。
对于MOSFET ，整个应用的需求和增长速度之间更加平衡预计在2016-21F 年复合年增长率为3％，这主要是由工业部门推动的。
图19：MOSFET 市场规模（亿美元）
图20：IGBT 市场规模（亿美元）
资料来源：IHS ，国信证券经济研究所整理
资料来源：IHS ，国信证券经济研究所整理
功率半导体下游需求分析
电动汽车
功率半导体是电动汽车运行的关键，其性能和功率效率。
普通传统汽车的半导体价值量约为340美元，主要产品是微控制器（78美元），传感器（44美元）和功率半导体（71美元）。
通常电气化意味着功率半导体内容的价值在传统汽车和电动汽车之间增加了五倍多。
26.7%
21.8%
12.9%
6.9%
4.0%
27.7%
Infineon 东芝
富士
Semikron
Fairchild
其他27.7%
10.9%
8.9%
8.9%
7.9%
35.6%
图21：电动车功率半导体价值量提升5倍
资料来源：Infineon
，国信证券经济研究所整理
在传统汽车中：功率半导体仅限于空调系统以及汽车的各种控制和执行器。
这意味着相对较小的部件和较小的成本。
在电动汽车中，主要功率半导体元件变为：为汽车的高扭矩电动机供电所需的转换器，用于降低电池电压的DC / DC 转换器，用于电池充电器的附加类似组件，特别高增压要求。
这些组件的质量和性能是决定汽车性能的主要因素（更高的扭矩需要更强的转换器）和功率效率（更好的转换器和充电器可带来更高效，更快速的充电和更好的范围）。
图22：电动车主要功率半导体零部件
资料来源：Infineon ，国信证券经济研究所整理
可再生能源发电
电场需要比传统燃煤电站多30倍的功率半导体。
在风力涡轮机中，功率半导体在能量的产生，转换和运输中起着至关重要的作用。
风力涡轮机中的功率半导体的质量和可靠性要求特别严格，在恶劣环境中操作时，部件暴露于日常活动的大波动（特别是这适用于暴露于盐和湿度的海上涡轮机）。
同样，太阳能发电和转换也需要整个系统的功率半导体。
太阳能系统中的功率半导体需要高效，因为需要最小化开关损耗，而组件的可靠性和耐用性对系统的性能也是至关重要的。
图23：太阳能发电系统
资料来源：Infineon，国信证券经济研究所整理
工业和自动化
使用IGBT的变速驱动器越来越多地取代工业应用中的传统电机，因为它们可以显着提高能效。
变速驱动器本质上是“节流阀”，可以精确控制工业电机，这是当今最大的电力用户。
目前部署的大多数工业电机以固定速度转动，并且只能通过“制动”来减速，从而导致摩擦并因此导致效率损失。
变速驱动器可以更好地匹配扭矩和旋转与负载要求，这样可以节省约20-30％的能源消耗，目前大多数工业电机仍由传统电机供电。
图24：太阳能发电系统
资料来源：Infineon，国信证券经济研究所整理
储能
可再生能源（特别是风能和太阳能）; 取决于天气和气候，其固有地引起与电网运行不直接相关的能量波动。
因此，高效的能量储存对于向可再生能源对总发电的更高贡献的转变至关重要。
能量存储需要再次供电：电池充电器，逆变器，用电池为电网供电。
图25：能源储存系统
资料来源：Infineon，国信证券经济研究所整理
数据中心和服务器
数据中心的用电量非常高，是其运营成本的重要因素。
谷歌在其数据中心使用足够的能源来为20万户家庭供电。
功率半导体在优化数据中心的能效方面发挥着核心作用，从而降低了运营成本。
在数据中心，功率半导体（IGBT和MOSFET）用于整流，电池充电和DC / AC反相。
图26：能源储存系统
资料来源：Microsoft，国信证券经济研究所整理
特别是在超大规模环境中（即谷歌和Facebook等人使用的数据中心），本地化电源（所谓的“电池架上电池”）用于备用电源需求，而不是使用集中式UPS，这需要更多的功率半导体内容。
根据微软的说法，“架空式电池”的使用将数据中心的占地面积减少了约25％（不再需要建造一个独立的房间，容纳巨大的UPS电池），并将电源使用效率提高多达15％。
此外，它允许数据中心通过服务器机架中的计算和存储自动扩展电池备份容量。
消费电子/家电
功率半导体是每款智能手机的核心; 它们控制充电机制，功率输出和能效。
在白色器具中，优化的感应技术例如在烹饪用具使加热更快更均匀，同时使用更节能。
功率半导体也是“智能”白色家电的核心。
图27：功率半导体对充放电和加热系统十分关键
资料来源：Infineon，国信证券经济研究所整理。