晶闸管行业发展基本情况

晶闸管行业发展基本情况功率半导体行业壁垒功率半导体器件行业是人才、技术和资金密集型的行业，行业的发展以芯片设计能力、晶圆制造能力、技术创新能力、先进生产能力和综合管理能力为根本，对技术方案设计、产品性能优化、产品更新换代、后续技术服务，以及为客户提供定制化开发产品能力等方面均有较高的要求，需要长时间的实践和积累。由于客户对产品性能多元化需求、对质量标准日益提高的需求，以及国家对行业发展规划的需要，国内功率半导体厂商需要通过持续技术创新，实现技术突破，提高技术储备，以高性价比的产品和服务实现核心电子元器件国产化，响应国家产业政策的发展规划。（一）功率半导体行业技术壁垒功率半导体分立器件的研发生产过程涉及微电子、半导体物理、材料学、电子线路、机械力学、热力学等诸多学科，需多种学科的交叉融合，行业内企业需要综合掌握外延、微细加工、封装测试等多领域技术或工艺，并加以整合集成。功率半导体分立器件行业属于技术密集型行业，技术门槛较高。下游客户对产品提出了较高的耐久性、稳定性、可靠性要求，行业内企业需要拥有丰厚的技术、工艺经验储备并持续技术革新和创新，而且能够在短期内成功开发出多品类、适宜量产的产品，才能在市场上站稳脚步。新进企业很难在短时间内掌握先进技术，亦难以持续保持技术的先进性，这些均构成了技术壁垒。（二）功率半导体行业产品质量壁垒功率半导体分立器件是内嵌于电子整机产品中的关键零部件之一，在电流、电场、湿度以及温度等外界应力激活的影响下，存在潜在的失效风险，进而影响电子整机产品的质量和性能。在功率半导体分立器件大批量生产过程当中，对产品良率、失效率及一致性水平等方面提出了较高要求。实现精益化生产、拥有先进的生产设备、精细的现场管理以及长期的技术经验沉积是行业内企业确保产品质量、性能和可靠性的基本保障。行业新进入者由于缺少长期的生产实践经验积累以及成熟的质量管理体系，短期内较难达到高水平的质量控制要求。（三）功率半导体行业客户认证壁垒功率半导体分立器件作为一种基础性功能元器件最终应用于整机产品，在很大程度上影响下游产品的质量和性能，因此通过客户严格的认证是进入本行业开展竞争的必要条件。为保证整机产品质量及性能的稳定性，终端客户对器件的稳定性和可靠性标准较高，对产品的认证周期相对较长。终端客户在选择供应商时，产品需要经过产品选型、样品测试、整机测试、整机可靠性分析等多个步骤的认证，行业产品通过认证后方可成为合格供应商。一旦通过则能与客户建立起长期、稳定的合作关系。行业新进入者通过终端客户的认证需要一定的周期以及较高的条件，这对新进入者形成了一定认证壁垒。（四）功率半导体行业人才壁垒功率半导体行业的高技术门槛同时也造就了该行业的高人才门槛，企业高素质的经营管理团队和具备持续创新力的研发团队的实力成为企业的核心竞争力。行业内较为缺乏对功率半导体分立器件尤其是先进器件产品有长期实践和经验积累的人才。而且，行业内企业在产品技术升级、新产品推出、产品的售后服务上，对生产技术工人、研发技术人才和专业的营销人才有一定的依赖性，新进入企业很难在短时间内招募到足够的人才，这会对生产效率、产品成本、交货期等产生重大不利影响。因此，功率半导体分立器件行业需要既懂芯片设计同时又懂生产制造工艺、器件可靠性及应用的高素质人才，这在很大程度上也提高了该行业企业的准入门槛。（五）功率半导体行业资金壁垒设备投入方面，外延、光刻、蚀刻、离子注入、扩散等工序所需的研发、生产、测试设备中部分需要进口，价格昂贵。在日常经营中，企业需要大量的流动资金应对产品的设计、生产、应用评估测试、可靠性考核等，还需要丰富产品矩阵，满足不同下游客户的要求，贏得市场竞争力。在研发投入方面，行业技术更新换代迅速，需要不断投入研发资金包括提高核心研发人员的待遇水平，才能在技术上取得领先优势。综上，行业内的新进入者如果没有持续的大量资金投入，将很难与行业内现有企业竞争。市场规模快速增长，本土厂商进展顺利（一）半导体材料量价齐升，硅片为单一最大品类1、先进制程持续升级，半导体材料同步提升进入21世纪以来，5G、人工智能、自动驾驶等新应用的兴起，对芯片性能提出了更高的要求，同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新，国内外晶圆厂加紧对于半导体新制程的研发，台积电已于2020年开启了5nm工艺的量产，并于2021年年底实现3nm制程的试产，预计2022年开启量产。此外台积电表示已于2021年攻克2nm制程的技术节点的工艺技术难题，并预计于2023年开始风险试产，2024年逐步实现量产。随着芯片工艺升级，晶圆厂商对半导体材料要求越来越高。2、半导体景气度超预期，晶圆厂商积极扩产目前部分终端需求仍然强劲，晶圆代工厂产能利用率维持历史高位，预计全年来看结构性缺货状态依旧严峻。据SEMI于2022年3月23日发布的最新一季全球晶圆厂预测报告，全球用于前道设施的晶圆厂设备支出预计将同比增长18%，并在2022年达到1070亿美元的历史新高。由于半导体材料与下游晶圆厂具有伴生性特点，本土材料厂商将直接受益于中国大陆晶圆制造产能的大幅扩张。成熟制程供需持续紧张，国内晶圆厂扩产规模维持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陆地区稳定的供应链，大陆晶圆厂快速扩产。根据SEMI报告，2022年全球有75个正在进行的晶圆厂建设项目，计划在2023年建设62个。2022年有28个新的量产晶圆厂开始建设，其中包括23个12英寸晶圆厂和5个8英寸及以下晶圆厂。分区域来看，中国晶圆产能增速全球最快，预计22年8寸及以下晶圆产能增加9%，12寸晶圆产能增加17%。3、工艺升级+积极扩产，半导体材料市场规模快速增长随着下游电子设备硅含量增长，半导体需求快速增长。在半导体工艺升级+积极扩产催化下，半导体材料市场快速增长。据SEMI报告数据，2021年全球半导体材料市场收入达到643亿美元，超过了此前2020年555亿美元的市场规模最高点，同比增长15．9%。晶圆制造材料和封装材料收入总额分别为404亿美元和239亿美元，同比增长15．5%和16．5%。此外，受益于产业链转移趋势，2021年国内半导体材料销售额高达119．3亿美元，同比增长22%，增速远高于其他国家和地区。4、半导体材料市场较为分散，硅片为单一最大品类半导体材料种类繁多，包括硅片、电子特气、掩模版、光刻胶、湿电子化学品、抛光液、抛光垫、靶材等。据SEMI数据显示，硅片为半导体材料领域规模最大的品类之一，市场份额占比达32．9%，排名第一，其次为气体，占比约14．1%，光掩模排名第三，占比为12．6%。此外，抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材的占比分别为7．2%、6．9%、6．1%、4%和3%。（二）硅片：供需持续紧张，加速硅片是半导体上游产业链中最重要的基底材料之一。硅片是以高纯结晶硅为材料所制成的圆片，一般可作为集成电路和半导体器件的载体。与其他材料相比，结晶硅的分子结构较为稳定，导电性极低。此外，硅大量存在于沙子、岩石、矿物中，更容易获取。因此，硅具有稳定性高、易获取、产量大等特点，广泛应用于IC和光伏领域。1、半导体硅片纯度极高，大尺寸为大势所趋硅片可以根据晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和掺杂程度的不同等方式进行分类。根据晶胞排列方式的不同，硅片可分为单晶硅和多晶硅。硅片是硅单质材料的片状结构，有单晶和多晶之分。单晶是具有固定晶向的结晶体材料，一般用作集成电路的衬底材料和制作太阳能电池片。多晶是没有固定晶向的晶体材料，一般用于光伏发电，或者用于拉制单晶硅的原材料。单晶硅用作半导体材料有极高的纯度要求，IC级别的纯度要求达9N以上（99．9999999%），区熔单晶硅片纯度要求在11N（99．999999999%）以上。根据尺寸大小的不同，硅片可分为50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）及300mm（12英寸）。英寸为硅片的直径，目前8英寸和12英寸硅片为市场最主流的产品。8英寸硅片主要应用在90nm-0．25μm制程中，多用于传感、安防领域和电动汽车的功率器件、模拟IC、指纹识别和显示驱动等。12英寸硅片主要应用在90nm以下的制程中，主要用于逻辑芯片、储存器和自动驾驶领域。大尺寸为硅片主流趋势。硅片越大，单个产出的芯片数量越多，制造成本越低，因此硅片厂商不断向大尺寸硅片进发。1980年4英寸占主流，1990年发展为6英寸，2000年开始8英寸被广泛应用。根据SEMI数据，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸为主，2008年后，12英寸硅片市场份额逐步提升，赶超8英寸硅片。2020年，12英寸硅片市场份额已提升至68．1%，为目前半导体硅片市场最主流的产品。后续18英寸硅片将成为市场下一阶段的目标，但设备研发难度大，生产成本较高，且下游需求量不足，18英寸硅片尚未成熟。根据加工工序的不同，硅片可分为抛光片、外延片、SOI硅片等高端硅片。其中抛光片应用范围最为广泛，是抛光环节的终产物。抛光片是从单晶硅柱上直接切出厚度约1mm的原硅片，切出后对其进行抛光镜面加工，去除部分损伤层后得到的表面光洁平整的硅片。抛光片可单独使用于电动汽车功率器件和储存芯片中，也可用作其他硅片的衬底，成为其他硅片加工的基础。外延片是一种将抛光片在外延炉中加热后，通过气相沉淀的方式使其表面外延生长符合特定要求的多晶硅的硅片。该技术可有效减少硅片中的单晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，从而提升终端产品的可靠性，常用于制造CMOS芯片。根据掺杂程度的不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的元素掺杂浓度高，电阻率低，一般应用于功率器件。轻掺硅片掺杂浓度低，技术难度和产品质量要求更高，一般用于集成电路领域。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过80%，目前全球对轻掺硅片需求更大。2、受益晶圆厂积极扩产，硅片市场快速增长含硅量提升驱动行业快速增长。伴随5G、物联网、新能源汽车、人工智能等新兴领域的高速成长，汽车电子行业成为半导体硅片领域新的需求增长点。据ICInsights数据，2021年全球汽车行业的芯片出货量同比增长了30%，达524亿颗。但全球汽车缺芯情况在2020年短暂缓解后，于2022年再度加剧，带动下游硅片市场需求量上升。据SEMI数据显示，2021年全球半导体硅片市场规模为126亿美元，同比增长12．5%。3、半导体硅片要求高，多重因素构筑行业壁垒（1）技术壁垒半导体硅片行业是一个技术高度密集型行业，主要体现在：①硅片尺寸越大，拉单晶难度越高，对温度控制和旋转速度要求越高；②减少半导体硅片晶体缺陷、表面颗粒和杂质；③提高半导体硅片表面平整度、应力和机械强度等方面。（2）资金壁垒半导体硅片行业是一个资金密集型行业，要形成规模化、商业化生产，所需投资规模巨大，如一台关键设备价值达数千万元。（3）人才壁垒半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉。（4）认证壁垒鉴于半导体芯片的高精密性和高技术性，芯片生产企业对应半导体硅片的质量要求极高，因此对于半导体硅片供应商的选择相当谨慎，并设有严格的认证标准和程序。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。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7．11亿台，其中变频类家电数量为2．44亿台，占比为34%；预计到2022年全球家用电器的销量约9．02亿台，其中变频类家电数量将达到5．85亿台，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0．79美元增长至10．67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11．7%，设备出货量超过8．95亿台；2021年中国智能家居设备市场出货量超过2．2亿台，同比增长9．2%。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51．7万辆，增长至2021年的354．5万辆，复合增长率达47．0%。另一方面，新能源汽车销量则从2016年的50．7万辆增长到了2021年的352．1万辆，年复合增长率为47．3%。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261．70万台，同比增长70．10%，我国随车配建充电桩增量达到59．70万台，同比上涨323．9%。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93．6GW，比2019年增加了53%，全球累计装机容量达837．5GW。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2020~2050三十年间年复合增长率为10．4%。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