碳化硅分立器件行业产销需求与投资预测

碳化硅分立器件行业产销需求与投资预测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。日韩厂商高度垄断，国内厂商加速突破前五大制造商格局稳定，外资垄断现象持续。据SEMI数据，2020年全球前五大硅片制造商分别为日本信越化学、环球晶圆、德国世创、SUMCO和韩国SKSiltron，共占据86．6%的市场份额。国内市场在大尺寸硅片上对外资企业依然具有依赖性，主要进口地区为日本、中国台湾和韩国。国产厂商加大研发投入，加速实现。由于硅片供应紧缺，海外大厂会优先保障海外晶圆厂硅片供给，给国内硅片厂带来了加速替代的机遇。国内供应商产品技术水平快速提升，国内晶圆厂对国产半导体材料的验证及导入正在加快，如沪硅产业、立昂微、中环股份等企业已顺利通过验证。中国大陆硅片整体产能加大投入，加速追赶国际龙头厂商。功率半导体行业市场规模（一）功率半导体行业功率半导体市场规模近年来，功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多市场，市场规模呈现稳健增长态势。根据Omdia的数据，2020年全球功率半导体的市场规模为452亿美元，预计2021年全球功率半导体市场规模将达到459亿美元，2024年将增长至522亿美元，2019-2024年间的CAGR（年均复合增长率）为2．4%。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破。同时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，2020年市场需求规模将达到172亿美元，占全球需求比例约为38%。伴随国内功率半导体行业进口替代的发展趋势，未来中国功率半导体行业将继续保持增长，预计2021年中国功率半导体市场规模达到183亿美元，2024年市场规模有望达到206亿美元，2019-2024年CAGR为3．1%。（二）功率半导体行业晶闸管市场规模晶闸管作为一种技术相对成熟的产品，其市场成长性趋于稳定。根据IHSMarkit报告的统计及预测，2021年晶闸管全球市场规模约4．88亿美元，其中中国市场规模约2．02亿美元；到2024年晶闸管全球市场规模约4．76亿美元，其中中国市场规模约1．91亿美元。（三）功率半导体行业功率二极管市场规模根据IHS报告统计和预测，2021年度功率二极管的全球市场规模为40．47亿美元，其中中国市场规模为13．44亿美元；2025年度，功率二极管的全球市场规模进一步增长至46．62亿美元，其中中国市场规模为15．54亿美元。（四）功率半导体行业碳化硅二极管市场规模根据IHSMarkit的市场统计与预测，2020年碳化硅功率器件全球市场规模约7．03亿美元，市场渗透率约为4．2%~4．5%，较2019年提升一个百分点；受益于新能源汽车市场庞大的需求驱动，以及新能源光伏、电机驱动器、功率因素校正（PFC）等领域的带动，预计2025年碳化硅功率器件的市场规模将快速上升并达到30亿美元，2020年至2025年复合增长率达到30%。当前碳化硅二极管仍是碳化硅功率器件的主要组成部分，市场占比超过80%。碳化硅二极管介绍及行业情况（一）碳化硅二极管介绍碳化硅是第三代半导体材料，与第一二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料。目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的应用领域，特别是一些对能量效率和空间尺寸要求较高的应用，如电动汽车充电装置、电动汽车动力系统、光伏微型逆变器领域、服务器电源领域、变频家电领域等。碳化硅二极管作为最早发明且发展较快的一类碳化硅功率分立器件，已经在新能源汽车、工业控制等领域实现商业化。碳化硅二极管以碳化硅肖特基二极管为主，碳化硅肖特基二极管的导通压降低于硅基功率二极管，因而损耗相对较小。同时，碳化硅肖特基二极管的导通电压具备正温度系数特性，能将电流流向均衡地在器件内部进行分配，使得器件的各个部位保持温度均匀，因而可以适用于高温环境。此外，碳化硅肖特基二极管的反向漏电流和反向恢复时间远小于硅基功率二极管，可大幅降低开关损耗，且拥有较高的开关频率，可以适用于高电压领域。（二）碳化硅二极管行业概况碳化硅材料作为第三代半导体的代表之一，在最近几年经历了长足的发展。首先，下游终端客户对于碳化硅器件的认可越来越多，受到整体效率提升的影响以及能效相关产业政策等影响，碳化硅器件在传统服务器电源、电信电源、充电桩、车载充电机、太阳能逆变器等多个领域被采用。（三）碳化硅二极管行业发展状况及未来发展趋势由于第三代半导体材料生产技术要求较高、晶圆加工难度较大，因此生产成本较高。碳化硅器件还未全面推广，但随着规模日渐增大，性价比逐渐提升，凭借其优秀的物理特性未来逐渐替代硅基功率器件的空间较大。碳化硅二极管自诞生以来，经历了前期缓慢的积累，现在已经进入了快速发展的周期。从应用领域来看，碳化硅二极管已经被广泛应用于可再生能源、电动车和充电装置、5G通信、服务器电源和UPS等领域。随着国内外碳化硅产业链日趋成熟，成本有望持续下降，下游接受度也开始提升，产品应用场景将逐步拓宽，预计未来市场规模具备较大的增长性。（四）碳化硅功率器件替代硅基功率器件的类型和趋势碳化硅功率器件目前主要包括碳化硅二极管和碳化硅MOSFET两类，而硅基功率器件除功率二极管和MOSFET外，还主要包括晶闸管和IGBT等器件，产品类型更为丰富。一般来说，碳化硅功率器件替代硅基功率器件的领域主要为高温、高压和高频等方面的产品，主要原因系碳化硅功率器件在高工作温度、高工作电压和高工作频率下性能更加优异，且在性价比上具备一定的竞争力。（五）碳化硅功率器件在成本和技术方面的可行性鉴于碳化硅功率器件在高温、高压和高频状态下的优异性能，碳化硅功率器件将主要在高压和高频领域逐步替代部分硅基功率器件，在技术方面已具备可行性。尽管成本仍是阻碍碳化硅功率器件快速替代硅基功率器件的主要因素，但是碳化硅功率器件已在部分高端应用领域具备一定的性价比竞争力，在成本方面也具备可行性。目前碳化硅功率器件的成本仍高于同类型的硅基功率器件，例如碳化硅二极管的价格一般是硅基功率器件的4-5倍，所以碳化硅功率器件替代硅基同类产品主要发生在性能要求较高的高端应用领域，例如电动车、高端服务器电源、高端电信电源等领域。具体而言，650V和1200V的碳化硅二极管已经开始逐步替代硅基功率二极管，帮助用户提升电源整体转换效率，进一步实现节能目标。而650V和1200V的碳化硅MOSFET在电动汽车等应用领域已经开始逐步被采用。随着碳化硅功率器件的市场规模逐渐增大，碳化硅器件晶圆的市场供给也将逐步增多，同时国内市场正在加大对碳化硅等第三代半导体材料的产业研发和投入，碳化硅功率器件的成本将存在一定的下降空间。然而，考虑到硅基功率器件的产品性能将不断提升，成本也将持续优化，碳化硅功率器件和硅基功率器件将会在较长的期间共存。根据Yole的测算，从2019年到2024年，碳化硅功率器件占整体功率半导体市场的比例将从3%上升到9%。细分领域（一）汽车电子汽车半导体按种类可分为MCU、功率半导体（IGBT、MOSFET等）、传感器及其他。随着新能源车技术提升，相关半导体芯片需求逐渐提升。ICInsights预测，未来MCU出货量将持续上升，车规级MCU市场将在2020年接近460亿元，2025年将达700亿元，单位出货量将以11．1％复合增长率增长。IHSMarkit预测，全球功率半导体市场规模将从2018年的391亿美元增长至2021年的441亿美元，年化增速为4．1%。据Yole统计，2019年全球CIS市场规模170亿美元，预计2024年全球CIS市场规模将达到240亿美元，年化增速7%。（二）手机产业射频芯片受下游5G手机创新量价齐升。根据Skyworks预测，到2020年5G应用支持的频段数量将实现翻番，新增50个以上通信频段，某些高端手机滤波器的数量到2020年甚至可100只。Yole预测2017年射频前端市场规模为147亿美元，2023年射频前端的市场规模将达341亿美元，复合增速14%。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。半导体材料景气持续，市场空间广阔半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。无论从科技或经济发展的角度来看，半导体都至关重要。2010年以来，全球半导体行业从PC时代进入智能手机时代，成为全球创新最为活跃的领域，广泛应用于计算机、消费类电子、网络通信和汽车电子等核心领域。半导体产业主要由集成电路、光电子、分立器件和传感器组成，据WSTS世界半导体贸易统计组织预测，到2022年全球集成电路占比84．22%，光电子器件、分立器件、传感器占