运算比较器电路行业发展概况

运算比较器电路行业发展概况中国为全球最大半导体市场，国产化提升大势所趋复盘半导体行业发展历史，共经历三次转移。第一次转移：1973年爆发石油危机，欧美经济停滞，日本趁机大力发展半导体行业，实施超大规模集成电路计划。1986年，日本半导体产品已经超越美国，成为全球第一大半导体生产大国；第二次转移：20世纪90年度，日本经济泡沫破灭，韩国通过技术引进实现DRAM量产。与此同时，半导体厂商从IDM模式向设计+制造+封装模式转变，催生代工厂商大量兴起，以台积电为首的中国台湾厂商抓住了半导体行业垂直分工转型机遇；第三次转移：2010年后，伴随国内手机厂商崛起、贸易摩擦背景下国家将集成电路的发展上升至国家战略，半导体产业链逐渐向国内转移。中国为全球最大半导体市场，占比约1/3。随着中国经济的快速发展，在手机、PC、可穿戴设备等消费电子，以及新能源、物联网、大数据等新兴领域的快速推动下，中国半导体市场快速增长。据WSTS数据显示，2021年全球半导体销售达到5559亿美元，而中国仍然为全球最大的半导体市场，2021年销售额为1925亿美元，占比34．6%。国产化率极低，提升自主能力日益紧迫。近年来，随着产业分工更加精细化，半导体产业以市场为导向的发展态势愈发明显。从生产环节来看，制造基地逐步靠近需求市场，以减少运输成本；从产品研发来看，厂商可以及时响应用户需求，加快技术研发和产品迭代。我国作为全球最大的半导体消费市场，半导体封测经过多年发展在国际市场已经具备较强市场竞争力，而在集成电路设计和制造环节与全球领先厂商仍有较大差距，特别是半导体设备和材料。SIA数据显示，2020年国内厂商在封测、设计、晶圆制造、材料、设备的全球市占率分别为38%、16%、16%、13%、2%，半导体材料与设备的重要性日益凸显。半导体细分行业概况（一）分立器件行业概况分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，如二极管、晶体管等，主要实现电能的处理与变换，是半导体市场重要的细分领域。受益于国家产业政策对新兴产业的大力支持和对传统行业的升级改造，我国半导体分立器件行业的市场规模稳步增长。2018年度至2020年度，我国半导体分立器件市场销售规模持续增长。根据中国半导体行业协会统计，2020年度我国半导体分立器件销售额达2，966．3亿元，同比增长7．0%。根据中国半导体行业协会预测，我国半导体分立器件市场销售规模将在2021年至2023年度继续保持增长，2021年度、2022年度和2023年度预测销售额分别为3，371．5亿元、3，879．6亿元和4，427．7亿元，分别较上年同期增加13．7%、15．1%和14．1%。（二）功率半导体行业概况能够进行功率处理的半导体器件为功率半导体器件，功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和电路控制，是弱电控制与强电运行间的桥梁。除保证设备正常运行以外，功率半导体器件还起到有效的节能作用。功率半导体可以分为功率IC和功率分立器件两大类，其中功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、晶体管等产品。根据MordorIntelligence统计，2020年度，全球功率半导体市场规模为379．0亿美元，并且预计到2026年度，全球功率半导体市场规模将达到460．2亿美元，2020年度至2026年度，全球功率半导体市场规模年华增长率为3．17%。MOSFET全称金属氧化物半导体场效应管，是一种可以广泛使用在模拟与数字电路的场效应晶体管。MOSFET具有高频、驱动简单、抗击穿性好等特点，应用范围涵盖电源管理、计算机及外设设备、通信、消费电子、汽车电子、工业控制等多个领域。根据YoleDeveloppement统计，2020年度，全球MOSFET市场规模达到75亿美元，并且预测2020年度至2026年，全球MOSFET市场将会达到年化3．8%的增长。2020年度，用于消费品市场的MOSFET占据37%的市场份额，是目前占比最高的应用领域，但汽车应用市场，特别是电动汽车应用市场的爆发将会极大带动MOSFET的应用，预计截至2026年，用于包括电动汽车在内的汽车市场的MOSFET占比将达到32%。IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是由双极型三极管BJT和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式功率器件。IGBT具有电导调制能力，相对于MOSFET和双极晶体管具有较强的正向电流传导密度和低通态压降。IGBT的开关特性可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用，可以应用于逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。根据YoleDeveloppement统计，2020年度，全球IGBT市场规模达到54亿美元，并且预测2020年度至2026年，全球IGBT市场将会达到年化7．5%的增长。2020年度，IGBT最大的应用领域为工业和家用领域。预计受益于碳减排等政府政策带来的电动汽车对内燃机汽车的替代趋势，应用于电动汽车领域的IGBT市场规模在2020年度至2026年度的年化增幅将达到23%，截至2026年，用于电动汽车的IGBT市场份额占比将超过2020年度市场规模占比的一倍占据37%的市场份额市场规模电动汽车，占比在2026年将超过2020年度占比的一倍。（三）数字三极管行业概况与普通三极管相比，数字三极管是将三极管和一个或两个偏置电阻R1和R2集成在同一款芯片上，类同于小规模集成电路。数字三极管的R1电阻主要用来稳定三极管的工作状态，R2电阻主要用来吸收降低输入端的漏电流和噪声，电阻R1和R2有不同的阻值搭配，形成了丰富的产品组合。数字三极管以中小功率为主，当前市场上主流数字三极管产品的最大输出电流为500mA。数字三极管技术发展的趋势是芯片尺寸向小型化方向发展，产品的输出电流不断增大，电阻要求更加精准，同时增加R1和R2的电阻组合，以满足客户使用时不同输入电压和电流的要求。数字三极管使用方便，同时可以节省外围使用电路的空间，在手机等对内部空间要求比较严格的电子产品中应用广泛。手机等移动终端对空间要求较高，为了节省空间，在电路设计时将更多选择将电阻集成在三极管内部，因此，随着手机等移动终端的发展，数字三极管的市场需求将越来越大。据公开资料显示，2019年全球包括三极管、MOSFET和IGBT在内整个晶体管市场规模约为138．27亿美元，2020年则为147．88亿美元，同比增长6．95%。从竞争格局看，数字三极管国内市场参与者主要包括燕东微、日本Phenitec、杭州友旺电子等，市场格局相对固定。（四）ECM前置放大器行业概况ECM（ElectretCondenserMicrophone，驻极体电容传声器）麦克风是一种将声音转换为电信号的电子器件，因外围电路结构简单、使用灵活、灵敏度高、指向性好和性价比高等特点，广泛应用于各类智能终端上，如耳机、音箱、遥控器和电视机等。外界的声波信号使驻极体薄膜发生振动，振动使驻极体与另一极板的距离发生变化，进而使由驻极体振膜和另一极板组成的电容器两端的电压放生变化，ECM前置放大器将这一电压信号采集放大后输出。ECM前置放大器具有工作电压范围广、功耗低和外围配置简单等特点，是ECM麦克风的核心组成部分，其参数优劣决定了ECM麦克风的性能高低。目前麦克风领域主要有两条技术路线，分别为ECM麦克风和MEMS（微型机电系统）麦克风。其中MEMS麦克风为新兴路线，其基于MEMS技术将电容器集成制造在硅芯片上，与ECM麦克风相比，具有体积小、一致性好、抗干扰能力强和可使用回流焊技术进行表面贴装等优点，近年来在智能手机和平板电脑等消费类电子产品中得到越来越多的应用。但由于二者各具特点，将在较长时期内共存。ECM麦克风由于其指向性强、工作电压范围广和性价比高等特点，广泛应用于专业音频、语音声控等领域。经过长期发展，ECM前置放大器业内已围绕放大器外形尺寸和电流大小等参数开发出一系列产品。ECM前置放大器今后将向更高的增益、更高的信噪比和更高的参数一致性等方向发展，以获得更高的拾音能力。同时，ECM前置放大器在技术上还呈现小型化趋势，以适应更小更薄的封装。根据YoleDeveloppement预测，ECM麦克风、MEMS麦克风、微型扬声器和音频IC市场规模2017年-2022年复合年增长率将达到6%，到2022年市场规模将达到200亿美元。新兴的MEMS麦克风和ECM麦克风由于各具特点，将在较长时期内共存。由于ECM麦克风在专业音频和语音声控等领域具有的独特应用优势和性价比优势，以及TWS耳机、语音识别组件等下游市场发展带来的麦克风总体市场需求量的上升，根据取得的来自用户端的反馈，近年来ECM麦克风的需求量呈增长趋势。此外，ECM前置放大器市场集中度较高，主要供应商包括燕东微、韩国RFsemi等，随着行业成熟度的提高，市场集中度可能进一步提升，对于出货量较大，已形成规模经济优势的厂商，将占据越来越大的市场份额。（五）浪涌保护器件行业概况浪涌保护器件，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的半导体器件。TVS是一种二极管形式的高效能浪涌保护器件。当TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能在极短的时间内将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压钳位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，使其免受各种浪涌脉冲的损坏。普通的TVS在20世纪80年代开始出现，由单个PN结构成，结构单一，工艺简单。与大多数二极管正向导通的特性不同，其基于反向击穿特性，通过对浪涌的快速泄放，可以起到对电子产品的保护作用，对初级浪涌防护效果较好。普通TVS主要采用台面结构技术。21世纪初期以来，普通的TVS因性能、精度、灵敏度等方面的限制已无法满足集成电路芯片发展中不断提高的防静电和浪涌冲击保护要求，于是兼具漏电小、钳位电压低、响应时间快、抗静电能力强且能够防浪涌等特点的新型TVS在近十几年开始出现并不断创新与升级。新型TVS对结构设计和工艺要求更高，结构更加复杂，一般设计成多路PN结集成结构，采用多次外延、双面扩结或沟槽设计。新型TVS能够确保小型化的集成电路芯片得到有效保护，代表着TVS小型化、更强的浪涌保护能力、更低的电容、多路集成的技术发展方向。随着半导体芯片制程的发展，集成电路芯片呈现出小型化趋势，线宽变窄，同时追求更高的集成度和更低的工作电压，致使集成电路芯片变得更加敏感，极易受到静电和浪涌冲击，造成损坏。TVS通常具有响应时间短、静电防护和浪涌吸收能力强等优点，可用于保护设备电路免受各类静电及浪涌的损伤，顺应了集成电路芯片发展的趋势和需要，广泛应用于移动通讯、个人电脑、工业电子、汽车电子等。随着下游市场需求的增长，TVS市场前景广阔。根据OMDIA发布的研究报告《TVS-ESDComponentsMarketAnalysis2021》，2020年全球TVS市场规模约为16．21亿美元，2021年全球TVS市场规模预计约为18．19亿美元。国内市场来看，TVS主要厂商包括安世半导体、英飞凌（Infineon）、安森美（ONSemiconductor）、商升特半导体（Semtech）、韦尔股份、乐山无线电、燕东微等。（六）射频功率器件行业概况射频（RF）是RadioFrequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围在300kHz-300GHz之间，射频功率器件即工作在该频率范围内的电子器件。目前成熟的硅基射频功率器件主要有射频LDMOS、射频VDMOS和高频三极管（双极型晶体管）三种。由于工作频率高，射频功率器件的关键尺寸达到微米或亚微米，同时芯片设计必须解决射频功率性能设计、可靠性设计、宽带内匹配电路设计问题；工艺必须解决精细线条加工、大面积横向分布均匀的浅掺杂和一致性封装等关键技术，才能得到符合要求的产品。射频功率器件的技术发展方向主要是更大功率、更高效率、更高的频率以及定制化的内匹配方案，以满足用户在各种射频应用场景的需求。射频功率器件广泛应用于通讯系统、人造卫星、宇宙飞船等领域。目前，国内射频功率器件市场主要由国外厂商占据，包括美高森美、意法半导体、恩智浦、日本NEC、日本瑞萨、美国Polyfet等，国内厂商在产品开发上逐渐取得突破并开始向国内市场供货，国内厂商包括燕东微、苏州华太电子技术等。对讲机市场是射频LDMOS的细分市场之一，中研网数据显示，我国对讲机行业产量呈现逐年增长趋势，2020年，我国对讲机产量规模已经达到约6，700万台。一般每台对讲机需2-3颗LDMOS，按照2．5颗/台推算，对讲机用射频LDMOS的市场规模约为1．68亿颗。（七）特种集成电路及器件行业概况特种集成电路及器件是指在高温、低温、腐蚀、机械冲击等特殊使用环境下仍具有较高的安全性、可靠性、环境适应性及稳定性的集成电路及器件。长期以来，特种集成电路及器件领域除了关注技术指标以外，更加关注产品可靠性和质量一致性，风险控制严格，行业壁垒较高。近年来，特种集成电路及器件呈现向更高集成度、更低功耗、小型化、高冗余度、高适应性等方向发展的趋势。特种集成电路及器件市场通常更关注产品的质量、可靠性和长期持续稳定供货能力，且具有定制化程度较高、多品种小批量等特点，只有能够稳定提供可靠定制产品的厂商才能赢得特种集成电路及器件领域的竞争，行业参与门槛较高。此外，因特种集成电路及器件产品门类繁多，各家厂商各有侧重，因此，特种集成电路及器件整体市场的竞争者呈现较为分散的局面，市场集中度不高，各大厂商往往仅在某个或某些细分品类市场占据优势。一方面，特种集成电路及器件在仪器仪表、通信传输、遥感遥测、水路运输、陆路运输等特种领域拥有广泛的应用，市场空间较大；另一方面，伴随着国际形势不确定性的加剧以及贸易争端的频繁发生，我国半导体供应链受到了一定程度的限制，为维护供应安全，半导体全产业链的国产化成为大势所趋，特种电子行业的国产化率会进一步提高。因此，特种集成电路及器件作为特种电子行业的重要支撑，具有广阔的市场空间。半导体材料为芯片之基，覆盖工艺全流程半导体材料包括晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、掩模版、电子气体、光刻胶、CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材等，封装材料包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘结材料和其他封装材料。具体来说，在芯片制造过程中，硅晶圆环节会用到硅片；清洗环节会用到高纯特气和高纯试剂；沉积环节会用到靶材；涂胶环节会用到光刻胶；曝光环节会用到掩模板；显影、刻蚀、去胶环节均会用到高纯试剂，刻蚀环节还会用到高纯特气；薄膜生长环节会用到前驱体和靶材；研磨抛光环节会用到抛光液和抛光垫。在芯片封装过程中，贴片环节会用到封装基板和引线框架；引线键合环节会用到键合丝；模塑环节会用到硅微粉和塑封料；电镀环节会用到锡球。半导体硅片要求高，多重因素构筑行业壁垒半导体硅片壁垒较高，主要体现在技术、资金、人才、客户认证等方面。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。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。半导体行业供需持续紧张，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。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。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%。半导体行业光刻胶：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