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根据中国电子信息产业统计年鉴公开数据,随着中国半导体二极管行业整体不断发展,市场规模(以销量计)从2014年的2,856亿只增长到了2018年16,950亿只。虽在2014年到2016年,由于受到中国大陆半导体市场成长趋缓影响,以及电脑系统
根据中国电子信息产业统计年鉴公开数据,随着中国半导体二极管行业整体不断发展,市场规模(以销量计)从2014 年的2,856 亿只增长到了2018 年16,950 亿只。
虽在2014年到2016 年,由于受到中国大陆半导体市场成长趋缓影响,以及电脑系统产业的大幅度衰退,及智慧型手机成长动能趋缓等因素导致整体销量下滑,在过去5 年里,中国半导体二极管行业市场规模整体保持向上增长的趋势。
尤其是近三年来,物联网、云计算、大数据、智能制造、智能交通、医疗电子等新兴应用领域的市场拓展促使中国半导体二极管行业市场规模自2017 年起呈现爆发式增长的快速发展趋势。
中国是全球功率半导体最大的市场,本土厂商与下游客户的距离更近,沟通效率高,耗时短,链条环节少,对客户需求可作出更加快速的响应。在此背景下,本土厂商市场份额迅速扩大。
在二极管产品线上,国际厂商通常设计在海外,制作在本土,前后段制程的区域分割使得海外厂商对客户的产品需求响应较慢,而大陆厂商芯片制造、封装、销售集中在某一区域,能为客户提供更好的技术服务。
三十年的技术积累使国产半导体二极管产品性能趋于稳定,近五年来下游电子、通讯、新能源、汽车等行业的技术更迭反向驱动上游半导体二极管产品发展。
受惠于人口红利带来的成本优势,高性价比的国产半导体二极管近十年来逐步参与国际市场的供应体系,在低端产品领域逐步实现进口替代,产品出口量逐年增长。
如苏州固锝目前已成为全球最大的二极管生产商之一,每月产量可达2.5 亿只,占全球总产量的8%-9%。
中国的半导体二极管行业已在国际市场占有重要地位,并保持着持续、快速、稳定的发展。在中国半导体二极管市场下游需求迅速扩大的大环境下,中国半导体二极管行业的产销规模不断扩大,对国际产品的进口替代效应不断凸显。
近十年来,中国科研团队在半导体材料领域不断有技术突破,随着第三代半导体材料在良品率以及成本等领域的技术发展,中国半导体二极管对进口的依赖将会进一步减弱,进口替代效应将显著增加。
中国半导体二极管产业链上游市场参与者有工业硅、封装材料等原材料供应商及生产设备供应商,产业链中游为中国半导体二极管制造商,产业链下游应用领域涵盖手机、计算机、家电等消费电子及汽车等多领域。
图:中国半导体二极管行业产业链分析
01 上游分析
中国半导体二极管产业链上游市场参与者有工业硅、封装材料等原材料供应商及生产设备供应商。
半导体产业的发展离不开其支撑行业,半导体材料与半导体二极管制造设备是直接影响产品质量的重要生产资料。其中半导体材料成本占整个半导体二极管的45%以上,是至关重要的一环。
半导体二极管晶圆片的尺寸主要为6 英寸与8 英寸,在国际市场中,功率器件多使用8 英寸基片制造半导体二极管,加工技术成熟,产品性能稳定。
在12 英寸晶圆片领域,当前国际功率器件厂商只有英飞凌有相关技术,日本东芝、三菱以及台湾地区的功率半导体厂商主要产品集中于8 英寸领域。
在大尺寸硅片领域,中国半导体二极管企业具备8英寸晶圆片、12 英寸晶圆片加工制作的能力,但受硅片表面COP 等缺陷控制水平低,产品成品率低,良品率低的制约,中国半导体二极管产品多是以6 英寸硅片为基础进行加工制作,其产品无论是在工作效率还是单位成本都落后于12 英寸半导体二极管。
当前,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料是未来半导体产业变革方向,中国国家科技局、国家工信部等相关主管部门以及业内01、02 专项政策持续多年支持第三代半导体材料的发展。
近五年,宽禁带材料半导体二极管应用领域逐渐拓展到光伏、新能源汽车、电机驱动等领域。
受材料价格带来的成本压力以及技术薄弱带来的产品良率较低的影响,当前第三代半导体材料主要应用于高端领域,难以实现大规模的应用,随着这一领域的技术成熟,第三代半导体材料将逐渐替代现有的硅、锗,成为半导体二极管的主要原材料之一。
02 中游分析
按生产模式来分, 半导体二极管厂商可分为IDM ( Integrated Design andManufacture,垂直整合制造)模式、Fabless(无工厂芯片供应商)模式及Foundry(代工厂)模式。
IDM 模式:集半导体二极管设计、制造、封测,甚至是下游电子终端产品生产于一体的模式。
中国半导体二极管IDM 厂商主要有士兰微、华微、扬杰等,企业可以在设计、制造等环节协同优化,充分发掘技术潜力,可率先实现领先技术的实验并推行新的半导体技术。
但半导体二极管IDM 模式资金壁垒较高,通常IDM 厂商规模庞大,管理成本高,资本回报率较低。
Fabless 模式:指仅负责半导体二极管芯片设计,将生产、测试、封装等环节外包的模式。
Fabless 模式下,厂商直接面对用户,根据用户需求进行个性化定制,企业资产轻,初始投资规模小,创业难度低,运营费用低,转型灵活。
在这种模式下无法实现工艺的协同优化,难以完成指标严苛的设计要求,需直接承担市场风险。
Foundry 模式:只负责代工制造、封装或测试的其中一环,不负责半导体二极管产品设计的模式。
一般代工厂模式下,厂商可同时为多家设计公司提供服务,受制于企业间的竞争关系,代工厂商难以同时获得互为竞争对手的两家公司的订单。
代工厂不存在因市场调研不准与产品设计缺陷等问题带来的决策风险,但是批量化的生产需要较大投资规模,高昂的生产线运维费用使得该行业资金壁垒远高于Fabless 模式厂商。
且半导体生产工艺水平直接影响产品质量与产品良率,代工厂需持续进行研发投入维持领先工艺水平方能获得源源不断的大额订单。
03 下游分析
半导体二极管产业链下游应用领域涵盖手机、计算机、家电等消费电子及汽车等多领域,并通过直接客户与汽车、计算机、家用电器等众多最终消费品配套。
具体应用有应用于汽车(电动汽车、混合电动汽车)UPS、轨道交通领域(尤其是高铁)、光伏、风电(逆变转换)、马达驱动(整流)、工业领域(电焊机)以及医疗电子与消费电子领域。
近年来,受益于国家经济刺激政策的实施以及新能源、新技术的应用,下游最终产品的市场需求保持着良好的增长态势,从而为半导体二极管行业的发展提供了广阔的市场空间。
受环保因素的影响,新能源汽车与光伏发电行业在利好政策的扶持下近年来发展迅速。这些新型行业中半导体二极管的用量与价值远高于传统行业。
新能源汽车中,与半导体二极管相关的主要新增应用场景集中在充电桩、变流器以及逆变器等环节,其单台分立器件用量是传统汽车用量的5 倍以上。
2017 年2 月,国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出,到2020 年中国新能源汽车年产销200 万辆以上,累计产销超过500 万辆,整体技术水平保持与国际同步,形成一批具有国际竞争力的新能源汽车整车和关键零部件企业。
2015 年11 月,国家发改委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》提出,到2020 年中国充换电站数量达到1.2万个,分散式充电桩超过480 万个。
中国新能源汽车产业的迅速发展与中国企业研发创新能力的提升将对半导体二极管行业的发展产生较大的牵引及驱动作用。
光伏二极管主要用于保护光伏电池组,据推算,1GW 光伏电池组件需要光伏二极管约3,000-6,000 万只。
根据国家发改委、国家能源局联合发布的《电力发展“十三五”规划》,到2020 年中国太阳能发电装机要达到110GW 以上,巨大的光伏市场需求将进一步促进半导体二极管行业的发展。
【延伸阅读】
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),它是一种具有单向传导电流的电子器件。
半导体二极管主要特性
正向性:外加正向电压时,在正向特性的起始部分,正向电压很小,不足以克服PN结内电场的阻挡作用,正向电流几乎为零,这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后,PN结内电场被克服,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内,导通时二极管的端电压几乎维持不变,这个电压称为二极管的正向电压。
反向性:外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。
击穿性:内部结构外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热,则单向导电性不一定会被永久破坏,在撤除外加电压后,其性能仍可恢复,否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。
主要作用
二极管的作用有整流电路,检波电路,稳压电路,各种调制电路,主要都是由二极管来构成的,其原理都很简单,正是由于二极管等元件的发明,才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生。
主要类型
按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。
根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。
按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
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李悦