1

半导体行业分析报告

核心要点

半导体与全球宏观经济息息相关。集成电路制造技术代表着当今世界微

细制造的最高水平，是一个国家高端制造能力的综合体现。2010年-2015年相关系数高达 0.93，预计未来 5年相关系数仍将维持 0.93 的水平。半

导体产业创造的 1元产值能带动 1.5 元-2元的电子信息产业，电子信息

产业 1元产值能带动 3 元-5元宏观 GDP。 晶圆制造高端装备以来严重依赖进口，大陆设备自制比例很低。半导体

按照生产过程来看，产业链包含芯片设计、制造和封装测试环节，其中

后两个环节支撑着上游半导体材料、设备、软件服务的发展。半导体设

备按生产工艺流程可分为前道设备（晶圆加工设备、晶圆制造设备）和

后道设备（封装及测试设备），占总体设备投资的比例分别为 70%和 30%。 全球半导体产业的产业规模在 2016年为 3389亿美元，而其中集成电路

（IC）占比 81.64%，占比最大。根据 WSTS 的预测，预计 2017至 2018年全球半导体市场同比增速分别为 17.0%和 4.3%，规模有望增加至 3965亿美元和 4136亿美元。其中，功率半导体产值在 180-200 亿美金。

功率器件产业进入前所未有的景气周期。我国的功率半导体器件的起步

虽然较晚，但是市场规模增长迅速。从 2011年的 1386亿元增长到 2016年的 2088亿元，年均复合增速达 8.53%。已经成为全球最大的功率半导

体市场之一。全球功率半导体巨头主要集中美国、欧洲、日本三个地区。

2014年 6 月国务院发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》，国家集

成电路产业投资基金应运而生。基金将重点投资 IC 芯片制造业，兼顾芯

片设计、封装测试、设备和材料等产业。第一期重点关注集成电路制造

领域，共募集 1387.2 亿元。响应国家号召，地方基金大量成立。根据

人工统计，各省市几乎都有规模不等的地方基金成立，总计规模超过

3800亿元。

2

目录第一部分 半导体行业情况................................................................................................................... 3

一、半导体介绍............................................................................................................................... 31.半导体简介...........................................................................................................................32.半导体与宏观经济息息相关...............................................................................................3

二、半导体生产流程....................................................................................................................... 51.芯片设计：将客户要求转化为有逻辑的电路规划图.......................................................62.硅片制造...............................................................................................................................93.IC 封测：技术难度较低，国产设备率先实现突破........................................................174.生产过程总结.....................................................................................................................19

三．半导体产业规模及全球格局................................................................................................. 221.全球半导体产业规模及其分布情况.................................................................................222.产业链各个环节产业格局.................................................................................................23

四、半导体发展趋势..................................................................................................................... 291.空间发展趋势.....................................................................................................................292.产业模式发展趋势.............................................................................................................313.消费市场发展趋势.............................................................................................................334.产品发展趋势.....................................................................................................................34

第二部分 功率半导体......................................................................................................................... 37一、功率半导体行业概述............................................................................................................. 37

1.功率半导体器件的作用.....................................................................................................372.功率半导体器件分类.........................................................................................................39

二、功率半导体产业链分析......................................................................................................... 47三、功率半导体器件市场分析..................................................................................................... 48

1.IGBT 产业格局....................................................................................................................482.MOSFET 产业格局................................................................................................................493.二极管产业格局.................................................................................................................49

四、产业趋势................................................................................................................................. 50第三部分 国家政策................................................................................................................................64

一、以史为鉴：成功路径再复制................................................................................................. 64二、黄金起点：大陆芯片产业正站在承接转移黄金十年的起点............................................. 65

3

第一部分 半导体行业情况

一、半导体介绍

1.半导体简介

半导体领域很大，通常指常温下电阻率会发生变化，导电性能介于导体与绝

缘体之间的材料，它是非常广泛的一个领域。通过人为地掺入特定的杂质元素，

半导体的导电性可受控制，进而产生巨大的经济效益，因而半导体广泛应用于下

游通信、计算机、网络技术等产业。半导体分类如下图所示：

2.半导体与宏观经济息息相关

集成电路制造技术代表着当今世界微细制造的最高水平。集成电路产业是一

个国家高端制造能力的综合体现，是全球高科技国力竞争的战略必争制高点。在

信息时代，集成电路是核心基石，电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗

仪器、机器人、工业控制等各种电子产品和系统都离不开集成电路，集成电路已

成为现代工业的“粮食”。由于存在的普遍性，集成电路已涉及到国家信息安全

问题。发展“中国芯”、硬件“去 IQT(Intel、Qualcomm、TI)”大势所趋，发展

集成电路产业已经被提升为国家安全战略布局。芯片强则产业强，芯片兴则经济

兴，没有芯片就没有安全。

全球半导体是周期性行业，跟全球宏观经济息息相关。半导体行业是一个与

全球宏观经济景气度、居民消费需求、下游应用技术水平与工业制造水平高度相

关的一个行业，全球 GDP 的增长率与半导体市场的增长关联性十分密切。2015年全球 GDP 增速降幅低至-5.5%，半导体行业受之影响，亦呈现出-0.2%的负增长，

但 2016年全球宏观经济呈现 1.4%的回暖，半导体行业亦有 1.1%的正向增长。

半导体与宏观经济的相关系数高。根据国际半导体权威研究机构 IC Insight的研究，2000年-2009年，全球 GDP增速与半导体产业增速的相关系数达到 0.63，2010 年-2015 年相关系数高达 0.93，预计未来 5 年相关系数仍将维持 0.93 的水

平。1983年-2016 年全球半导体资本支出变化率表明半导体行业具有显著的周期

性。

4

1990-2016 全球宏观经济 GDP 和全球半导体产业息息相关

半导体产业创造的 1 元产值能带动 1.5 元-2元的电子信息产业，电子信息产

业 1元产值能带动 3 元-5元宏观 GDP。

全球 GDP 与半导体产业增长相关系数历史及预测

5

二、半导体生产流程

集成电路（IC）产品生产附加值极高，工艺进步依托于设备提升。目前的集

成电路技术大多基于元素硅，并在晶片上构建各种复杂电路。硅元素在地壳中的

含量达到 26.4%，是仅次于氧的第二大元素，而单晶硅则可通过富含二氧化硅的

砂石经提炼获得。由价格低廉的砂石到性能卓越的芯片，IC 的生产过程就是硅元

素附加值大量增长的过程。从最初的设计，到最终的下线检测，生产过程需要经

过几十步甚至几百步的工艺，整个制造过程工艺复杂，其中任何一步的错误都可

能是最后导致产品失效的原因，因此对设备可靠性的要求极高。下游厂商也愿意

为高可靠性、高精度设备支付技术溢价，这也是半导体投资中设备投资占比比较

高的原因。

半导体按照生产过程来看，产业链包含芯片设计、制造和封装测试环节，其

中后两个环节支撑着上游半导体材料、设备、软件服务的发展。

半导体产业链及下游应用

6

1.芯片设计：将客户要求转化为有逻辑的电路规划图

IC设计是指将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图，即把产

品从抽象的过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程，也就是设计师将客户

的需求转换成具体的电路设计图的过程。

IC 设计主要流程

IC设计主要可分为前段设计（逻辑设计）和后段设计（物理设计）：前段设

计是将客户的实际需求进行编码翻译成实际电路的元器件，并用门级网表示的过

程；后段设计主要完成布局布线，以及进行各类检测测试，使得最终生成可以送

交晶圆厂流片的 GDS2文件的过程。

IC 设计具体工艺流程

1.1 规格制定

在设计环节最重要的是进行规格制定。设定好大方向，首先确定好所有的功

能之后再进行设计，避免再花额外的时间进行后续修改；然后查看有哪些协定要

符合，向无线网卡的芯片就需要复合 IEEE 802.11 等规范，不然，芯片将无法和

市面上的产品兼容，导致无法和其他设备连接。最后确立这颗 IC 的实作方法，

7

将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格

的制定。

1.2 设计芯片细节

该过程是将整体结构用硬体描述语言（HDL）描绘出来，方便后续制图。常

使用的 HDL 有 Verilog、VHDL等，由程式码便可轻易地将一颗 IC 功能完整表达出

来。然后就是检查程式功能的正确定并持续修改，直到它满足期望的功能为止。

1.3 绘制平面设计图

在 IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code，放入电子

设计自动化工具（EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路，产生如下

的电路图。之后，反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正

确为止。

最后，将合成完的程式码再放入另一套 EDA tool，进行电路布局与绕线

（Place And Route）。在经过不断的检测后，便会形成如下的电路图。图中可以

看到蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。

完成电路布局与绕线的结果

8

其中，光罩是指在制作 IC 的过程中，利用光技术，在半导体上形成图形，

为将图形复制于晶圆上，必须透过光罩作用的原理。下图中，左边就是经过电路

布局与绕线后形成的电路图，在前面已经知道每种颜色便代表一张光罩。右边则

是将每张光罩摊开的样子。制作是，便由底层开始，依循上一篇 IC 芯片的制造

中所提的方法，逐层制作，最后便会产生期望的芯片了。

9

2.硅片制造

在 开 始 前 ， 我 们 要 先 认 识 IC 芯 片 是 什 么 。 IC ， 全 名 积 体 电 路

（Integrated Circuit），由它的命名可知它是将设计好的电路，以堆叠的方式组

合起来。藉由这个方法，我们可以减少连接电路时所需耗费的面积。下图为 IC 电

路的 3D 图，从图中可以看出它的结构就像房子的樑和柱，一层一层堆叠，这

也就是为何会将 IC 制造比拟成盖房子。

IC 芯片的 3D 剖面图

从上图中 IC 芯片的 3D 剖面图来看，底部深蓝色的部分就是上一篇介绍

的晶圆，从这张图可以更明确的知道，晶圆基板在芯片中扮演的角色是何等重要。

至于红色以及土黄色的部分，则是于 IC 制作时要完成的地方。

首先，在这裡可以将红色的部分比拟成高楼中的一楼大厅。一楼大厅，是一

栋房子的门户，出入都由这裡，在掌握交通下通常会有较多的机能性。因此，和

其他楼层相比，在兴建时会比较复杂，需要较多的步骤。在 IC 电路中，这个大

厅就是逻辑闸层，它是整颗 IC 中最重要的部分，藉由将多种逻辑闸组合在一起，

完成功能齐全的 IC 芯片。

黄色的部分，则像是一般的楼层。和一楼相比，不会有太复杂的构造，而且

每层楼在兴建时也不会有太多变化。这一层的目的，是将红色部分的逻辑闸相连

在一起。之所以需要这么多层，是因为有太多线路要连结在一起，在单层无法容

纳所有的线路下，就要多叠几层来达成这个目标了。在这之中，不同层的线路会

上下相连以满足接线的需求。

10

2.1 硅片生产

硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶

圆成型。首先硅提纯。将原料放入熔炉中进行化学反应得到冶金级硅，然后通过

蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，其纯度高达 99.9999999%（7 个

9以上），成为电子级硅。然后在单晶炉中使用提拉法得到单晶硅。即先将多晶

硅熔化，然后将籽晶浸入其中，并由拉制棒带着籽晶作反方向旋转，同时缓慢地、

垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅会按籽晶晶格排列的方向不断地生

长上去，形成单晶硅棒。硅晶棒再经过切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻

后，成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片。

“提拉法”晶柱制造过程

以圆形硅晶片为基底，在其表面上加工制作成各种电路元件结构，即构成了

硅半导体集成电路。单晶硅片和硅晶圆的制造是半导体后续工艺的基础，使用高

纯度、大尺寸的单晶硅片进行后续 IC制造是提高芯片效率的关键。

硅片生产主要工序及设备

半导体行业发展遵循摩尔定律，在向着“更快、更小、更便宜”的趋势发展，

因此单晶硅势必向着高纯度、大直径的方向发展：目前半导体级单晶硅纯度要求

在 11 个 9 以上；主流的硅片尺寸为 300mm（12 英寸）、200mm（8 英寸）和

150mm（6英寸）。

其中 12 英寸硅片国内目前需求量约为 50 万片/月，2018年预计达到 120万

片，而目前国内产量几乎为零，进口依赖严重，主要原因在于目前我国绝大部分

硅片生产企业仅能生产 6 寸以下规格的硅片（国产化率约 50%），8 寸硅片国产

化率约 10%。在硅片制造设备领域有着同样的问题，国内除晶盛机电外，鲜有厂

商可以供应 12英寸及以上的晶体生长炉。

11

硅片生产工艺流程、设备及主要供应商

2.2 晶圆生产

对单晶裸片进行初步加工得到晶圆，接下来将光罩上的电路图刻蚀到晶圆

上，这些工序都是由晶圆代工厂完成的。主要包括扩散、薄膜生长、光刻、刻蚀、

离子注入、抛光等工序，对应设备主要有扩散炉、氧化炉、CVD/PVD设备、清洗

设备、光刻机、刻蚀系统、离子注入机、抛光机等。

晶圆加工主要工艺流程

12

晶圆加工主要工艺流程

下面对几个重要环节做一下简单介绍：

1 光刻工艺及设备

光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要工艺步骤，它是利用光化学反应原理

把事先制备在掩膜（光罩）上的图形转印到晶圆上，完成工艺的设备光刻机和光

刻胶都是占半导体芯片工厂资产的大头，光刻工艺是用来在不同的器件和电路表

面上建立图形的工艺，在晶圆硅片表面曝光完成设计的电路图，能做到分辨率清

晰和定位无偏差电路，就如同建筑物一楼的砖块砌起来要和二楼的砖块对准，叠

加的层数越高，技术难度越大。主要步骤如下：

首先是在晶圆表面涂上一层光刻胶并烘干，烘干后的晶圆被送到光刻机

13

里面。光线透过一个掩膜把掩膜（光罩）上的图形投影在晶圆表面的光

刻胶上，实现曝光，激发光化学反应；

对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，即所谓的曝光后烘烤，使得光化学反

应更充分。

最后，把显影液喷洒在晶圆表面的光刻胶上，使得曝光图形显影。显影

后掩膜上的图形就被存留在了光刻胶上，涂胶，烘烤和显影都是在匀胶

显影机中完成的，曝光是在光刻机中完成的。匀胶显影机和光刻机一般

是联机作业的，晶圆通过机械手在各单元和机器之间传送。

整个曝光显影系统是封闭的，晶圆不直接暴露在周围环境中，以减少环

境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。光刻之后是对光刻胶上的

图形做检测查看良率，先测量图形的套刻误差，即光刻胶上的图形和上

一层曝光的电路图形是否对准，然后再测量图形尺寸（CD），测量结果

合格的话就去下一道工艺，而不合格的晶圆将被送去返工。返工就是用

化学的方法把晶圆表面的光刻胶清除掉，重新开始光刻工艺。

光刻工艺过程示意图

光刻机是全产线核心，光刻的成本可占到整个硅片制造工艺的 30%以上，

耗费时间约占整个硅片加工流程的 40%-60%。而光刻机则是 IC 制造中最核心

的设备，价值量占到设备总投资的比例约为 20%。根据 SEMATECH 的研究，1970

年代，光刻机的单价在几十万美元，并且约每 4.4 年价格翻一倍。目前，现

金光刻机的单价一般都超过 2000 万美金，荷兰 ASML 最新出品的 EUV 光刻机

价格达到一亿美金。

即使是微米级的光刻工艺，也需要重复循环 5 次以上，而目前的 28nm工艺则需要 20 道以上的光刻步骤。全球半导体设备龙头 ASML 在光刻机领域

优势巨大，其 EUV 光刻机工艺水平已经达到 10nm 的级别，单台设备售价超

过 1 亿美元。公司的市场份额超过 60%，甩开了两个老对手 Nikon和 Canon。极紫外光刻 EUV 是实现 10nm 以下工艺制程的最经济手段，并且只有 ASML一家供应商具备开发 EUV 光刻机的能力。因此半导体三巨头英特尔、台积电、

三星均争相投资 ASML 开发 EUV 技术， 助其快速实现量产，以及获得 EUV 设

备的优先购买权。虽然我国上海微电子也研发出光刻机，但由于中国半导体

起步较晚，技术上与外资品牌差距巨大。

14

图 21：光刻机各龙头企业市场份额 图 22：ASML 光刻机设备

图 21：Photo Resist 光刻胶市场规模 图 22：Photo Mask 光罩/掩膜市场（$）

②蚀刻工艺

蚀刻工艺是用化学和物理的方法在显影后电路图永久和精确的留在晶圆

表面，选择性的去除硅片表面不需要的材料过程，蚀刻工艺的使用方法分为

两大类：湿法和干法蚀刻。湿法蚀刻是用液体刻蚀机沉浸的技术，过程为氧

化前清洁—冲洗—干燥工艺，晶圆沉浸于装有刻蚀剂的槽中过一定的时间，

传送到冲洗设备中去除残余的酸，再送到最终的冲洗和甩干。用的化学品为

49%浓度的氢氟酸和水或者氟化铵和水的混合物，湿法刻蚀用于线宽在 3微米

的芯片产品中。线宽更加细小，需要控制和精度的需要就需要用干法刻蚀。

干法刻蚀是以气体为主要媒体的刻蚀技术，有三种干法刻蚀技术：等离子体，

离子束打磨刻蚀和反应离子刻蚀（RIE）。干法刻蚀的核心就是等离子体，其

内的高能电磁场区域能够将气体快速裂解成高能粒子、光子、电子和高化学

活性的反应粒子，刻蚀过程将等离子体内的高能粒子和反应粒子分离出来，

打在晶圆上。

刻蚀装备发展趋势 等离子刻蚀设备

15

刻蚀技术对比

在刻蚀设备领域，美国的泛林半导体凭借着先发优势和大量研发投入保

持行业龙头地位，但中国厂商中微半导体在近十年迅速崛起， 并开始打入国

际市场。中微半导体的 16nm 刻蚀机实现商业化量产，目前已经进入台积电

的 5个半导体生产线，7-10nm 刻蚀机设备可以与世界最前沿技术比肩。随着

中微的崛起，2015 年美国商业部的工业安全局特别发布公告，承认中国已经

拥有制造具备国际竞争力刻蚀机的能力，且等离子刻蚀机已经进入量产阶段，

因而决定将等离子刻蚀机从美国对中国控制出口名录中去除。

刻蚀设备主要生产厂商

国内厂商 国外厂商

中微半导体

北方华创

泛林半导体

应用材料

东京电子

③离子注入工艺及设备

人为地将所需杂质以一定方式掺入到硅片表面薄层，并使其达到规定的

数量和符合要求的分布形式，主要包括两种方法。高温热扩散法是将掺杂气

体导入放有硅片的高温炉，将杂质扩散到硅片内一种方法；离子注入法是通

过注入机的加速和引导，将能量为 100keV量级的离子束入射到材料中去，与

材料中的原子或分子发生一系列理化反应，入射离子逐渐损失能量，并引起

材料表面成分、结构和性能发生变化，最后停留在材料中，从而优化材料表

面性能，或获得某些新的优异性能。在离子注入机领域，美国应用材料占据

了 70%以上的市场份额。

16

离子注入机工作示意图

④成膜工艺及设备

主要运用 CVD 技术（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积），是把

含有构成薄膜元素的反应剂蒸气引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成

薄膜的过程。CVD 技术具有淀积温度低、薄膜成份易控的特点，膜厚与淀积

时间成正比，均匀性和重复性好，其中应用最广的是 PECVD和 MOCVD。PECVD（等离子体增强化学气相沉积），是借助微波或射频等使含有薄膜

组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，利用等离子很强的化学活性，

在基片上沉积出所期望的薄膜；MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积），

是以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合

物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常 MOCVD系统中的晶体

生长都是在常压或低压下通氢气的冷壁不锈钢反应室中进行，衬底温度为

500-1200℃，用射频感应加热石墨基座，氢气通过温度可控的液体源鼓泡携

带金属有机物到生长区。薄膜工艺也是 IC制造的一个基础工艺， 加工难度较

高。根据 SEMI的统计，该环节设备投资占整体设备的 14%-15%。在 CVD 设备领域，中国与世界先进水平差距较大。美国应用材料几乎涵

盖了除光刻机以外的前制程设备，并在 CVD及 PVD 设备领域位居全球市占率

第一，而中国企业近年来在“02”专项的支持下也实现了技术突破，其中北

方华创的 CVD 设备已经进入中芯国际 28nm 生产线，14nm 设备正处于验证阶

段。

PECVD 工作原理

17

3.IC 封测：技术难度较低，国产设备率先实现突破

IC封测属于半导体制造的后道工艺，主要可分为背面减薄、贴膜、划片、装

片、键合、塑封、电镀、退火、切筋成型和测试打印 10个工序。IC 封测阶段工

艺相对于前道（IC 设计）及中道（IC制造）而言技术难度较低，设备的技术壁垒

相对而言也较低，我国有望在该领域率先实现突破。

IC 封测段工艺流程

封测环节属于劳动密集型，技术含量较低。我国在集成电路发展早期，以此

为突破口并实现了长足发展，因此封装测试产业在我国占比最大，并已经成为我

国集成电路产业链中最具国际竞争力的环节。尤其是长川科技、上海新阳以及中

电 48 所，在划片设备、键合设备、电镀设备等领域实现了技术突破，国产替代

优势明显。

封测段主要工艺流程简介

18

半导体设备技术壁垒较高，国内半导体厂商设备多以来进口，国内产业相对

薄弱。从全球范围看，美国、日本、荷兰是世界半导体装备制造的三大强国：美

国公司在等离子体刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、掩膜版制造设备、检

测设备、测试设备、表面处理等设备中具有竞争优势；日本公司在光刻机、刻蚀

机、沉积设备、清洗设备、涂胶显影设备、退火设备、检测设备、测试设备等领

域占据优势；荷兰公司则在高端光刻机、垂直扩散炉等方面领先。

19

4.生产过程总结

从芯片设计—芯片制造—封测整个流程如下图所示。

半导体制造工艺

半导体生产设计段工序对应的半导体设备主要包括制造光罩的掩膜板制造

设备；制造段工序主要包括光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影机等；封装

段工序则包括划片机、装片设备。塑封设备等；检测段工序则包括电镀机、AOI设备、激光打标机等。除此之外，硅片生产加工需要的设备主要包括晶体生长炉、

磨圆机、倒角机和抛光机等。各个环节用到设备如下图所示:

半导体生产设备

晶圆制造高端装备以来严重依赖进口，大陆设备自制比例很低。回顾我国半

导体设备的发展历程，2011年之前基本依靠进口，我国设备的自制率仅为 3.9%。近几年在 02 专项的带动下，我国设备的自制率上升到 17%左右。但这些设备更

多集中于后道的封装测试设备，技术含量更高的前道设备依然依赖进口。2015

20

年我国半导体设备进口中，光刻机、刻蚀机和 CVD设备的比例分别为 14%、23、25%。由于高端半导体设备知识产权壁垒很高，国内企业大多数缺乏高端人才组

成的领军团队，缺乏对现有的专利进行全面分析，也就很难有自己独立的知识产

权去开发高端的电子专用设备。由于使用国产高端半导体设备要比使用进口设备

承担更大的风险责任，国产高端半导体设备的推广应用难度很大，导致国产高端

半导体设备产业化进程缓慢，国产化道路漫长。

2015 年中国大陆主要半导体设备进口情况

我国大陆半导体设备市场规模（亿美元）及自制比例

半导体设备按生产工艺流程可分为前道设备（晶圆加工设备、晶圆制造

设备）和后道设备（封装及测试设备），占总体设备投资的比例分别为 70%和 30%。据 SEMI 数据显示，在整个半导体生产设备投资中，光刻机投资占比

最大，可达 20-25%左右；扩散设备、刻蚀机、离子注入机、淀积设备各占设

备投资的 10-15%，电镀、抛光、测试等设备分别占设备投资的 5-10%。

21

各段工序主要设备占整个产业链设备投资的比重

半导体设备构成比例

进一步梳理了各环节主要设备的龙头企业，其中应用材料作为全球最大

的半导体设备供应商，在晶圆制造设备的几个核心环节热处理、镀膜设备、

离子注入设备等领先全球。日本公司更擅长制造刻蚀设备、涂胶机、显影机、

测试设备等产品，而以 ASML 为首的荷兰公司则在高端光刻机领域处于领先地

位。

22

三．半导体产业规模及全球格局

1.全球半导体产业规模及其分布情况

半导体产品以高附加值著称，处于整个电子信息产业链的顶端，是各种终端

电子产品得以运行的基础。全球半导体产业的产业规模在 2016 年为 3389 亿美

元，而其中集成电路（IC）占比 81.64%，占比最大。IC 里面分逻辑电路、模拟

电路、微处理器（CPU）和存储器（DRAM）。这里面最大的一块是逻辑电路，

逻辑电路用于大家常用的手机、PC 电子类产品中。IC 被广泛应用之前，传统的

分立电路多以导线连接独立的电路元件而构成。集成电路的结构非常紧凑，相比

同样功能的分立电路体积大大缩小；同时，较小的体积也使得耗能更少，工作性

能卓越。半导体优越的技术性能、制造技术的发展以及采用结构单元的电路设计

方式，使标准化 IC迅速取代了过去分立元件的传统电路设计成为主流。

全球 2016 年半导体产品市场结构

全球半导体销售额从 1995 年的 1444亿美元增长至 2016年的 3389 亿美元，

平均每年线性增长的速度约为 9.7%。2015-2016年全球半导体市场需求量增长有

所放缓。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）披露，全球半导体产品市场需

求量在 2015-2016年两年间处于相对稳定发展的阶段，两年的销售额分别为 3352和 3389亿美元，增速分别为-0.2%和 1.1%，相对于 2013 和 2014 年有所放缓。根

据 WSTS 的预测，预计 2017至 2018年全球半导体市场同比增速分别为 17.0%和4.3%，规模有望增加至 3965亿美元和 4136亿美元。

2005 年至 2018 年 E 全球半导体产品销售额（亿美元）及其增速

2017年行业增速预计将达到 17.0%的高水平，这主要是由近两年来半导体行

23

业周期所体现的。半导体行业呈现出一定的季节性，每年的 Q1 是半导体行业增

速的低谷，Q3 将达到最高点，Q4 将有所回落。回顾近年以来的数据可以发现：

2017年 Q1 的行业增速为-0.64%，高出 2016Q1 近 4 个百分点；2017 年 Q2 的行

业增速为 5.72%，高出 2016Q2 近 5个百分点。WSTS 本次（2017年 8 月 18日）

的最新更新认为，2017Q2 的增长数据将有力拉动全年的增长。我们认为，2017年整个半导体产业的增速是由下游汽车电子、消费电子、智能手机的该行业需求

提升所带来的可持续性增长空间，WSTS 预计 2017 全年增速将达 17%的高位具有

较强的合理性。

2015Q1 至 2017Q2 全球半导体产品季度销售额（亿美元）及其增速

2.产业链各个环节产业格局

IDM芯片制造商，整个环节占了 1900亿美元。单独看设计、制造、封测，

单独做设计大概 800 亿美金，单独做制造大概 400 多亿美金、纯封测外包大概

500多亿美金，这其中还包括相关的一些东西，比如材料、半导体的一些化学品、

制造设备、材料和化学品的规模大概也有四百多亿美金，制造的设备有三百多亿。

整体看下来，半导体里面每个比较大的环节里面都有几百亿的规模，整个 IDM差不多有接近 2000亿美金，制造和封测加在一起也超过 1000亿美金。整个大环

节，包括 IDM、非 IDM有 3000多亿美金。

从 2016年的这个年份来看，全球的整个半导体行业里面的公司以及他的规

24

模情况，排在最大的是英特尔，然后是三星、台积电、高通、博通。基本上大的

公司，像排在前面的英特尔和三星，包括 SK海力士都是 IDM的厂商，个别的专

门做制造，比如台积电，设计做的比较大的就是高通。

2016 年半导体 20 强

2.1 IC 设计

大陆的 IC 设计这一块的产值在 2004 年大概只有 80亿人民币，2015 年的时

候已经 1300亿了，整个 IC设计，2004 年到 2015年的复合增速接近 30%。因此

大陆整个 IC 设计环节崛起其实是很快的，基本是细分领域增速最快的一个，在

IC设计这个环节中国大陆占全球份额 9%，明显高于整个 IC行业中国占全球的份

额的 3%，因此 IC设计环节这几年增长特别快。近几年也崛起了比较多的好公司。

2000年的时候 IC 公司只有不到 100 家，2014 年是 660 多家，估计 2020 年会达

到 1000家，国内比较有名的公司有海思半导体、展讯等。但是设计环节的这些

公司，在全球的地位并没有那么高。排第一的是高通，现在智能手机核心的芯片

基本都是高通设计的；其次是 Avago；然后是联发科，基本上很多山寨机或者很

多低端的安卓机都是用联发科设计的芯片；包括英伟达，再是 AMD，这些都是

国际上比较大的公司。海思只是排到第六，2015年海思的收入大概不到 40亿美

金，差不多不到 300 亿人民币，但是高通 2015 年有 160亿美金，这个规模差得

非常大。

25

IC 设计销售额及增速

2.IC 制造

制造这个环节的产值 2007 年中国有 400 亿，到 2015 年有 900 亿。2007 年

到 2015年的复增大概只有 11%的水平，所以制造这个环节一直是国内不太能突

破的一个领域，因为现在核心的制造要么是大的厂商，IDM自己做，要么是像台

湾的台积电这种大厂做，制造这个环节现在国内最大的是中芯国际，但是这几年

中芯国际的增速一直做不起来，所以这几年中国制造的份额其实是一直在下降

的，2006年的时候中国制造的份额大概只有 13%，但是到 2015年的份额下降到

只有 7%，所以中国制造这一块确实是在走下坡路，国内后面会加大制造的投资。

2016-2017 年新建了 19 座晶圆厂，其中一半以上都在中国，但是在中国制造的

工厂很多是国际上的大公司，尤其像三星、海力士、台积电都是日韩台湾的厂商

在国内建厂，但是纯自主的份额现在中国是非常弱的。IC 制造端的公司现在最大

的是台湾的台积电，2015 年的时候差不多是有 260多亿美金的收入，全球最大。

第二大的是美国的 Global Foundries，2015年只有 40多亿美金，所以第二名和台

积电的差距就已经非常大了。排到再后面才是联电、中芯国际这些公司，和台积

电完全没法比。

大陆 IC 制造产值及增速

26

大陆 IC 制造产值及增速

我们看制造端晶圆厂数量。现在的制造就是指晶圆制造，主流 12 英寸即直

径 30 厘米的晶棒，用长晶设备做出晶棒，然后再切成晶圆片，晶圆片经过刻蚀

再做成小的晶片。2016年全球晶圆厂大概是 100座，2017 年新开 8 座，差不多

有 108座，预计 2020年底全球晶圆厂大概有 117 座，我们可以看出晶圆厂数量

是不断增加的，仍然是有不断投入的。

全球 12 英寸晶圆厂数量

3.封测

封测这一端也是增长比较快，2007 年大陆封测产值只有 200 亿，2015年已

经有 1400亿，2007-2015年的复合增速有 27.5%，这一领域中国最有机会做成全

球巨头。

2013-2016 年全球主要国家封测业市占率变化

27

大陆封测占全球的份额，即浅蓝色区域，从 2013-2016 年不断提升，2013年大陆封测份额大概只有 8%，2015年封测份额大概有 15%，而且这一比例还在

不断扩大，从长期看，中国的封测份额应该能够超过 30%，至少能与日月光及矽

品比肩，长期发展取决于国家的战略和投入，是有机会做成全球第一。从国内看，

封测端公司的巨头是长电，长电 2015-2016 年收购了新加坡的星科金朋，一跃成

为仅次于日月光及矽品的全球第三的地位，2016 年的合并收入接近 200 亿，在

全球算是比较大。当然我们现在看到的下面这个表，2015 年的时候它已经是国

内最大，也才 92亿，但是合并之后，2016年的收入已经差不多 200亿。

总结

最近几年有一个比较明显的趋势是设计环节产值的比重在不断提高，从

2100年的不到 30%提升到 2016 年的 40%，而整个封测环节的比重在逐步下移，

所以设计环节越来越重要。

各个环节占比如下图所示

28

其中，半导体制造业可以分为前道（硅片制造）、中道（晶圆制造）及后道

（芯片封测）三个环节，投资占比分别为 10%，70%，20%。

全球半导体产业链及主要企业

29

四、半导体发展趋势

1.空间发展趋势

集成电路产业有两大趋势，空间上，产业经历了美国——日本——韩台—

—大陆的转移过程。

半导体产业驱动力由存储器、PC 向以智能手机为主导的消费类电子产品转

移。纵观半导体产业的发展史，随着科技及制造工艺的进步，下游需求逐步演化，

推动产业发展的驱动力也在不断变化。

历史上行业经历了四个阶段：1.由军工和原始计算机带动的初创发展期。二

战后， 原始计算机的出现和军工的大量需求催生了最初的半导体产业，1958年

德州仪器设计出基于锗的 IC 模块，集成电路由此诞生。在此后的二十年中，基

于硅的电路设计逐步发展起来，使得集成电路制造进入量产阶段。2.基于存储器、

主机的快速发展期。70-80 年代，存储器广泛应用，商业公司也开始配备大型主

机以提高工作效率， 工艺进步使得大规模集成电路出现，半导体进入商用阶段。

3.基于 PC 的民用发展期。80 年代末，IBM 推出的 PC业务迅速风靡全球，生产成

本的降低使得半导体更加适用于 PC，整个行业基本都在围绕 PC发展，特别是半

导体内存和微处理器，行业进入民用阶段。4.基于消费电子的成熟期。进入新世

纪以来，互联网大范围推广。同时，苹果推出智能手机、谷歌推出安卓系统，移

动通讯进入爆发期，迅速取代 PC 成为新的驱动力，半导体也因此经历了 21世纪

初持续 10年的增长，而近几年又归于平静。总体而言，经过了半个世纪的发展，

半导体行业销售额增速逐步放缓进入成熟期。

推动半导体产业发展的驱动力

历史上行业经历了两次产业转移，目前正借助消费电子时代向中国转移。半

导体属于高技术壁垒行业，这些行业往往具有“马太效应”。积累资本的龙头公

司能投入大量研发费用用于新技术研究与扩张，会进一步拉大与追赶者的差距，

造成强者恒强的格局。只有巨大机遇来临时，追赶者才有机会崛起。

第一次产业转移时美国向日本的转移。日本半导体业以存储器为切入口，主

要是 DRAM（Dynamic Random Access Memory）。80 年代，受益于汽车产业和大

型计算机市场的快速发展，DRAM需求剧增。而当时日本在 DRAM 方面已经取得

了技术领先，日本企业此时凭借其大规模生产技术，取得了成本和可靠性的优势，

30

并通过低价促销的竞争战略，迅速在世界范围内成为 DRAM主要供应国。世界市

场快速洗牌，根据《日本电子产业的兴衰》披露，到 1989 年日本芯片在全球的

市场占有率达 53%，美国仅 37%，欧洲占 12%。该阶段，日本半导体产业的主要

竞争力是产品的成本优势和可靠性。

第二次由日本向韩国、台湾转移。不同于大型主机对 DRAM 质量和可靠性

的高要求， PC 对 DRAM的主要诉求转变为低价。DRAM的技术门槛不高，韩国

通过技术引进掌握了核心技术，并通过劳动力成本优势于 1988年取代日本，成

为 DRAM 第一生产大国，全球产业中心从日本转移到韩国；1987 年，台积电的

创始人张忠谋在英特尔工作时想到一个思路，把制造环节剥离出来。而台湾则通

过不断增加投资，建成了世界领先的晶圆代工公司台积电和联电，将产业模式由

一体化 IDM 转向设计、制造、测封分离的模式，并在生产技术上达到世界顶尖

水平。

半导体两次产业转移

移动通讯等电子产品崛起，中国大陆正迎来半导体产业发展的新机遇。目前，

半导体产业的驱动力已经由 PC进一步转化，下游电子产品的发展带来了新的市

场机遇。从周期的角度来说，半导体已经进入成熟期，以智能手机为主导的移动

通讯将带来新的爆发点。2016 年全球智能手机制造前 13强中有 10 家中国公司，

市场份额接近 40%，已经成为全球电子消费第一大国。强劲的下游需求带动中国

半导体销售额稳步提升，2017 年二季度中国已占世界整体销售额的 32%。产业

中心由韩国、台湾逐步向中国大陆转移，根据 IC Insights 的统计，中国晶圆产能

占比 11%，是全球增长最快的地区。

每一次新机遇的到来都有利于追赶者的崛起，新兴地区凭借技术引进、劳动

力成本优势实现超越。同时，随着半导体工艺制程接近物理极限，技术的发展速

度势必会放缓，也有助于中国企业与世界领先者缩短差距。纵观历史，IC 产业起

源于美国，发展于日本，加速于韩国、台湾。日、韩、台三地在经历了引入先进

技术期后，发展了适合自身的产业发展模式，不论是日本的自主研发，韩国的市

场把握，还是台湾的专注分工，都使其成为了全球 IC产业的中坚力量。21 世纪

以来，处于集成电路发展新周期的中国凭借着本次产业转移浪潮迅速崛起，成为

半导体产业的新中心，给产业链内相关的中国公司带来了巨大的商机。

31

中国及全球半导体销售额（亿美元）

2017 第二季度全球半导体消费市场分布 截止 2016 年底各国晶圆产能

2.产业模式发展趋势

芯片设计-芯片制造-封装测试三个环节一起做的就是 IDM制造商。三个环节

分开分别是：IC设计（Fabless）、晶圆代工（Foundry）、封装测试（Package&Testing）。产业模式由 IDM 向垂直分工转化。半导体产业发展史伴随的是产业链分工

的不断深化，目前有两种商业模式，一种是 IDM（Integrated Device Manufacture，集成器件制造）模式，另一种是垂直分工模式。20世纪 50 年代的半导体公司都

是 IDM集成模式，随着 1987年台湾积体电路公司（TSMC，台积电）的成立，IC设计、晶圆制造、封测分开的 Foundry 模式应运而生。经过半个多世纪发展，全

球半导体产业形成 IP 供应商、IC设计、制造、封测的高效深度分工模式。

出现垂直分工模式的原因有两点：1.行业具有规模经济性。随着制造工艺的

进步和晶圆尺寸的增大，单位面积上能够容纳的 IC数量剧增，成品率显著提高。

企业扩大生产规模会降低单位产品的成本，提高竞争力。2.产业所需投资十分巨

大，沉没成本高。一般而言，一条 8 英寸产线需要 15 亿美元投资，而 12 英寸产

线需要几十亿美元的投资，这意味着除了少数实力强大的 IDM 厂商外，其他企

业根本无力扩张。

单一公司的资本支出或技术无法支撑 IC 产业进一步发展，行业内公司的经

营模式变得多样化，新厂商的进入也导致整个行业发生结构性变化。台积电的成

立标志着半导体产业垂直分工模式的形成，其只做晶圆代工（Foundry），不做

设计，这也使得台湾在代工与测封环节的产能占比最高。而作为半导体的发源地，

美国依然在 IDM 模式和 IC 设计（Fabless）占据较大优势。Fabless 与 Foundry 的快速发展，促成垂直分工模式的繁荣。

32

半导体产业模式发展过程

2016 年产业链各环节产能占比

33

3.消费市场发展趋势

消费市场分区域来看，亚太地区主导地位日益显著，占全球市场的比例有

望保持在 60%。全球半导体市场主要分布于美洲、欧洲、日本和亚太地区，且市

场格局相对清晰。亚太地区为第一大市场，占据全球 60%以上的市场份额，其次

为美洲市场，约占全球市场的 19%，再者为欧洲和日本市场，两者体量相当，均

约占全球市场的 10%。

2016 各地区销售额占比

2003 年至 2015 全球各市场半导体产品销售额（亿美元）及其增速

34

4.产品发展趋势

4.1 集成电路核心地位稳固，未来将继续作为行业增长的引擎。

根据 WSTS 的预测，2017-2019 年集成电路所占比例仍将保持在 82%以上。

从细分产品规模增速来看，2017年集成电路增速为 19%，高于行业整体增速 17%，为第一大驱动力，未来传感器增长速度相对稳定，或将贡献更大增量。

全球半导体市场分产品构成（单位：亿美元）

4.2 单晶硅朝着高纯度、大直径的方向发展。

半导体行业 Meizu十年升级 fab结构来增加晶圆枝晶，而同时技术进步则是

每两年一个节点。随着纳米尺度逼近物理极限，技术进步已经放缓，晶圆尺寸的

增加变得越来越重要。目前全球 12英寸晶圆产能约为每月 11.5百万片，占总体

产能的 65%左右，未来 12 英寸产能预计会继续扩张。

但是，更大晶圆尺寸的资本投入也会大幅增长，这为更弱小的玩家设置了进

入壁垒。根据 VLSI research 公布的数据，设备行业在 12英寸平台开发上投入了

116亿美元，几乎是开发 8 英寸平台的 9倍。由于这样的尺寸迁移会产生进入壁

垒，领先的设备供应商的扩张速度会远优于行业平均水平，促进集中度的提升。

行业前十企业的集中度已由 2009年的 54%大幅提升至 2016 年的 74%。由于行业

发展的驱动力是技术进步和晶圆尺寸增加带来的多样化新应用和成本降低，这给

设备供应商带来了更大的增量空间。

各种尺寸晶圆的比较

35

4.3 半导体工业不断突破制造极限。

英特尔创始人戈登•摩尔提出摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳

的元器件数目，约每隔 18-24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，从而要求

集成电路尺寸不断缩小。随着尺寸的减小，将具有如下意义：

更小的芯片中塞入更多的晶体，让芯片不会因技术提升而变得更大；

增加处理器的运算效率；

减小体积也可以降低耗电量；

芯片体积缩小后，更容易塞入移动装置中，满足未来轻薄化的需求。

当电晶体被缩小到 20 纳米左右时，就会遇到量子物理中的问题，让电晶体

有漏电的现象，抵消缩小电晶体而获得的效益，作为改善方式，就是导入 FinFET（Tri-Gate）这个概念，如右上图。在 Intel 以前所做的解释中，可以知道藉由

导入这个技术，能减少因物理现象所导致的漏电现象。更重要的是，藉由这个方

法可以增加 Gate 端和下层的接触面积。在传统的做法中（左上图），接触面只

有一个平面，但是采用 FinFET（Tri-Gate）这个技术后，接触面将变成立体，可

以轻易的增加接触面积，这样就可以在保持一样的接触面积下让

Source-Drain 端变得更小，对缩小尺寸有相当大的帮助。

各大厂进入 10 纳米制程将面临相当严峻的挑战，主因是 1 颗原子的大小

大约为 0.1 纳米，在 10 纳米的情况下，一条线只有不到 100 颗原子，在制

作上相当困难，而且只要有一个原子的缺陷，像是在制作过程中有原子掉出或是

有杂质，就会产生不知名的现象，影响产品的良率。业内普遍认为 5 纳米工艺将

是极限。

虽然国产设备实现了一定程度的突破，但与国际先进水平差距依然巨大。现

在世界集成电路设备研发水平处于 12英寸 7nm，生产水平则已经达到 12 英寸

65/55nm、45/40nm、32/28nm；而中国设备研发水平还处于 12 英寸 14nm，生

产水平为 12 英寸 65-28nm。就现状看，目前国内设备制造业与国外先进水平的

差距明显，国内设备厂商尚无法与国外公司在技术上形成对垒。我们认为主要原

因有两点：

集成电路设备行业是典型的技术密集型行业，产品的工艺和制造技术难

度高、技术研发周期较长，这需要长时间的技术积累，短时间的爆发式

增长难以实现技术赶超，因此国产半导体设备更多的集中于中低端市

场。同时，由于 IC产品价值量非常高，IC 生产企业在选择设备供应商的

问题上十分慎重，他们通常对设备供应商的工艺经验、技术水平、商业

信用进行严格考核，一旦建立起合作关系就不会轻易更换设备上，国产

设备无法进入国际一流产线。

36

技术封锁。美国、韩国、日本等 33个国家签署了瓦圣那协议，禁止向包

括中国在内的部分国家出口最先进的芯片技术，而中国能引进的都是落

后两代以上的技术， 导致国内的技术主要通过自主创新完成，一些核

心设备只能使用低级别零部件，直接阻碍了中国半导体技术和市场的发

展。

37

第二部分 功率半导体

一、功率半导体行业概述

1.功率半导体器件的作用通常所用的电力有交流和直流两种，比如从公用电网上得到的电力是 50Hz

的交流电，从蓄电池或干电池得到的是直流电。而从这些电源得到的电流往往不

能直接满足使用要求，需要进行电力变换。电力变换通常分为四类：交流变直流、

直流变交流、直流变直流、交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为

逆变。直流变直流市值电压（或电流）改变。交流变交流的内容比较多，可以改

变频率、相数或电压。

电力变换的种类

输入 输出 变换类型

直流 直流 直流斩波

直流 交流 逆变

交流 直流 整流

交流 交流 交流电力控制、变频、变相

比如电动汽车中的蓄电池输出的是直流电，而电动车使用的电动机主要是交

流感应电机和永磁电机。以交流异步电机为例，它由外面的固定的电子和内部的

转子组成。当在定子上通上交流电，电流的变化就能产生旋转的合成磁场。旋转

的合成磁场就使内部的转子闭合线圈产生感应电动势，并跟着磁场转动。交流异

步电动机的常用调速方法是改变通在定子上的交流电的频率来改变转子的转速。

因此对于电动汽车来说，需要将蓄电池输出的直流电逆变成为交流电，并且控制

电流的频率。

交流异步电动机的原理图

逆变电路的基本结构是通过四个开关来改变负载上的电流方向。当 S1 和 S4闭合，S2 和 S3 断开，负载上的电流从左向右。当 S1 和 S4 断开，S2 和 S3 闭合，

负载上的电流从右往左。通过这种方法就可以将直流电逆变成为交流电，而且通

过控制开关的频率可以控制交流电的频率。类似的电力变换还有很多，如风力发

电和太阳能发电产生的电力是不稳定的粗电，需要精炼之后才能上传到电网上使

用；照明用的 LED 灯需要将镇流器先将交流电转为直流电；快充蓄电池也需要将

交流电先转变为直流电；电动骑车中不同的电子设备（如显示屏、车灯、雨刷器

38

等）使用的电压不同，需要将蓄电池输出的电压进行升压或降压。电子电力技术

已经渗透进了人们生活的方方面面。

逆变电路原理

功率半导体器件可以用来控制电路通断，从而实现电力变换。一般讲额定电

流超过 1A 的半导体器件归类为功率半导体器件，这类器件的阻断电压分布在几

伏到上万伏。常见的功率半导体器件有金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、

绝缘栅双极晶体管芯片（IGBT）及模块、快恢复二极管（FRD）、垂直双扩散金

属-氧化物场效应晶体管（VDMOS）、可控硅（SCR）、5 英寸以上大功率晶闸管

（GTO）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等。

功率半导体产品示意图

功率半导体是我国汽车工业、高铁、空调洗衣机、电网输电等系统应用的上

游核心零部件，战略地位突出。

功率半导体下游主要应用

39

2.功率半导体器件分类功率半导体器件可以分为不可控、半控型和全控型三种。半控型只能通过控

制信号控制其导通而不能控制其关断，典型的有晶闸管。全控型则可以通过控制

信号来控制其导通和关断，典型的有 MOSFET和 IGBT。目前在中小功率范围内，

全控型器件已经取代了过去传统的半控型器件晶闸管，但是因为晶闸管的击穿电

压更高，因此在大功率应用领域还有较大份额。从本质上讲，功率半导体器件与

集成电路（IC）芯片非常类似，他们都有 PN 结、双极型晶体管、MOS 结构组成，

因此两者的理论基础相同，大多数工艺也相同。不过功率半导体用于电力变换和

控制，而集成电路芯片用于信息处理，前者需要工作在几伏到上万伏的环境中，

而后者只工作在几伏的环境中，用高低电平来表示 1和 0.

功率半导体分类

在半导体产业中，功率半导体产值在 180-200亿美金。功率半导体产品形态

多种多样，几乎所有与电力能源相关的产品都需要用到功率半导体器件。按照年

产值贡献口径，IGBT、MOSFET、二极管及整流桥是功率半导体最主要的三个产

品类别，占据功率半导体八成左右市场。

40

功率半导体市场容量最大的三类产品：IGBT、MOSET、功率二极管及整流桥

下面将对 IGBT、MOSFET重点介绍：

2.1 MOSFET

MOSFET和 IGBT是目前最常用的两种功率半导体器件。金属氧化物半导体场

效应晶体管（MOSFET），简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟

电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。通过在栅极（G）上施

加电压，使得源极（S）和漏极（D）之间导通，当撤去电压或施加负电压，则使

得源极（S）和漏极（D）之间断开。n 基极层是为了防止在关断的情况下元件被

高压击穿。因此需要承受的电压越高，n 基极层就越厚，电阻也就越大。

为了改善 MOSFET 的电压耐受性，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在 MOSFET的基础上增加一层 P+层，与 n 基极层形成了一个 pn二极管。在关断情况下，形

成的 pn结承受了绝大部分电压，而结构中的 MOSFET 不需要承受高压，因此提

高了元件的耐压性能。因此 IGBT 一般用在高压功率产品上，电压范围一般

600V-6500V；MOSFET应用电压相对较低，从十几伏到 1000V。但是 IGBT 的延迟

时间要大于 MOSFET，因此 IGBT应用在切换频率低于 25kHz 的场景，而 MOSFET可以应用于切换频率大于 100kHz的场景。

MOSFET 内部结构 IGBT 内部结构

全球功率 MOSFET的主要厂商有英飞凌、安森美半导体、瑞萨等国际巨头。

41

其中英飞凌在功率MOSFET 的市场份额达到 26.4%，是第二位的安森美半导体的

两倍，是功率 MOSFET行业的龙头。国内的功率 MOSFET市场份额也主要被英飞

凌、安森美半导体、萨瑞等国际巨头占据，只有士兰微和华微电子分别占据了

1.9%和 1.1%的市场份额，进口替代的空间巨大。

2016 年全球功率 MOSFET 主要厂商市场份额 2016 国内功率 MOSFET 主要厂商市场份额

国内功率 MOSFET 的主要生产厂商

42

2.2 IGBT

IGBT（绝缘栅双极型晶体管），是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压

的功能，导通时可以看做是导线，断开时当做开路。IGBT 模块结构简图如下图

所示：

IGBT应用领域及其广泛，小到家电、数码产品，大到轨道交通、航空航天，

以及清洁发电、新能源汽车、智能电网等战略性新兴产业都会用到 IGBT。按电

压分布来看，消费电子领域所用的 IGBT 一般在 600V以下；太阳能逆变器和新能

源汽车通常在 1200V左右；轨道交通所使用的 IGBT电压在 3300V-6500V 之间。

按电压分布 IGBT 各应用领域

根据中国产业信息网数据，截至 2015 年，我国 IGBT 市场规模 94.8 亿元，

2008-2015年复合增长率达到 13.65%；但我国 IGBT 起步晚，国产化率仅为 10%，其余 90%的 IGBT 仍然依赖进口。

43

我国 IGVT 市场规模复合增长率达 13.65% 我国 IGVT 器件国产化率仅 10%

我国大功率 IGBT在轨交领域率先实现了自主研发和进口替代，新能源汽车

领域相对薄弱，进口替代进行时。在新能源汽车领域，IGBT 主要运用于电力驱

动系统、车载空调系统和充电桩。①IGBT 主要用于电机控制器中，在电机控制

器的成本占比约为 30%，IGBT 将动力电池的直流电逆变成交流电提供给驱动电

机。②充电桩中，IGBT 主要运用于直流快充电桩，直流电桩通过三相电网输入

交流电，经过三相桥式不可控整流电路整流变成直流电，滤波后提供给高频

DC-DC 功率变换器，进而输出需要的直流，为电动汽车动力蓄电池充电。③车载

空调系统中也会用到 IGBT，实现小功率的 DC/AC逆变，从而驱动空调系统运行。

IGBT 在电动汽车领域的典型应用

根据行业研究数据，新能源汽车所用的 IGBT 一般约占电动汽车总成本的

10%。截至 2016 年年底，我国新能源汽车产量达到 51.7 万辆；2016 年 11 月国

务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》：到 2020 年，新

能源汽车实现当年产销 200万辆以上，累计产销超过 500万辆。根据我们的测算，

2017-2020 年我国吸能元汽车平均增速约为 40%，2017-2020 年新能源汽车产量

约为 516万辆，按照平均每辆车 10 万生产成本，IGBT占比 10%计算，2017-2020年，新能源汽车所带动的 IGBT市场规模将达到 516亿元。

44

我国新能源汽车产品预计每年 40%增速

IGBT主要运用于直流充电桩。2015 年 11月，发改委、能源局、工信部、住

建部四部委联合印发《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》通知，

明确到 2020 年，新增集中式充换电站超过 1.2 万座，分散式充电桩超过 480 万

个，以满足全国 500万辆电动汽车充电需求。

目前我国充电桩市场存量约为 20万座，十三五期间仍有近 500 万充电桩的

建设需求，假设其中直流充电桩 100万座，单位成本 10万，IGBT占总成本比例

为 20%，则 2017-2020 年，充电桩所带动的 IGBT市场规模将达到 200亿元。

综上，整个新能源汽车领域（汽车+充电桩）的快速布局和发展，将有力拉

动 IGBT市场需求，十三五剩余期间（2017-2020），IGBT 在新能源汽车产业的市

场规模将超过 700亿元。

IGBT方面全球 IGBT市场中最主要的供应厂商包括英飞凌（Infineon）、三菱

（Mitsubishi）、富士电机（Fuji Electric）、东芝（Toshiba）、ABB、仙童（Fairchild）。其中，西门康、仙童等企业在消费级 IGBT领域处于优势地位：ABB、英飞凌、三

菱电机在中等电压的工业级 IGBT领域占据优势；在 3300V 以上高电压等级的领

域，英飞凌、ABB、三菱三家公司占据垄断地位，代表着国际 IGBT技术的最高水

平。

根据英飞凌年报，2015 年英飞凌以 27.6%的市占率稳坐全球 IGBT 市场头把

交椅，其次为三菱电机和 Fuji，分别为 20.6%和 12.5%的市场份额；全球 CR5 达

到 73.2%，集中度较高。

45

2015 年全球功率半导体器件 IGBT 市场份额占比

国内 IGBT 产业起步较晚，产业链中主要有 26 家企业，其中 IDM 模式企业

有 7家，封装模块企业 6 家，芯片设计 10家，芯片制造 5 家。

国内 IGBT 产业链主要公司及主要产品

序号 公司 类型 地点 主要产品及服务

1 中车时代电气 IDM 株洲1200-6500V高压模块，国内唯一自主掌握高铁动力 IGBT芯片及

模块技术的企业

2 深圳比亚迪 IDM 深圳工业级 IGBT模块，汽车级模块（新能源车用与上海先进合作）、

600V IGBT单管、IGBT驱动芯片

3 杭州士兰微 IDM 杭州

300-600V穿通型 IGBT工艺，1200V 非穿通型工艺，面向电焊机、

变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS 电源、家电、消费电子。

IGBT 现有的 6 英寸生产线一个月投片已达到 12000 甚至 15000片，首家全面掌握变频电机智能功率模块各项核心技术的公司。

4 吉林华微 IDM 吉林

2/4/5/6 英寸等多公里半导体分立器及 IC 芯片生产线，应用于逆

变器、电磁炉、UPS 电源，目前公司第六代（FS-Trech）IGBT 产品已研发成功，在新能源汽车、充电桩、变频家电等领域取得了

良好的应用反馈。

5 中航微电子 IDM 重庆 1200V/20-50A IGBT功率器件。

6 中环股份 IDM 天津用于消费电子 IGBT已经量产，1200V 沟槽 IGBT还在研发，节能

型功率器件可用于充电桩。

7 扬杰科技 IDM 扬州 规划 8 寸 IGBT晶圆建设（第三/四代）

8 中车西安永电 封装 西安1200V-6500V/75-2400A 高压模块，主要面向轨道交通、智能电网

等高压领域。

9 西安爱帕克 封装 西安 600V-1200V/50-400A模块

10 威海新佳 封装 威海1200V/50-300A 模块，应用于 AC 和 DC 电机控制、变频器、UPS等领域。

11 江苏宏微 封装 常州600V-1200V/15-60A 单管、600V-1700V/15-80A 模块，应用于特种

电源、电焊机、UPS、逆变器、变频器等领域。

12 嘉兴斯达封装

设计嘉兴 600-3300V/1800-3700A 模块。

13 南京银茂封装

设计南京

600-1700V/15-200A 模块，应用于工业变频、新能源、电源装备

等领域。

14 中科君芯 设计 无锡

国内唯一全面掌握 650-6500V 全电压段 IGBT 芯片技术企业，面

向电磁感应加热、变频家电、逆变焊机、工业变频器、新能源等

领域。

15 西安芯派 设计 西安650-1700V/80-600A IGBT，用于电源管理、电池管理、电极控制

及充电桩等领域。

46

16 吉林华微斯帕克 设计 吉林 智能功率模块及大功率 IGBT模块。

17 宁波达斯 设计 宁波单管、模块、面向逆变焊机、工业领域、白色家电、充电桩、

UPS 电源、光伏逆变器、空调、电磁感应加热

18 无锡同方微 设计 无锡600/1200/1350V，用于交/直流驱动，UPS、电磁炉、逆变器、开

关和共振模式电源供给等。

19 无锡新洁能 设计 无锡Trench NPT/Trench FS 工艺，1200/1350V，用于电磁加热等各类开

关。

20 金芯微电子 设计 上海 电磁炉领域。

21 山东科达 设计 东营

600V，1200V单管、模块，应用于电磁炉、小功率逆变器、逆变

焊机、无刷马达控制器、UPS、开关电源、液晶电视、太阳能等

领域。

22 华虹宏力芯片

制造上海

拥有 600-1200V/Trench FS及 1700V Tench NPT工艺，3300V-6500V高压芯片在研发。

23 上海先进芯片

制造上海 为英飞凌代工

24 深圳方正微芯片

制造深圳 提供分立器件 IGBT晶圆制造技术

25 中芯国际芯片

制造上海 代工厂

26 华润上华芯片

制造无锡 1200V planar NPT IGBT工艺。

以上公司分布如下图所示：

47

二、功率半导体产业链分析

功率半导体产业链比较长，产业链上的企业众多，包括多晶硅企业、单晶硅

及硅片制造企业、功率半导体设计企业、功率半导体芯片制造企业和封装测试企

业。多晶硅处于最上游的位置，国外的生产企业包括 Wacker、Tokuyama 和住友

等公司，国内的生产企业包括新光硅业、洛阳中硅、乐电天威硅业和神舟新能源

等。单晶硅及硅片生产企业以多晶硅为原料，生产出符合功率半导体使用的单晶

硅以及单晶硅硅片，国内的生产企业包括中环股份、有研硅股、立立电子等。功

率半导体设计企业包括华微电子、士兰微、科达股份和凤凰半导体等。功率半导

体芯片制造企业包括华微电子、上海现金、上海贝岭等，而芯片封装测试企业包

括长电科技、斯达半导体等。

功率半导体行业产业链

48

三、功率半导体器件市场分析

我国的功率半导体器件的起步虽然较晚，但是市场规模增长迅速。从 2011年的 1386 亿元增长到 2016 年的 2088 亿元，年均复合增速达 8.53%。已经成为

全球最大的功率半导体市场之一。但是我国的功率半导体生产厂商与国际巨头相

比还有较大差距。2015年全球主要的功率半导体厂商均为英飞凌、德仪、STM、

恩智浦等国外企业。国内功率半导体器件需要大量进口，如 IGBT有 90%依赖进

口。

我国功率半导体的市场规模 2015 年全球功率半导体主要厂商市场份额

全球功率半导体巨头主要集中美国、欧洲、日本三个地区。大陆、台湾地区

厂商主要集中在二极管、晶闸管、低压 MOSET 等低端功率器件领域、中高压

MOSFET等高端器件主要由欧美日厂商占据。

全球前十大功率半导体巨头 2016 年营业收入情况（亿人民币）

1.IGBT 产业格局

全球 IGBT 器件及模块 2015 年销售额 39.44 亿美金，德国英飞凌及赛米控

（semikron），日本三菱及富士电机，美国仙童半导体基本把控了全球 IGBT 市

场，前五大厂商占据了 73.2%的市场份额。

49

2015 年 IGBT 器件及模块市场格局

2.MOSFET 产业格局

2015年功率 MOSFET 市场产值达到 54.84亿美金，英飞凌、仙童半导体、日

本瑞萨电子、欧洲意法半导体、日本东芝等厂商占据了绝大部分市场份额，前五

大厂商的市场占有率合计达到了 60.1%。

2015 年功率 MOSFET 市场格局

3.二极管产业格局

据世界半导体贸易组织数据，全球功率二极管及整流桥市场容量约为 368亿元人民币。IGBT及 MOSFET 市场相对集中，而功率二极管及整流桥产业市场格

局相对分散，从分散走向集中是大势所趋。二极管及整流桥的芯片制造环节具有

明显的规模效应，我们认为龙头企业规模扩大后会挤占掉小型厂商的生存空间，

实现更高的行业市占率和集中度。

全球主要功率二极管厂商

50

四、产业趋势

产业趋势一：功率器件供需紧张，产业进入前所未有的景气周期

1. 产业进入前所未有的景气周期

今年，半导体产业呈现出全产业链景气的态势，从上游设备材料、中游芯片

制造、到终端芯片器件成立，订单量均出现远超往年的增长速度。Gartner 预测

今年全球半导体产值将达到 4014亿美金，产值首次突破 4000亿美金大关。

2017 年半导体产值成长率

半导体产业产值发展里程碑（亿美金）

2. MOSFET 率先上调价格，吹响功率器件价格周期集结号

今年 9 月，国内 MOSET 大厂率先上调价格，长电科技对旗下所有 MOSFET产品价格全面上调 20%。随后深圳德普微电子上调 MOSFET 产品价格。

此轮涨价主要有两方面原因：

一是今年半导体上游材料硅片价格上涨使得下游芯片成本上升，器件厂商不

得不涨价维持利润；

二是应用于汽车的功率器件用量大幅上升，功率器件整体市场需求超预期，

造成供需缺口。

业内上调 MOSFET 价格的调价通知函

51

3. 二极管及整流桥订单出货量比值上升至历史高峰，交货期大幅延长

功率二极管市场供给紧张，行业龙头交货期大幅延长。从今年二季度开始，

Visahy的订单量暴增，订单出货量比值达到 1.22，三季度 Vishay订单出货比值进

一步攀升至 1.44，中高端二极管市场进入前所未有的景气周期。

目前行业龙头厂商 Vishay今年二季度的二极管交货期已经拉长至 5.8 个月，

远远高于 2个月左右的正常交货期。

功率二极管市场供需趋于紧张，Book-to-bill 比值拉升至 1.4 以上

功率 MOSFET 供需紧张，Book-to-bill 比值拉升至 1.37

52

4. 行业巨头芯片产能调整，进一步加大供需缺口

二极管行业巨头达尔科技（Diodes）在今年三季度关闭了美国芯片制造工厂

Kfab，所需要的芯片缺口将通过外购方式获得，巨头的产能调整进一步加大了供

需缺口。

达尔科技（Diodes）全球共有 3个芯片生产基地（wafer fab）,关厂加剧产能紧张

全球半导体市场大概率进入新需求景气周期。从历史数据来看，全球半导体

市场大概 4~6 年为一个周期。从 2016Q4 开始，全球半导体市场规模数据出现

显著回暖，2017H1 全行业市场规模为 1878 亿美元，同比增长 19.3%，Gartner预计全年有望首次突破 4000 亿美元。

53

产业趋势二：电动化趋势下，汽车功率器件用量翻倍

1. 汽车功率半导体 ASP 翻倍

电动化趋势下，汽车半导体用量翻倍以上的增长。根据 strategic analysis 数据，传统燃油车的半导体用量 338 美金单辆车，电动汽车的半导体用量达到了

704美金，增长幅度达到 108%。电动车新增的半导体用量集中在功率器件产品，

单量汽车将新增 282美金的功率器件用量。功率器件在单辆车的半导体用量占比

从汽油车的 21%提升至电动车的 55%。

电动汽车功率器件价值量（单车 ASP）翻倍

到 2030 年，汽车电子成本占比达到 50%

单辆汽车的功率转换系统主要有：（1）车载充电机（charger on board），

（2）DC/AC系统，给汽车空调系统、车灯系统供电，（3）DC/DC 转换器（300V到 14V的转换），给车载小功率电子设备供电，（4）DC/DC converter(300V 转换

为 650V），（5）DC/AC逆变器，给汽车马达电机供电。（6）汽车发电机。

电动汽车将搭载大量新的功率模块，拉动功率半导体快速发展。传统燃油车

的电力供应主要由汽车怠速以上运转带动发电机发电实现电力供应。电动汽车将

54

新增大量与电池能源转换相关的功率半导体器件，功率半导体应用大幅上升。

电动汽车主要功率模块图解

汽车 PCU(功率控制单元)电路图

2. 增量一：电极控制系统新增大量功率器件应用

电动汽车新增大量 IGBT 功率器件应用。TESLA model S 车型使用的三相异步

电机驱动，其中每一相的驱动控制需要使用 28颗塑封的 IGBT芯片、三相共需要

使用 84 颗 IGBT芯片。Model S 中的 P85D车型采用峰值功率 310kW 的交流感应

电机，峰值电流达到 1200安培，性能要求较高，目前仅有几家国际巨头厂商具

有生产能力。Tesla P85D采用 IGBT芯片来自 international rectifier。

55

特斯拉拆解图：电动汽车新增大量 IGBT 功率器件用量

3. 增量二：充电桩、汽车充电器新增大量功率器件需求

充电桩及汽车充电器（charger on board）是电动化趋势下完全新增的功率器

件，是动力总成以外的功率半导体增长的主要驱动力之一。

现阶段，主流直流电充电桩的功率在 60kW 和 120kW，如果采用 15kW 的功

率模块，则需要 4 个或 8个功率模块，目前充电桩的功率模块有两种解决方案，

一是采用 MOSFET 芯片，另一种是采用 IGBT 芯片。另外汽车上会配置一颗板上

充电器（charger on board）用于管理充电过程。

充电桩、汽车充电器是汽车半导体完全新增应用，驱动功率半导体快速成长

56

产业趋势三：二极管、晶闸管进口替代率持续上升，MOSFET、IGBT 进口替代刚刚起步

1.进口替代空间巨大

目前国内厂商市占率不足 1%，国产替代空间巨大。根据 WSTS（全球半导体

贸易统计协会）数据，全球功率分立器件市场容量 2016年为 187亿美金。目前

以汤杰科技、捷捷微电力为代表的功率半导体龙头企业市场占有率不到 1%，进

口替代的空间巨大。

全球分立器件市场容量（亿美金）

2.功率半导体主要市场在中国，国产品牌替代率上升是大势所趋

中国是功率半导体最大的市场，国内厂商与下游客户的距离更近，与本土客

户的沟通交流更加顺畅，能够对客户的需求做出更加快速的响应。功率二极管国

际一线品牌厂商达尔科技 58%的收入来自中国，功率器件领导品牌 NXP 有 41%的收入来自中国。目前二极管及中低压 MOSFET 等成熟产品线，国外厂商占据着

大部分市场份额。相比国外厂商，国内厂商在服务响应客户需求，降低成本等方

面具有竞争优势，功率器件国产品牌替代率逐渐上升是大势所趋。

达尔科技最大的市场在中国

英飞凌最大市场在中国

57

NXP 最大市场在中国

3.大陆本土厂商成本领先，盈利能力远远高于海外厂商

在成熟产品线领域，大陆厂商具有成本优势。二极管产品线，大陆龙头厂商

扬杰科技的盈利能力远远高于台系厂商。

扬杰科技与台系二极管厂商盈利能力对比

杨杰科技与欧美二极管及整流桥厂商盈利能力对比

欧美功率器件厂商的产品分布在全球各地，一般来说前段芯片制造制程产能

主要分布在欧美地区，后段封装制程则主要分布在菲律宾、马来西亚、中国大陆

等地区。在二极管等产品线上，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，二大陆厂商芯片、封装、销售集中在某一区域，能为客户提供

更好的技术服务。

58

NXP 的生产产能区域分分布

产业趋势四：碳化硅技术革命将重塑行业格局，国内厂商有望玩到超车

1.碳化硅器件优势明显，是下一代功率半导体发展方向

回顾功率半导体的发展历史，技术进步不断诞生新型的功率器件。1957 年

美国通用电气研制出世界上第一只晶闸管，开启了功率半导体产业发展的序幕。

六十到七十年代是晶闸管同志功率器件的全盛时代；八十年代晶闸管与 MOSFET共同住到了功率器件市场；到九十年代，晶闸管逐步让位于 MOSFET及 IGBT，中

小功率应用 MOSFET开始主导市场，IGBT则统治了重大功率应用。

功率半导体器件形态更新换代历史

碳化硅和氧化镓是下一代功率半导体的核心技术方向。碳化硅器件的效率、

功率密度等性能远远高于当前市场主流产品。受制于成本因素，碳化硅功率器件

市场渗透率不到 1%。我们判断技术进步将推动碳化硅成本快速下降，中长期看

碳化硅器件将会是功率半导体的市场主流产品。

碳化硅相对硅器件的优势相比硅器件，碳化硅器件具备高耐压、低损耗、高效率的特点，是理想的功

59

率管理元件。

工作频率高：硅基 IGBT 一般工作在 20kHz 的频率，而碳化硅 MOSFET 在

100kHz的频率下依然能够保持高效率的运转。

耐受温度高：碳化硅基器件能够耐受更高的工作温度，硅基 IGBT 最多在

150-200度工作，而碳化硅基 MOSFET在 200-250度依然能够正常工作。

效率高：碳化硅器件的开关损耗及导通损耗大幅降低。一般开关损耗是硅器

件的 15-30%，大幅提升能源的利用效率。

总结起来，碳化硅最核心的优势有两方面：一是开关损耗小、导通损耗小，

因而嗯呐国元利用效率远远高于硅器件，损耗仅仅为同等硅器件的 15%-30%；二

是模块尺寸小。由于碳化硅芯片能工作在更高的频率，与之配套的外围电容电感

尺寸大幅缩小，碳化硅模块的尺寸往往仅仅为硅器件模块的 1/5。

硅及第三代半导体材料关键电子参数对比

特性 硅 碳化硅 砷化镓 氮化镓

能带间隙 1.12 3.26 1.43 3.5电子迁移率 1400 900 8500 2000击穿电强 6 3 0.4 3热导率 1.5 4.9 0.5 1.3

饱和漂移速度 1 2.7 2 2.7

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、电动汽车动力总成、光伏微

型逆变器领域等应用。

碳化硅产品化的里程碑事件

碳化硅器件的市场定位于功率在 1kW-500kW 的应用，工作频率定位在 10kHz-10MHz。

60

各种功率半导体器件的工作频率及工作电压

碳化硅功率器件年产值

2.碳化硅重在中大功率，氮化镓重在中小功率

碳化硅、氮化镓在应用领域上略有区分，碳化硅的优势应用领域集中在中大

功率应用，而氮化镓集中在中小功率应用。

61

碳化硅与氮化镓应用领域的区分

3.碳化硅成本不断下降，渗透率将持续提升

2012年碳化硅二极管的成本是硅肖基特基二极管的 5-7倍，碳化硅 MOSFET是硅基MOSFET成本的 10-15倍。经过 3年时间，碳化硅二极管的价格下降了 35%，碳化硅 MOSFET的价格下降了 50%。

我们认为碳化硅成本将持下降，驱动成本下降的主要有以下几个因素：

①4寸线向 6 寸线千一的过程降低 20-40%的成本。

②碳化硅外延片技术在持续进步，科技污染等缺陷率在持续下降，推动芯片

良率大幅上升。

③随着规模的扩大和经验的积累，碳化硅芯片制程工艺日益成熟，制造的良

率在持续提升。

目前，碳化硅、氮化镓产品的成本相对较高，应用领域受限于一些性能要求

高的领域。整体来看，碳化硅器件的良率和硅工艺有着明显的差距。

碳化硅器件单价持续下降

4.汽车应用将推动碳化硅渗透率快速上升

汽车应用领域，碳化硅器件替代硅器件是确定的发展趋势，碳化硅功率器件

的应用领域在持续的拓展。早期碳化硅主要应用于功率校正电路（power factorcorrection 电路），目前量产应用领域已经拓展至光伏逆变器、汽车车载充电机

（onboard charger）.预计 2019-2020 年，电动车动力系统将导入碳化硅功率器件，

进一步拓宽量产应用领域。

目前 Tier1汽车供应链企业都在尝试导入碳化硅，积极开展碳化硅功率器件

62

的测试工作。丰田在 2015年 2 月启动了碳化硅功率器件。据产业链调研信息，

比亚迪已经在电动车车载充电机（charger on board）导入碳化硅功率器件。

配置碳化硅器件的丰田路测车辆

碳化硅功率系统的 BOM 成本仅仅比硅基功率系统高 60%，我们认为随着碳

化硅成本的进一步降低，大规模替代硅基功率器件势在必行。当碳化硅/氮化镓

工作在更高的开关频率，所需要的配套外围电子元件、冷却系统成本大幅降低。

虽然论单个器件成本，碳化硅/氮化镓是硅基器件的 5 倍以上。但是论系统整体

成本，碳化硅/氮化镓的 BOM 成本在 732美金，而响应的硅基 IGBT功率模块的

BOM 成本约为 458美金，碳化硅功率系统仅仅比硅基功率系统成本高出 60%。

混合动力汽车的逆变器（含功率半导体）成本分拆

5.国内产业链初具雏形

碳化硅产业链可分为三个产业环节，一是上游衬底、二是中游外延片，三是

下游器件制造。国外供应链体系主要有：

衬底：Cree、Rohm、EPISIL。EPI外延片：Cree、Rohm、英飞凌、GE、三菱。

器件：英飞凌、Cree、Rohm、意法半导体、美高森美、GenSiC、三菱。

碳化硅器件方面，国际上碳化硅 SBD、碳化硅 MOSFET均已实现量产，产品

63

耐压范围 600V-1700V，单芯片电流超过 50A。

国际碳化硅产业链主要公司

国内已经形成相对完整的碳化硅产业链体系。

衬底材料：山东天岳、天科合达、河北同光晶体、北京世纪金光。

EPI硅片：东莞天域半导体、厦门瀚天天成。

器件：泰科天润、瀚薪、扬杰科技、中电 55 所、中电 13 所、科能芯、中车

时代电气。

模组：嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气。

目前碳化硅市场处于起步阶段，国内厂商与海外传统巨头之间差距较小，国

内企业有望在本土市场应用中实现弯道超车。国内企业已经在碳化硅 SBD 形成

销售收入，碳化硅 MOSFET的产业化尚在原型器件研制阶段。另外国内已经开发

出 1700V/2000A 的混合模块（硅 IGBT 与碳化硅 SBD 混合使用）、4500V/50A 等

大容量全 SiC 功率模块。

国内碳化硅产业链

64

第三部分 国家政策

一、以史为鉴：成功路径再复制

历史经验来看，韩国政府助力三星反周期投资，成就液晶面板全球霸主。1990年代， 三星的液晶面板业务在韩国政府支持之下高负债运营，连续亏损时间长

达 9 年。三星先后从韩国政府获得超过 60 亿美元政策贷款进行反周期投资，

在 1995~1996 年面板行业第二次衰退周期中建成第一条 3 代线，1997 年亚洲

金融危机爆发后，三星继续投建 3.5 代线，一举成为行业翘楚。

三星 DRAM 业务依托政府背书稳居龙头地位：1980 年代 DRAM 市场景气

不佳，到 1986 年底，三星半导体累计亏损达 3 亿美元，尽管美日多家公司缩

减产能或退出市场，三星仍依靠政府的扶持进行逆周期投资。2000-2010 年间，

三星电子从韩国政府获得的税收减免共计约 87 亿美元。2014 年，三星电子在

DRAM 全球市场获得了 39.6%的市场份额，2016 年， 三星电子在全球移动

DRAM 市场份额达 64.5%，龙头地位无可撼动。

从三星的经验来看，集成电路产业需时以十年计，数以每年千亿计的高投入，

而大陆刚刚站在投入起点。（1）集成电路产业需要时间跨度上长达十年的长期

持续投入。三星半导体业务从上世纪 80、90 年代起持续由政府扶持进行投资，

近十年来，三星半导体资本支出稳定处于高位。（2）集成电路产业需要资金量

的极大投入。横向对比三星、英特尔、台积电， 三星资本支出近五年均为最高，

均超 100 亿美元，资金量巨大，因而能够保持产业巨头优势。

中国大陆大基金于 2014 年成立，目前仅仅成立三年时间，投资资金约千亿

人民币，从韩国成功经验来看，欲培育出一批国际先进企业，仍然需以十年，以

每年千亿计的持续投入。

65

二、黄金起点：大陆芯片产业正站在承接转移黄金十年的起点

近年来集成电路扶持政策密集颁布，融资、税收、补贴等政策环境不断优化。

2010-2017 年我国集成电路产业相关政府文件大事记

时间 政策名称 政策核心内容

2011 年 2 月《进一步鼓励软件产业和集成电路

产业发展若干政策》(新 18 号文)

加大对重大科技专项资金支持，鼓励和引导社会资金、金融企业向该

领域投入，支持企业进行知识产权专利申请，支持企业引入海外人才。

对集成电路线宽小于 0.8 微米的生产企业，实行“两免三减半”政

策，对线宽小于 0.25 微米或投资超过 80 亿的生产企业，减按 15%征税或实行“五免五减半”政策(针对经营 15 年以上的企业)。

2011 年 11 月《关于退还集成电路企业采购设备

增值税期末留抵税额》

解决集成电路重大项目企业采购设备引起的增值税进项税额占用资金

问题，决定对其因购进设备形成的增值税期末留抵税额予以退还。

2012 年 2 月《集成电路产业“十二五”发展规

划》

主要目标包括：

(1)到“十二五”末，集成电路产业规模再翻一番以上，产量超过 1500

亿块，销售收入达 3300 亿元，年均增长 18%。

(2)培育 5-10 家销售收入超过 20 亿元的骨干设计企业，1 家进入全

球 IC 设计企业前十位；1-2 家销售收入超过 200 亿元的骨干芯片制

造企业；2-3 家销售收入超过 70 亿元的骨干封测企业，进入全球封

测业前十位；形成一批创新活力强的中小企业。

2012 年 4 月

《关于进一步鼓励软件产业和集成

电路产业发展企业所得税政策的通

知》

集成电路线宽不大于 0.8 微米的集成电路生产企业，经认定后，在

2017 年 12 月 31 日前自获利年度起计算优惠期，第一年至第二年免

征企业所得税，第三年至第五年按照 25%的法定税率减半征收企业所

得税，并享受至期满为止。

集成电路线宽小于 0.25 微米或投资额超过 80 亿元的集成电路生产

企业，经认定后，减按 15%的税率征收企业所得税，其中经营期在 15

年以上的，在 2017 年 12 月 31 日前自获利年度起计算优惠期，第

一年至第五年免征企业所得税，第六年至第十年按照 25%的法定税率

减半征收企业所得税，并享受至期满为止。

2013 年 7 月《无锡市微电子产业发展规 划

（2013-2020）》

规划目标：到 2015 年，实现微电子产值规模超千亿元，形成近 5 家

微电子年收入超 50亿元的骨干企业、2 家年收入超 100 亿的龙头企

业，推动全产业链上下游的互动与合作，形成设计在无锡，制造在无

锡和封装在无锡的新格局，使无锡集成电路产业点、线、面深度结合，

全面发展。到 2020 年无锡市微电子产业在国内地位进一步提升，企

业进入全国同业十强的比例明显增多，若干企业进入全球十强行列。

2013 年 10 月 《合肥市集成电路产业发展规划》

规划目标：十年内将合肥市建设成为我国集成电路产业集聚区、世界

集成电路产业转移地、具有较高国际知名度和较大国内影响力的“中

国硅谷”。

2014 年 6 月 《国家集成电路产业发展推进纲要》

主要目标包括：

(1)到 2015 年，集成电路产业发展体制机制创新取得明显成效，建立

与产业发展规律相

适应的融资平台和政策环境，集成电路产业销售收入超过 3500 亿元。

(2)移动智能终端、网络通信等部分重点领域集成电路设计技术接近国

际一流水平。

(3) 32/28 nm 制造工艺实现规模量产，中高端封装测试销售收入占封

装测试业总收入比例达到 30%以上，65-45nm 关键设备和 12 英寸硅

片等关键材料在生产线上得到应用。

2015 年 3 月《2015 年工业强基专项行动实施方

案》

将加快推进高端芯片、新型传感器、智能仪表和控制系统、工业软件、

机器人等智能装置的集成应用，提升工业软硬件产品的自主可控能力。

通过 10 年左右的努力，力争实现70%的核心基础零部件(元器件)、

关键基础材料自主保障，部分达到国际领先水平。

2015 年 6 月《湖南省集成电路产业发展规划》和《湖南省关于鼓励集成电路产业

发展的若干政策》

规划目标：（1）2015-2017 年，重点扶持 2-3 家集成电路龙头企业，

培育一批以工业控制、轨道交通、数字电视、汽车电子、卫星导航芯

片为主业的集成电路企业。（2）2017-2020年，将建成拥有国际先进

水平的集成电路特色工艺生产基地。通过制造、设计和市场的联动，

推动至少 8 家集成电路公司上市，实现产业产值突破 400 亿元，成

66

为国家重点集成电路产业基地。

2015 年 10 月 《集成电路产业“十三五”发展规划》

2020 年实现销售收入 9300 亿元；移动智能终端、网络通信、云计算、

物联网、大数据等重点领域集成电路设计技术达到国际领先水平；通

用微处理器、存储器等核心产品形 成自主设计与生产能力；16/14nm

制造工艺实现量产，封装测试技术进入全球第一梯队，关键装备和材

料进入国际采购体系，基本建成技术先进、安全可靠的集成电力产业

体系。

2017 年 10 月 《崂山区微电子产业发展政策》培育壮大产业主体、引进培育专业人才、拓宽企业融资渠道、强化企

业协同创新

作为信息产业的核心，国家先后出台《关于加快培育和发展战略性新兴产业

的决定》、《鼓励集成电路产业发展企业所得税政策》等一系列鼓励扶持政策，

从税收、资金、人才培养等各个维度为半导体产业给予扶持和推动。其中，以

2014 年 6 月国务院发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》最为重要。《纲

要》明确提出到 2020年，IC产业与国际先进水平的差距逐步缩小，封装测试技

术达到国际领先水平，关键装备和材料进入国际采购体系，基本建成技术先进、

安全可靠的集成电路产业体系，实现跨越式发展。同时设立产业基金，帮助其并

购国际大厂，或与国际大厂通过合资设立新公司方式进行合作。这一系列政策显

示出国家扶持半导体产业的决心。《国家集成电路产业发展推进纲要》，定调“设

计为龙头、制造为基础、装备和材料为支撑”，以 2015、2020、2030 为成长周

期全力推进我国集成电路产业的发展：目标到 2015 年，集成电路产业销售收入

超过 3500 亿元；到 2020 年，集成电路产业销售收入年均增速超过 20%；到

2030 年，集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，一批企业进入国际第一

梯队，实现跨越发展。

《国家集成电路产业发展推进纲要》总体目标

在《纲要》的框架下，国家集成电路产业投资基金应运而生。基金将重点投

资 IC 芯片制造业，兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业，推动企业提

升产能水平和实行兼并重组，形成良性的自我发展能力。大基金以公司制形式设

立，以股权投资的市场化机制支持产业发展，这与以往的国家补贴模式有着本质

上的不同。大基金投资总期限计划为 15 年，分为投资期（2014—2019年）、回

收期（2019—2024 年）、延展期（2024—2029年）。国家集成电路产业投资基

金（大基金）的运作包含两部分，一是大基金自身，其募集与投资共分为两期，

67

第一期重点关注集成电路制造领域，共募集 1387.2 亿元。第二期重点关注集成

电路的设计领域，目前正在酝酿中，预计不低于千亿规模；二是地方资本，截至

2017 年 6 月，由大基金撬动的地方集成电路产业投资基金（含筹建）共达 5145亿元。

大基金归 ICF 股份有限公司所有，股东除财政、社保、地方政府资金外，

还包括中国移动、中国联通、中国电信、中国电子、中国电科等电子信息公司，

以及华芯投资、武岳峰等专注半导体产业的投资机构。大基金唯一管理人为华芯

投资管理有限责任公司，托管银行为国家开发银行，基金投资总期限至 2030 年。

我国集成电路产业投资基金（单位：亿元）

大基金在一级市场、二级市场同步推进，投资策略较为多样化，包括私募股

权、基金投资和夹层投资，退出方式包括回购、兼并收购、公开上市等形式。大

基金具有较为明确的投资进度安排，截至 2017 年 6 月，大基金一期基金已累

计决策投资 55 个项目，涉及 40 家集成电路企业，承诺出资 1003 亿元，实际

出资 653 亿元，进度符合预期。

我国 ICF 基金预计投资进度安排请款

大基金一期重点在制造，其中 28nm 晶圆代工和存储是关键。在一期目前

的投资中，晶圆制造的投资额占 65%，设计占 17%，封测占 10%，装备材料占

8%。大基金晶圆制造方面的投资策略为：重点投资每个产业链环节中的骨干企

业，结合投资另外一些具有一定特色的企业。大基金从两个方面切入晶圆制造：

一是存储器，二是晶圆代工。大基金目前一期的投资已经取得了成效，预计 2017年中国集成电路晶圆制造业销售额为 1390 亿元，2018 年销售额预计将进一步

攀升至 1767 亿元。含外资及存储器在内，目前中国大陆 12英寸晶圆厂共有 22座，其中在建 11座，规划中 1 座；8 英寸晶圆厂 18 座，其中在建 5 座。

68

国家集成电路产业投资基金投资标的（截止 2017/10/16）

按照 IC 产业链，国家集成电路产业基金布局的主要企业

69

大基金定位长期财务投资者，通过海外收购、二级市场协议转让、IPO 前增

资入股、定增等多种方式精准布局 IC 产业的战略白底，形成了国家虚拟“IDM”

平台，帮助众多企业实现业务转型升级、并购整合、产业投融资、做大做强等功

能。成立 3 年来，产业链布局成效显著。大基金所投项目 55 个，包括 40 家 IC企业，涵盖集成电路完整产业链，总共承诺出资 1003 亿元，承诺投资额占首期

募集资金的 72%，实际出资额为 653亿元，约占首期募集资金的 50%。根据大基

金总裁丁文武的介绍。在承诺投资额中，IC设计业、制造业、封测业、装备材料

业的投资金额占比分别为 17%、65%、10%、8%。响应国家号召，地方基金大量成立。半导体产业属于重资本开支行业，一条

12 英寸高制程晶圆产线的投入资金一般要达到几十亿美元，仅仅凭借中央大基

金的资金支持仍然不够。因此在大基金设立的同时，国家也支持设立地方性投资

基金，鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域，以国家资金为

杠杆，撬动大规模资本进入半导体产业。根据人工统计，各省市几乎都有规模不

等的地方基金成立，总计规模超过 3800亿元。半导体产业化过程，设备先行，

行业有望充分受益产业基金的投资。

地方集成电路基金统计

省市 时间 基金名称基金规模/亿元

投资标的

中央 2014年 9 月国家集成电路产

业投资基金1387.2

重点投资集成电路晶圆制造、设计、封测、装

备材料等全产业领域

安徽

2017年 5月 集成电路产业投

资基金

300

2017 年 5 月集成电路天使投

资基金1.1

北京

2013 年 12 月集成电路产业发

展股权投资基金300

瑞典 MEMS 晶圆代工商 Silex 收购案、圆融光

电

2015 年 7 月集成电路海外平

行基金20

福建

2016年 3月厦门国资光电

联合发展基金160

2016 年 6 月安芯产业投资基

金500

广东 2016 年 6 月广东省集成电路

产业投资基金150 主要投向集成电路设计、制造、封测及材料装

备等产业链重大和创新项目。

贵州 2015 年 12 月

贵州华芯集成电

路产业投资有限

公司

18

河北 2016 年 11 月集成电路产业投

资基金100

湖北 2015 年 8 月湖北集成电路产

业投资基金

不低于300 亿

建设武汉中国光谷集成电路产业园区、武汉新芯二期

湖南

2016 年 3 月国微集成电路创

业投资基金2.5

2015 年 7 月南京市浦口区集

成电路产业基金10

70

江苏

2015 年 7 月

南京市集成电

路产业专项发

展基金

500

2016年 12月无锡市集成电路

产业投资基金200

2016 年 12 月无锡市集成电路

产业投资基金200

2017年 2 月海峡两岸集成电

路产业投资基金100

辽宁 2016年 6 月辽宁省集成电路

产业投资基金100

陕西 2016 年 9 月陕西省集成电路

产业投资基金300 围绕陕西省集成电路制造、封装、测试、核心

装备等产业关键环节的重点项目。

上海 2016年 2 月集成电路产业基

金500 100 亿元设计业、100 亿元装备材料业、300亿元

制造业，参与华力微二期

深圳 2015年 10 月集成电路产业引

导基金首期100 亿 中兴微电子

四川 2016 年 5 月

四川省集成电路

和信息安全投资

基金

120

天津 2014年 11 月集成电路设计产

业促进专项基金每年 2 亿

我们认为，从产业链承载的功能与技术布局的角度看，大基金下一个阶段将

重点布局 IC 设计、MEMS、材料与设备、功率半导体等方向。集成电路国家大基

金承担着支持半导体产业发展的历史使命。功率半导体是半导体产业中产值高达

200亿美元的大板块，是关系着高铁动力系统、汽车动力系统、消费及通讯电子

系统等领域能否实现自主可控的核心零部件。功率半导体战略地位突出，国家大

基金必将全力支持。