中文名
芯片
外文名
microchip
别名
微电路、微芯片、集成电路
含义
半导体元件产品的统称
制造设备
光刻机
快速
导航
介绍
集成电路的发展
分类
相关政策
中国芯片
相关新闻
简介
将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。另有一种厚膜（thick-film）集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
从1949年到1957年，维尔纳·雅各比（Werner Jacobi）、杰弗里·杜默（Jeffrey Dummer）、西德尼·达林顿（Sidney Darlington）、樽井康夫（Yasuo Tarui）都开发了原型，但现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。其因此荣获2000年诺贝尔物理奖，但同时间也发展出近代实用的集成电路的罗伯特·诺伊斯，却早于1990年就过世。
介绍
晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm2，每mm2可以达到一百万个晶体管。
第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的，其中包括一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器。
根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：
小型集成电路（SSI英文全名为Small Scale Integration）逻辑门10个以下或晶体管100个以下。
中型集成电路（MSI英文全名为Medium Scale Integration）逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。
大规模集成电路（LSI英文全名为Large Scale Integration）逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。
超大规模集成电路（VLSI英文全名为Very large scale integration）逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。
极大规模集成电路（ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration）逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。
功率半导体行业背景：
功率器件原理：
功率器件特指转换并控制电力的功率半导体器件。电力转换包括转换一个或多个电压、电流或频 率；功率控制指控制输入和输出的功率大小。（电力转换 核心 目标是提高能量转换率、减少功率损耗。关断时没有漏电，导通时没有电压损失， 在开关切换时没有功率损耗。电力控制 核心 是使用最小的输入控制功率保证输出功率的大小和时延。）
半导体器件分类：
功率半导体应用范围
功率半导体下游应用广泛，基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分： 消费电子、新能源 汽车 、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制，市场规模呈现稳健增长态势。
功率半导体发展
功率半导体分类及特点
功率器件性能对比
功率半导体市场规模
功率半导体用于所有电力电子领域，市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新 能源 汽车 、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。成熟市场规模：根据IHS Markit 数据显示2018年全球功率器件市场规模为391亿美元， 中国功率市场规模为138亿美元 ，全球占比 35%。
纯增量市场规模：我们主要测算了国内新能源 汽车 、充电桩、光伏和风电四个领域中应用功率半导体市场空间。
①新能源 汽车 领域市场需求到2025年约160亿元，2030年约275亿元。
②公共直流充电桩领域2020-2025年累计市场需求约140亿元，2025-2030年累计需求约400亿元。
③光伏领域2020-2025年累计市场需求约50亿元，随政策调整有望进一步增长。
④风电领域2020-2024 年累计市场需求约30亿元。整体看，国内功率半导体市场2025年四个领域提供纯增量规模预计达 200亿元。
根据Omdia数据显示，2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本，合计市占率达60%。国内功率半导体市场自给率偏低，中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%，国产替代空间巨大。
行业发展趋势一：不需要追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成 化、模块化
功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节：功率半导体电路结构简单， 不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。 制造 环节： 因不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高，整体资本支出较小。封装环节：可分为分 立器件封装和模块封装，由于功率器件对可靠性要求非常高，需采用特殊设计和材料，后道加工价值量占比达35%以上，远高于普通数字逻辑芯片的10%。
行业发展趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起
新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求，我国市场空间巨大且有望在该领域快 速缩短和海外龙头差距。①天时：第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力，行业整体处于产业化起步阶段。②地利：受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅材替换市场驱动，目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主，国内市场空间巨大。③人和：第三代半导体核心难点在材料制备，其他环节可实现国产化程度非常高，加持国家在政策和资金方 面大力支持。我们认为该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高，中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。
行业发展趋势三：IDM模式更适合功率半导体行业，代工可以提供产能、工艺技术补充
海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式，国内功率半导体行业商业模式以IDM为主，设计+代工为辅。
国内上市公司
国内功率半导体发展分析
企业简介：
公司主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产，并以IGBT模块形式对外实现销售。IGBT模块的核心是IGBT芯片和快恢复二极管芯片，公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。公司总部位于浙江嘉兴，在上海和欧洲均设有子公司，并在国内和欧洲均设有研发中心。
自2005年成立以来，公司一直致力于IGBT芯片和快恢复二极管芯片的设计和工艺及IGBT模块的设计、制造和测试，公司的主营业务及主要产品均未发生过变化。2019年，IGBT模块的销售收入占公司销售收入总额的95%以上，是公司的主要产品。
股权结构：
斯达的创始人，深耕 IGBT 领域十五年：
董事长兼创始人沈华（1963 年），于1995 年获得美国麻省理工学院（MIT）材料学博士学位，1995年7月至1999年7月任西门子半导体部门（英飞凌前身，1999 年成为英飞凌公司）高级研发工程师，1999 年 8 月至 2005 年任赛灵思公司高级项目经 理。
胡畏（1964 年），副总经理，1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位。 1987年至1990年任北京市计算中心助理研究员，1994年至1995年任美国汉密尔顿证券商业分析师，1995 年至2001年任美国 ProvidianFinancial 公司市场总监，执行高级副总裁助理，公司战略策划部经理。2005 年回国创办公司。
从前十大流通股东来看，多只公募基金二季度新进前十大股东。2季度均价150。
财务介绍：
摸鱼打分73分，ROE8.21%，2020年上半年，公司实现营业收入41,647.84万元，较2019年上半年同期增长13.65%，实现归属于上市公司股东的净利润8,067.11万元，较2019年上半年同期增长25.30%，扣除非经常性损益的净利润6,903.77万元，较2019年上半年同期增长31.00%。同时，公司主营业务收入在各细分行业均实现稳步增长： （1）公司工业控制和电源行业的营业收入为32,924.94万元，较上年同期增长15.86%；（2）公司新能源行业营业收入为6,981.03万元，较上年同期增长6.03%；（3）公司变频白色家电及其他行业的营业收入为1,649.38万元，较上年同期增长12.35%。
PE200倍，处于 历史 66%位置，PB28.72倍， 历史 66%的位置。
公司看点：
公司采用以市场为导向，以技术为支撑，通过不断的研发创新，开发出满足客户需求的具有市场竞争力的功率半导体器件，为客户提供优质的产品和技术服务。
公司产品生产环节主要分为 芯片和模块设计、芯片外协制造、模块生产 三个阶段。
阶段一：芯片和模块设计。公司产品设计包含IGBT芯片、快恢复二极管芯片的设计和IGBT模块的设计。本阶段公司根据客户对IGBT关键参数的需求，设计出符合客户性能要求的芯片；根据客户对电路拓扑及模块结构的要求，结合IGBT模块的电性能以及可靠性标准，设计出满足各行业性能要求的IGBT模块。
阶段二：芯片外协制造。公司根据阶段 一 完成的芯片设计方案委托第三方晶圆代工厂如上海华虹、上海先进等外协厂商外协制造自主研发的芯片，公司在外协制造过程中提供芯片设计图纸和工艺制作流程，不承担芯片制造环节。
阶段三：模块生产。模块生产是应用模块原理，将单个或多个如IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片用先进的封装技术封装在一个绝缘外壳内的过程。由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化及芯片间的连接已在模块内部完成，因此和同容量的器件相比，具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好等优点。公司主要产品IGBT模块集成度高，内部拓扑结构复杂，又需要在高电压、大电流、高温、高湿等恶劣环境中运行，对公司设计能力和生产工艺控制水平要求高。本阶段公司根据不同产品需要采购相应的芯片、DBC、散热基板等原材料，通过芯片贴片、回流焊接、铝线键合、测试等生产环节，最终生产出符合公司标准的IGBT模块。
公司销售主要采取直销的方式进行销售，根据下游客户的分布情况，除嘉兴总部外在全国建立了六个销售联络处，并于瑞士设立了控股子公司斯达欧洲，负责国际市场业务开拓和发展。
下游应用：
中国工控 IGBT 市场按照总体 150 亿 RMB 工控占比 29%计算大约在 44 亿 RMB。 按照国内复合增速 5%，则 2025 年国内工控的市场空间约为 60 亿元；这一块是斯达半导的基本盘，行业需求分散稳定且波动相对较小。英威腾和汇川技术等工控领域国内 领军公司一直都是斯达半导排名第一第二的大客户。
疫情加速了国内下游工控行业的国产替代进程，疫情同时阻碍了英飞凌等 IGBT 产品进入国内。斯达工控 IGBT 可能处于下游本 土需求增加+加速替代国外龙头提升份额的有利局面，预计在后疫情时代工控 IGBT 领 域持续提升市占率的过程也将持续。
IGBT 占新能源车成本近 8%，且是纯增量产品。 IGBT 模块在新能源 汽车 领域中发挥着至关重要的作用，被广泛应用于电机控制器、车载空调、充电桩等设备。IGBT 模块的作用是交流电和直流电的转换，同时IGBT模块还承担电压的高低转换的功能。新能源 汽车 外接充电时候是交流电，需要通过 IGBT模块转变成直流电然后给电池，同时要把交流电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。
在电动车领域主要应用分三类： 1）电驱动系统：IGBT 模块将直流变交流后驱动 汽车 电机（电控模块）； 2）车载空调变频与制热：小功率直流/交流逆变，这个模块工作电压不高，单价相对也低一些； 3）充电桩中 IGBT模块被用作开关使用：直流充电桩中 IGBT模块的成本占比接 近 20%；
电池成本占比最大，一般来说可以占到约电动车总成本 40%以上；2）成本占比第二大的是电机驱动系统,可以达到电动车总成本的 15%~20%,而 IGBT则占到电机驱动系统成本 40%-50%，等价于 IGBT 占新能源车总成本接近 8%的比例。
并且，对于IGBT来说，新能源 汽车 对 IGBT 需求是纯增量，因为传统燃油车功率半导体器件电压低，只需要Si基的 MOSFET，而新能源 汽车 在 600V以上MOSFET无法达到要求，必须要换成 IGBT；因此 IGBT 是仅次于电池以外第二大受益的零部件。
斯达在家电 IPM 和光伏风电等都有相关布局，但是营收占比还相对较小，19 年占比在 4%左右，可能和市场空间相对较小，公司选择先攻克工控和新能源 汽车 的战略有关，在供应链安全因为外部环境受到威胁的大背景下，斯达未来在这一块不断增长的利基市场还是有比较大的替代潜力，是斯达的潜在期权增量领域。
行业地位：
由于IGBT对设计及工艺要求较高，而国内缺乏IGBT相关技术人才，工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚，因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断，国内市场产品供应较不稳定；随着国内市场需求量逐步增大，供需矛盾愈发突显。我国政府于《中国制造2025》中明确提出核心元器件国产化的要求，“进口替代”已是刻不容缓。公司具备自主研发设计国际主流IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力和先进的模块设计及制造工艺水平，全面实现了IGBT和快恢复二极管芯片及模块的国产化，是国内IGBT行业的领军企业。
根据全球著名市场研究机构IHS在2019年发布的最新报告，2018年度公司在全球IGBT模块市场排名第八，市场占有率2.2%，是唯一进入前十的中国企业。
未来看点：
短期看工控IGBT ：20年疫情背景加速了下游如汇川技术等客户变频器/伺服等产品的国产替代（汇川中报业绩预告高速增长），同时斯达竞争对手英飞凌等产能受限物流受阻，斯达工控IGBT目前处于客户高增长和竞争对手暂时受阻碍的有利局面，二三季度边际向好确定，未来2年工控IGBT是斯达的基本盘；
中期看车载IGBT ：车载IGBT行业增速快于工控，且认证慢，安全性和产品性能要求高；斯达前期车载IGBT产品持续研发布局，累计给20家车企客户进行小批量配套供货，预计接下来将迎来收获期，且恰逢IPO扩产增加车载IGBT产能，预计车载IGBT将较快起量，是公司20-25年增长最快的细分领域；新能源 汽车 业务进展顺利，新增多个项目定点。上半年新能源乘用车销量大幅下滑的背景下，公司新能源领域营收仍小幅增长，估计公司已成为低功率电动车细分领域最大的IGBT模块供应商，同时斩获了多个国内外知名车型平台定点，将在2022年开始SOP。另外，48V功率器件开始大批量装车应用，出货量有望继续上升。
长期看SIC布局 ：斯达对SIC持续投入研发，并和宇通等联合开发基于SIC的电机控制系统，预计2024年左右国内会迎来SIC器件渗透率拐点，测算不同SIC渗透率和斯达在IGBT/SIC器件不同市占率下斯达2025年的收入，显示2025年斯达收入在42亿-64亿之间，净利率20%左右。
半导体芯片作为新一代信息技术的核心，它不仅是现代数字经济时代的基石，而且是能更快抓住新一轮产业和 科技 革命机遇的重要构件。 无论是日常生活的需要，还是国家 科技 水平的发展，都离不开指甲盖大小的芯片。 而半导体行业的发展高低，一定程度决定了国与国之间的竞争结果。
正是因为半导体芯片的重要性，美国一直在想方设法地遏制我国半导体芯片行业的发展。例如华为被无故制裁事件，例如光刻机被针对限制购买事件。 面对美国在芯片方面的“卡脖子”，我国一直深入科研，加大投入，追赶抢先。 眼看着我国半导体芯片的国产替代事业蒸蒸日上，美国方面又坐不住了，开始出来“作妖”。
据路透社消息，美国总统拜登于当地时间8月9日签署《芯片与科学法案》，用于补贴美国的半导体产业。值得注意的是，该法案明确要求 获得补贴的半导体企业，要在未来10年内禁止在大陆投资和新建或者扩建先进制程的半导体工厂。 这是美国针对我国特意制定的禁令，毫不夸张地说，该法案对我国半导体芯片行业的发展是充满了恶意。
不仅如此，早在今年3月份，美国就 以“牵制大陆半导体崛起”为目的，向韩国、日本和中国台湾地区提议出加入“芯片四方联盟”的半导体同盟构想 。不过让人意外的是，韩国方面这次并不想再为虎作祟。
韩国方面8月7号表示，韩国将 把“不刺激中国”作为协商原则与美国讨论半导体合作的必要性。 美国对此很不满意，已经要求韩国方面在8月31号之前答复是否加入该同盟。
值得一提的是，对于美国在半导体行业的无理修改规则，韩国并不是第一个不妥协的人，上一个明确拒绝美国的是ASML公司。
作为光刻机领域的佼佼者，ASML公司有着垄断行业的地位。受于华为事件的影响，美国对该公司有明令限制，就是最先进的EUV光刻机是不能卖给我们的。因为公司核心技术来自于美国，ASML也不得不从。但低端一点的DUV光刻机是可以自由正常出货。
据了解，仅仅是2022年的第一季度，我们就购买了20多台DUV光刻机， 中国市场成为了ASML公司在海外的最大客户。 这美国当然看不下去了，就想进一步让ASML公司限制DUV光刻机出货给我们。这相当于切断了ASML公司的赚钱财路，这一次 ASML对美国的无理要求也是直接表示了反对的态度。
无论是韩国方面，还是ASML公司，敢公然违背美国的意思，无不是看上了国内最大的市场，这也是我们半导体芯片行业最大的底气。 毕竟没了市场，产品再好也没有销路。
目前美国的半导体市场，就已经出现了堆压货物的情况。因为美国多次修改了芯片规则，美国芯片不能正常出货给大陆，导致了像 英特尔、高通这样的大厂商出现了严重的库存积压。 甚至一些厂商已经在折价处理，并呼吁我们能够帮助他们消耗一部分库存。
而在国内市场，除了7纳米以上的高端芯片仍需要购买，其它工艺的芯片早已经可以实现国产替代。面对国内这庞大的市场，国产替代因为成本低的优势，往往供不应求。
根据市场研究机构发布的《2022年第一季度全球十大晶圆厂营收排名及市场份额》显示， 中国三家芯片代工企业的营收增速最快。
这主要原因就在于国内市场需求十分大，而且国产替代的成本比较低，因此实现了较快营收增速。目前国内能量产的成熟工艺制程， 晶合集成的最先进工艺是65nm，上海华虹最先进也就28nm，而中芯国际能做到14nm。
而更先进工艺的芯片，国内最近也取得可观的成果。就在8月7日，芯原股份披露了其有可能成为全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业。让人欣慰的是，基于该技术的5nm系统级芯片，目前已经成功流片。这足以证明成功攻破5nm的难关也只是时间问题。
不过，最先进工艺的芯片，主要应用在日常生活中的智能手机、平板电脑等消费电子产品，目前在这方面的需求并不是很大。国内市场在 汽车 芯片上的需求更大，毕竟一台 汽车 包含了上千个精密芯片，而在这方面 我们国内的芯片厂商的成熟工艺完全有能力自给自足。
现在美国只能卡我们在先进工艺上的芯片，但这种伤敌一千自损八百的“卡脖子”方案，只会让美国更快失去它盟友对它的信心。例如韩国的犹豫不决和ASML公司的明确拒绝，以后这样的反对声音只会越来越多。
中西方在半导体行业的竞争已经趋于白热化，美国在这方面的权威日渐下降，而我们的市场让我们赢得更多的合作机会。彼 消此涨，我们的半导体行业得到了空前的快速发展。
正是我们在成熟工艺方面的高速发展让美国害怕了，让它把仅有的先进工艺芯片这一张牌握得越来越紧。 频繁出台针对我国半导体行业发展的相关文件，更加证明了 美国在半导体行业的黔驴技穷 。
虽然美帝打压我国半导体是吃了秤砣，铁了心肠的，但国内半导体芯片的发展已经势不可挡，坐拥着全球最大的市场，我们有底气有信心弯道超车。总的来说，未来可期。
让我们拭目以待。
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