IGBT长文
功率半导体行业情况
预测2025年国内功率半导体500亿市场，目前国产化渗透率很低。预测未来整个功率三大块： 汽车 、光伏、工控 。还有一些白电、高压电网、轨交。
（1）工控市场： 国内功率半导体2018年以前主要还是集中工控领域，国内规模100亿；
（2）车载新能源车市场： 2025年预测电动车国内市场达到100-150亿以上；2019-2020年新能源 汽车 销量没怎么涨，但是2020年10月开始又开始增长 ，一辆车功率半导体价值量3000元，预测2021年国内200万辆（60亿市场空间），2025年国内目标达到500万台（150亿市场空间）。
（3）光伏逆变器市场： 从130GW涨到去年180GW。光伏逆变器也是迅速发展，1GW对应用功率半导体产业额4000万元人民币，所以， 光伏这块2020年180GW也有70多亿功率半导体产业额。国内光伏逆变器厂商占到全球60%市场份额（固德威、阳光电源、锦浪、华为等）。
Q：功率半导体景气情况
A：今年的IGBT功率半导体涨价来自于：（1）新能源车和光伏市场对IGBT的需求快速增长；（2）疫情影响，IGBT目前大部分仰赖进口，而且很多封测都在东南亚（马来西亚等），目前处于停摆阶段，加剧缺货状态。（3）现在英飞凌工控IGBT交期半年、 汽车 IGBT交期一年。 2022-2023年后疫情缓解了工厂复工，英飞凌交期可能会缓解；但是，对IGBT模组来说， 汽车 和光伏市场成长很快，缺货可能会一直持续下去。 直到英飞凌12英寸，还有国内几条12英寸（士兰微、华虹、积塔、华润微等）产线投出来才有可能缓解。
Q：新能源车IGBT市场和国内主要企业优劣势？
A： 第一比亚迪， 国内最早开始做的；
（1） 2008年收购了宁波中玮的IDM晶圆厂开始自己做，2010-2011年组织团队开始开发车载IGBT；2012年导入自家比亚迪车，2015年自研的IGBT开始上量。
（2）2015年以前，比亚迪80%芯片都是外购英飞凌的，然后封装用在自己的车上，比如唐、宋等；
（3）2015年之后自产的IGBT 2.5代芯片出来，80%芯片开始用自己，20%外购；
（4）2017-2018年IGBT 4.0代芯片出来以后，基本100%用自己的芯片。 他现在IGBT装车量累计最多，累计100万台用自己的芯片，2017年开始往外推广自己的芯片和模块， 但是，比亚迪IGBT 4.0只能对标英飞凌IGBT 2.5为平面型+FS结构，比国内企业沟槽型的芯片性能还差一些 （对比斯达、宏微、士兰微的4代都落后一代；导致饱和压降差2V，沟槽型的薄和压降差1.4V，所以平面结构的损耗大，最终影响输出功率效率）。所以， 目前外部采用比亚迪IGBT量产的客户只有深圳的蓝海华腾，做商用物流车 ；乘用车其他厂商没用一个是性能比较落后，另一个是比亚迪自研的模块是定制化封装，比目前标准化封装A71、A72等模块不一样；
（5）2020年底比亚迪最新的IGBT 5.0推出来 ，能对标国内同行沟槽型的芯片（对标英飞凌4.0代IGBT，还有斯达、士兰微的沟槽型产品），就看他今年推广新产品能不能取得进展了。
第二斯达半导： （1）2008年开始做IGBT，原本也是外购芯片，自己做封装；
（2）2015年英飞凌收购了IR（international rectifier），把IR原本芯片团队解散了，斯达把这个团队接手过来，在IR第7代芯片（对标英飞凌第4代）基础上迭代开发；
（3）2016年开始推广自己研发的芯片，客户如汇川、英威腾进行推广。这款是在别人基础上开发的，走了捷径，所以一次成功，迅速在国内主机厂进行推广；
（4）2017年开始用在电控、整车厂；
（5）斯达现在厂内自研的芯片占比70%，但是在车规上A00级、大巴、物流车这些应用比较多 。但是他的750V那款A级车模块还没有到车规级，寿命仅有4-5年（要求10年以上），失效率也没有达标（年失效率50ppm的等级）； A级车的整车厂对车载IGBT模块导入更倾向于IDM，因为对芯片寿命、可靠性、失效率要求高，IDM在Fab厂端对工艺、参数自己把控。斯达的芯片是Fabless，没法证明自己的芯片来料是车规级；（虽然最终模块出厂是车规级，但是芯片来料不能保证）
Fabless做车规级的限制： 斯达给华虹下单，是晶圆出来以后，芯片还有经过多轮筛选，经过测试还有质量筛选，然后再拿去封装，封装完以后在拿去老化测试，动态负载测试等，最后才会出给整机客户；但是，IDM模式在Fab厂那端就可以做到很多质量控制，把参数做到一致，就可以让芯片达到车规等级，出来以后不需要经过很多轮的筛选；
第三中车电气：（1） 2012年收购英国的丹尼克斯，开始进行IGBT开发。
（2）2015年成立Fab厂，一开始开发应用于轨交的IGBT高压模块6500V/7500V。2017年因为在验证所以产能比较闲置，所以开始做车规级的IGBT模块650V/750V/1200V的产品；
（3）2018年国产开始有机会导入大巴车、物流车、A00级别的模块（当时国内主要是中车、比亚迪、斯达三家导入，中车的报价是里面最低的；但是受限于中车原来不是做工控产品，所以对于车规IGBT的应用功放，还有加速功放理解不深；例如：IGBT要和FRD并联使用，斯达和比亚迪是IGBT芯片和FRD芯片面积都是1:1使用，中车当时不太了解，却是用1:0.5，在特殊工况下，二极管电流会很大，失效导致炸机，所以当时中车第一版的模块推广不是很顺利。
2019-2021年中车进行芯片改版，以及和Tier-1客户紧密合作，目前汇川、小鹏、理想都对中车进行了两年的质量验证，今年公司IGBT有机会上乘用车放量。 我们觉得中车目前的产品质量达到车规要求，比斯达、比亚迪都好；中车的Fab厂和封装厂也达到车规等级，今年中车上量以后还要看他的失效率。如果今年数据OK的话，后面中车有机会占据更大份额。
第四士兰微：（1） 2018年之前主要做白电产品；
（2）2018年以后成立工业和车载IGBT。四家里面士兰微是最晚开始做的；
（3）目前为止，士兰微 车载IGBT有些样品出来，而且有些A00级别客户已经开始采用了，零跑、菱电采用了士兰微模块 。士兰微要走的路线是中车、斯达的路径，先从物流、大巴、A00级进入。 士兰微虽然起步慢，但是优势是在于IDM，自有6、8、12英寸产线产品迭代非常块（迭代一版产品只要3个月，Fabless要6个月）。 工业领域方面，士兰未来是斯达最大的竞争对手，车载这块主要看他从A00级车切入A级车的情况。
Q：国内几家厂商车规芯片参数差异？
A：比亚迪IGBT的4.0平面型饱和压降在2V以上，但是斯达、士兰微、中车的沟槽型工艺能做到1.4V-1.6V，平面损耗大，最终影响输出功率差；
如果以A级车750V模块为例，士兰微是目前国内做最好的，能对标英飞凌输出160KW-180KW， 然后是中车，也能做到160KW但是到不了180KW，斯达半导产品出来比较早做到140-150kW的功率，比亚迪用平面型工艺最高智能做到140kW，所以最后会体现在输出功率；
比亚迪芯片工艺落后的原因：收购宁波中玮的厂是台积电的二手厂，这条线只能做6英寸平面型工艺，做不了沟槽的工艺；所以比亚迪新一代的5.0沟槽工艺的芯片是在华虹代工的 （包括6.0对标英飞凌7代的芯片估计也是找带动）。
Q：国内几家厂商封装工艺的差异？
A：车规封装有四代产品：
（1）第一代是单面间接水冷： 模块采用铜底板，模块下面涂一层导热硅脂，打在散热器底板上，散热器下面再通水流，因此模块不直接跟水接触。这种模块主要用在经济型方案，如A00、物流车等；这个封装模块国内厂商比亚迪、斯达、宏微等都可以量产，从工业级封装转过来没什么技术难度。
（2）第二代是单面直接水冷： 会在底板上长散热齿（Pin Fin结构）,在散热器上开一个槽，把模块插进去，下面直接通水，跟水直接接触，周围封住，散热效率和功率密度会比上一代提升30%以上；这种模块主要用在A00和A级车以上，乘用车主要用这种方案。国内也是大家都可以量产，细微区别在于斯达、中车用的铜底板，比亚迪用的铝硅钛底板，比亚迪这个底板更可靠，但是散热没有铜好。他是讲究可靠性，牺牲了一些性能。
（3）第三代是双面散热： 模块从灌胶工艺转为塑封工艺，两面都是间接水冷，散热跟抽屉一样把模块插进去；这种模块最早是日系Denso做得（给丰田普锐斯），国内华为塞力斯做的车，也是采用这个双面水冷散热的方案。国外安森美、英飞凌、电桩都是这个方案，国内是比亚迪（2016年开始做）和斯达在做，但是对工艺要求比较高（散热器模块封装工艺比较复杂，芯片需要特殊要求，要求芯片两面都能焊，所以芯片上表面还需要电镀），国内比亚迪、斯达距离量产还有一段距离（一年左右）；
（4）第四代是双面直接水冷： 两面铜底加上长pinfin双面散热，目前全球只有日本的日立可以量产，给奥迪etron、雷克萨斯等高端车型在供应，国内这块没有量产，还处于技术开发阶段。
Q：国内企业现在还有外采英飞凌的芯片吗，国内这四家距离英飞凌的代差
A：目前斯达、宏微、比亚迪还是有部分产品外采英飞凌的芯片；斯达外采的芯片主要是做一些工业级别IGBT产品，例如：在电梯、起重机、工业冶金行业，客户会指定要求模块可以国产，但是里面芯片必须要进口（例如：汇川的客户蒂森克虏伯，德国电梯公司）；还有一些特殊工业冶炼，这些芯片频率很高，国内还做不到，就需要外采芯片；
车载外采英飞凌再自己做封装的话，价格拼不过英飞凌；（英飞凌第七代芯片不卖给国内器件厂，只卖四代）；国内来讲， 斯达、士兰微、中车等，不管他们自己宣传第几代，实际上都是对标英飞凌第四代 （沟槽+FS的结构），目前英飞凌最新做到第七代，英飞凌第五代（大功率版第四代）、第六代（高频版第四代）第五和第六代是挤牙膏基于第四代的升级迭代，没有质量飞跃；第七代相对第四代是线径减少（5微米缩小到3微米，减小20%面积），芯片减薄（从120微米减少到80微米，导通压降会更好），性能更好（1200V产品的导通压降从1.7V降到1.4V）。而且，英飞凌第七代IGBT是在12寸上做，单颗面积减小，成本可能是第四代的一半。但是，英飞凌在国内销售策略，第七代售价跟第四代差不多，保持大客户年降5%（但是第七代性能比第四代有优势）；国内士兰微、中车、斯达能够量产的都是英飞凌四代、比亚迪4.0对标英飞凌2.5代，5.0对标英飞凌4代；
2018年底，英飞凌推出7代以后因为性能很好，国内士兰微、斯达、宏微当时就朝着第七代产品开发，目前士兰微、斯达有第七代样品出来了，但是离量产有些距离。第七代IGBT的关键设备是离子注入机等，这个设备受到进口限制，目前就国内的华虹、士兰微和积塔半导体有。 士兰微除了英飞凌第七代，还走另一条路子，Follow日本的富士，走RC IGBT（把IGBT和二极管集成到一颗IC用在车上），还没有量产。
Q：斯达IGBT跟华虹的关系和进展如何？
A：斯达跟华虹一直都是又吵又合作。2018年英飞凌缺货的时候，对斯达来讲是个非常好的国产替代机会，斯达采取策略切断小客户专供大客户，在汇川起量（紧急物料快速到货），在汇川那边去年做到2个亿，今年可能做到3个亿；缺货涨价对国产化是很好的机会，但是，华虹当时对斯达做了个不好的事情，当年涨了三次价格，一片wafer从2800涨到3500，所以，2019年斯达后面找海内外的代工厂，包括中芯绍兴、日本的Fab等。所以斯达和华虹都是相爱相杀的状态。
斯达自己规划IDM做的产品，是1700V高压IGBT和SiC的芯片，这块业务在华虹是没有量产的新产品，华虹那边的业务量不会受到影响（12英寸针对斯达1200V以下IGBT）。 但是，从整个功率半导体模式来说，大家都想往IDM转，第一个是实现成本控制提高毛利率，扩大份额。第二个是产品工艺能力，斯达往A级车推广不利，主要就是因为受限于Fabless模式，追求质量和可靠性，未来还是要走IDM模式。
Q：士兰微、斯达半导体的12寸IGBT的下游应用有区别吗？
A： 目前国内12英寸主要是让厂家成本降低，但是做得产品其实一样。 12寸晶圆工艺更难控制，晶圆翘曲更大，更容易裂片，尤其是减薄以后的离子注入，工艺更难控制。 士兰微、斯达在12寸做IGBT，主要还是对标英飞凌第四代产品，厚度120微米。如果做到对标英飞凌的第七代，要减薄到80微米，更容易翘曲和裂开。 士兰微、斯达12寸IGBT产品主要用在工业场景，英飞凌12英寸在2016、2017年出来，首先切入工业产线，后面再慢慢切入车规，因为车规变更产线所有车规等级需要重新认证。
Q：电动车里面IGBT的价值量？
A：电控是电动车里面IGBT价值量最大头；
（1）物流车： 用第一代封装技术，一般使用1200V 450A模块，属于半桥模块，单个模块价格300元（中车报价280），一辆车电控系统要用三个，单车价值量1000元；
（2）大巴车： 目前用物流车一样的封装方案（第一代）；但是不同等级大巴功率也不一样，8米大巴用1200V 600A；大巴一般是四驱，前后各有一个电控，一个电控用3个模块，总共要用6个模块，单个价格450-500，单车价值量3000元左右；10米大巴功率等级更高用1200V 800A，一个模块600块，也用6个，单车价值量3600元左右。
（3）A00级（小车）： 用80KW以下，使用第二代封装（HP1模块），模块英飞凌900左右（斯达报价600）。
（4）A级车以上： 15万左右车型用单电控方案，用第二代直接水冷的HP Drive模块，英飞凌报价从2000-1300元（斯达1000元）；20-30万一般是四驱，前后各有一个电机，进口2600（国产2000）；高级车型：蔚来ES8（硅基电控单个160-180KW，后驱需要240KW），前驱一个，后驱并联用两个模块；所以共需要三个，合计3000-3900元。
（5）车上OBC： 6.6kW慢充用IGBT单管，20多颗分立器件，总体成本300元以下；
（6）车载空调： 4kW左右用IPM第一类封装，价值量100元以内；
（7）电子助力转向， 功率在15-20kW，主要用的75A模块，价值量200元以内；
（8）充电桩 ：慢充20kW以内用半桥工业IGBT，200元以内。未来的话要做到超级快充100KW以上，越大功率去做会采用SiC方案，成本成倍增加，可能到1000元以上；
Q：国内SiC主要企业优劣势？
A：国内SiC产业链不完整。做晶圆这块国内能够量产的是碳化硅二极管， SiC二极管已经量产的是三安光电、瑞能、泰科天润。 士兰和华润目前的进度还没有量产（还在建设产线）；
SiC MOS的IDM模式要等更久，相对更快的反而是Fabless企业， 瞻芯、瀚薪等fabless，找台湾的汉磊代工，开始有些碳化硅MOS在OBC和电源上面量产了， 主要因为国内Fab厂商不成熟（栅氧化层、芯片减薄还不成熟），相对海外厂商工艺更好，国内落后三年以上。海外的罗姆已经在做沟槽型SiC MOS的第三代了，ST的SiC都在特斯拉车上量产了；
SiC应用来讲，整个全球市场6-7亿美金，成本太高所以应用行业主要分两个：
第一个、是高频高效的场景，如光伏、高端通信电源， 采用SiC二极管而不是SiC MOSFET，可以降低成本； 把跟IGBT并联的硅基二极管换成SiC二极管，可以提升效率兼顾成本；
第二块、就是车载， （1）OBC强调充电效率（超过12KW、22KW）的高端车型，已经开始批量采用SiC MOSFET，因为碳化硅充电效率比较高，充电快又剩电；（2）车载主驱逆变的话主要用在高端车型，保时捷Taycan、蔚来ET7，效率比较高可以提升续航，功率密度比较高；20-30万中段车型主要是 Tesla model 3 和比亚迪汉在用SiC MOS模块，因为特斯拉、比亚迪是垂直一体化的整车厂（做电控、做电池、又做整车），所以可以清楚知道效能提升的幅度；
相对来说，其他车企是分工的，模块厂也讲不清楚用了SiC的收益具体有多少（如节省电池成本），而且IGBT模块的价格也在降低成本。 虽然SiC可以提高续航，但是SiC节省温高的优点还没发挥，节省温高可以把散热系统做小，优势才会提升。 目前特斯拉SiC模块成本在5000元，是国产硅基IGBT的1300-1500元5-8倍区间，所以国产车企还在观望；但是，预计到2023年SiC成本有希望缩减到硅基IGBT的3倍差距，整车厂看到更多收益以后才会推动去用SiC。
Q：比亚迪的SiC采购谁的
A：比亚迪采购Cree模块； 英飞凌主要是推动IGBT7，没有积极推SiC；因为推SiC会革自己硅基产品的命。目前积极推广碳化硅的是罗姆、科瑞（全球衬底占比80%-90%）；
Q：工控、光伏领域里面，国产IGBT厂商的进展
A：以汇川为例，会要求至少两家供应商，工控里面一个用斯达，另一个宏微（汇川是宏微股东）；目前上量比较多的就是斯达； （1）斯达 的IGBT去年2个亿，今年采用规模可能达3亿以上（整个IGBT采购额约15亿）； （2）宏微 的IGBT芯片和封装在厂内出现过重大事故，质量问题比较大，导致量上不去，去年3000-4000万；伺服方面去年缺货，小功率IPM引入了士兰微， （3）士兰微随着小批量上量，后面工控模块也有机会对士兰微进行质量验证；
Q：汇川使用士兰微的情况怎么样？
A： 目前还是可以的，去年口罩机上量，用了士兰微的IPM模块，以前用ST的IPM模块。目前，士兰微的失效率保持3/1000以内，后面考虑对士兰微模块产品上量（因为我们模块采购额一直在提升，只有两个国产企业供应不来）。 汇川内部有零部件的国产化率目标，工业产品设定2022年达到60%的国产化率，英威腾定的2022年80%，所以国产功率企业还是有很大空间去做。
Q：汇川给士兰微的体量
A：如果对标国产化率目标， 今年采购15亿，60%国产化率就是9个亿的产品国产化，2-3家份额分一下。（可能斯达4个亿；宏微、士兰微各自2-3个亿；） 具体看他们做得水平
Q：SiC二极管在光伏采用情况？
A：光伏里面也有IGBT模块，IGBT会并联二极管，现在是用SiC二极管替代IGBT里面的硅基FRD，SiC可以大幅减少开关损耗，提升光伏逆变器的效率。所以换成SiC二极管可以少量成本增加，换取大量效益； 国产SiC二极管主要用在通信站点、大型UPS里面；目前在光伏里面的IGBT模块还是海外垄断，所以里面的SiC二极管还是海外为主， 未来如果斯达、宏微开发碳化硅模块，也会考虑国产化的。
Q：华润微、新洁能、扬杰、捷捷这些的IGBT实力？
A：这里面比较领先的是华润微；（1）华润微在2018年左右开始做IGBT，今年有1、2个亿左右收入主要是单管产品，应该还没有模块；（2）新洁能是纯Fabless，没有自己的Fab和模块工厂，要做到工业和车规比较难（汇川不会考虑导入），可能就是做消费级或是白电这种应用。（3）捷捷、扬杰有些SiC二极管样品，实际没多少销售额，IGBT产品市场上还看不太到，主要用在相对低端的工控，像焊机，高端工业类应用看不到；比亚迪其实也是，工业也主要在焊机、电磁炉，往高端工业走还是需要个积累过程。
Q：比亚迪半导体其他产品的实力？
A：之前是芯片代数有差距，所以一直上不了量，毛利率也比较低，比如工业领域外销就5000万（比不过国内任何IGBT企业），用在变焊机等。所以关键是， 看比亚迪今年能不能把沟槽型的芯片推广到变频器厂等高端工业领域以及车载的外部客户突破 。如果今年外销还是只有4-5000万的话，那么说明他的芯片还是没有升级。
Q：吉利的人说士兰微的产品迭代很快，是国内最接近英飞凌的，怎么评价？
A：这个确实是这样，自己有fab厂三个月就能迭代一个版本，没有fab厂要六个月。 士兰微750V芯片能对标英飞凌，做到160-180kW的功率。他的饱和压降确实是国内最低的，目前他最大的劣势在于做车规比较晚，基本是零数据，需要这两年车载市场爆发背景下，在A00级别（零跑采用了，但是属于小批量，功率80KW以内，寿命要求也低一些；）和物流车上面发货来取得质量数据， 国内的车厂后面可能用他的产品 。（借鉴中车走过的路，除了性能还要有质量的积累） 。
Q：士兰微IPM起量的情况？
A： 国内市场主要针对白电的变频模块，国内一年6-7亿只；单价按照12-13元/个去算，国内70-80亿规模， 这块价格和毛利率比较低一些，国内主要是士兰微和吉林华微在做，斯达也开始设计但是量不大一年才几千万，所以， 士兰微是目前最大的，目前导入了格力、美的，量很大，今年有可能做到8个亿以上，是国产化的过程，把安森美替代掉 （一旦导入了就有很大机会可以上量）；但是，这块IPM毛利率不会太高。要提毛利率的话还是要做工业和车规级（斯达毛利率40%以上就是因为只做工控和 汽车 等级，风电，碳化硅这些都是毛利率50%以上的）
Q：士兰微12英寸的情况？
A：去年底开始量产，士兰微12英寸前期跑MOS产品，公司去年工业1200V的IGBT做了一个亿，今年能做2-3亿；目前MOS能做到收入10亿。
2018 年全球集成电路用电子气体的市场规模达到 45.12 亿美元，同比增长 16%，中国集成电路用电子特气的市场规模约 4.89 亿美元。半导体用电子特气行业增速高，庞大的市场规模，让电子特气的国产替代计划全面加速！什么是电子特气呢？电子气体是指用于半导体及相关电子产品生产的特种气体。
通常半导体生产行业，将气体划分成常用气体和特殊气体两类。其中，常用气体指集中供给而且使用非常 多的气体，比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特种气体指半导体生产环节中，比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体，也就是我们现在所说的电子特气，比如高纯度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等，
电子特气按其本身化学成分可分为：硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按在集成电路中不同应用途径可分为掺杂用气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气体、化学气相沉积气和平衡气。在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体，其中常用的有超过30种。
除了半导体产业，电子特气广泛应用于太阳能电池、移动通讯、 汽车 导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域，所以也被称为电子工业的“血液”。
可以说，如果想要发展半导体产业，电子特气不可或缺。电子特气贯穿半导体各步工艺制程，尤其在半导体薄膜沉积环节发挥不可取代的作用，是形成薄膜的主要原材料之一。又决定了集成电路的性能、集成度、成品率，特气若不合格轻则导致产品严重缺陷，重则导致整条生产线被污染乃至全面瘫痪。
在半导体领域，电子特气在半导体制造的材料成本中占比高达 13%，是仅次于硅片的第二大材料。之所以成本如此高，是因为电子特气的技术难度不低。
电子特气对纯度的要求很高，因为纯度如果没有达到要求的话，电子特气中水汽、氧等杂质组就容易使半导体表面生成氧化膜，影响电子器件的使用寿命，而电子特气中含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。可以说纯度的提高，对电子器件生产的良率和性能起到了至关重要的作用。
伴随半导体工业的不断发展，芯片制程不断提高，如今已经做到了5nm，快要逼近摩尔定律的极限，,相当于头发丝直径(约为0.1毫米)的二万分之一。所以这也对半导体生产的电子特气纯度亦提出了更高的要求。
电子特气纯度提升的影响因素主要包括“气体的分离和提纯”、“气体杂质检测和监控”、“气体的运输和储存”三个方面，以“气体的运输和储存”为例，高纯特气在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，确保避免二次污染，而且一些电子特气还具有自燃性、腐蚀性、毒性等，所以运输和存储都要特别小心。
目前全球特气市场包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子特气90%以上的市场份额。国内市场也被这几大企业控制了85%的份额。
随着中国对半导体产业的扶持加大，芯片国产化率的不断提高，电子特气也要跟上步伐，能够做到自给自足。
以昊华 科技 为例，是国内唯一具有4N高纯硒化氢产品研制及批量生产能力的企业。高纯硒化氢产品填补了国内空白,指标达到国外先进水平。此外,它们企业的特种气体产品还包括绿色四氧化二氮、高纯硫化氢、二氧化碳-环氧乙烷混合气(熏蒸剂)、标准混合气体等。昊华 科技 与韩国大成合作建设的 2,000 吨/年三氟化氮项目，广泛应用于蚀刻、清洗、 离子注入等半导体生产工艺。
目前，昊华 科技 部分产品已实现 进口替代。公司工业级六氟化硫国内市占率约为 30%，电子级六氟 化硫市占率约为 70%，三氟化氮市占率约为 30%。
但目前的难题是，电子特气种类太多，如果要全部做到高端化，难度比较高，目前也缺乏领军型的企业。
2014年，国家集成电路产业投资基金成立，首期募集资金规模达1387亿元。基金二期募资于2019年完成，募资2000亿，也就是目前中国共募资3387亿，对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。
中国也立下了宏伟目标，明确提出在2020年之前，90-32nm设备国产化率达到50%，2025年之前，20-14nm设备国产化率达到30%，而国产芯片自给率要在2020年达到40%，2025年达到70%。
国家目前也开始对电子特气领域进行投资扶持，可以说随着中国对半导体产业的不断重视，国产全面替代计划终会成功！
目前， 我国半导体市场供需两层不匹配，国产化率亟需提升 。一方面，终端产品供需不匹配。 2018年中国集成电路市场规模1550亿美元，但国产集成电路规模仅238亿美元，国产化率仅约15%；另一方面，制造端的设备供需不匹配。国内半导体设备市场规模约145亿美元，但国产设备规模仅14亿美元不到，国产化率仅约10%。因此，从产业发展的角度，一方面，国内半导体制造领域仍有较大发展空间；另一方面，制造领域的设备仍有较大的国产提升空间。我们推荐中信建投的研究报告《半导体设备国产进程加速》，解析半导体国产化现状，政策、资金、产业等推动因素，并讨论半导体设备市场格局与国产化进度。如果想收藏本文的报告（半导体设备），可以在智东西公众号回复关键词“nc404”获取。
一、提升国产化率刻不容缓
1、 我国半导体市场规模和占比不断提升
2010年起，全球半导体行业保持稳步增长，过去十年（ 2009-2018年）全球半导体销售额CARG为7.55%，全球GDP CAGR为3.99%，而我国集成电路销售额CARG为25.03%，我国行业整体增速为全球半导体行业增速的3.3倍，而全球半导体行业整体增速是全球GDP增速的2倍左右；
与此同时，在PC、智能手机等领域强大的整机组装制造能力使我国成为全球最大的半导体消费市场，在全球占比达到了33%，比第二名的美洲高出11个百分点，我国半导体市场无论是绝对规模增速还是占比都不断提升。
▲我国半导体规模和占比不断提升
▲2018年全球半导体产业市场规模分布
2、 我国半导体市场供需不匹配
一方面，终端产品供需不匹配。2018年中国集成电路市场规模1550亿美元，但国产集成电路规模仅238亿美元，国产化率仅约15%；
另一方面，制造端的设备供需不匹配。2018年中国半导体设备市场规模达到131.1亿美元，但据中国电子专用设备工业协会统计， 2018 年国产半导体设备销售额预计为 109 亿元，自给率仅约为12%。考虑到以上数据包括集成电路、 LED、面板、光伏等设备，实际上国内集成电路设备的国内自给率仅有 5%左右，在全球市场仅占 1-2%份额。半导体设备进口依赖长期看将严重阻碍中国半导体行业的自主发展，国内需求与国内供给的缺口昭示着巨大的国产化空间。
▲2018年国产半导体集成电路自给率仅15%
▲2018年国产半导体设备自给率仅12%
3、 贸易战对我国半导体核心技术“卡脖子”
美国制裁中兴华为反映创新“短板”，华为事件影响深远，引发全球半导体供应链“地震”，暴露出核心技术被“卡脖子”的风险，催化国内半导体等核心科技领域发展，国产自主可控替代有望加速；
半导体行业产业链中上游为我国薄弱环节，其中上游半导体设备和中游制造对美依存度高，核心领域国产芯片占有率多数为0%；相比之下，中游封测和下游终端市场领域对美依存度小，受到影响相对较小。
▲半导体产业链受贸易战影响分化
4、 后贸易战时期，国内半导体设备厂商的一些变化
设备企业前瞻布局非美国地区零部件采购 。一般来说，半导体设备的零部件分为四大部分。在这四大类中，精密加工件、普遍加工件现在基本没有制约，通用外购件（包括接头、气缸、马达等）占比比较小，因此现阶段供应管理关注的重点是外购大模块， 包括设备专用模块和通用模块（机械手、泵等）。外购大模块数量上占比不高，可能只有10-20%，但价值占比60-80%；
所以我们讲零部件的国产化，主要是讲外购大模块的国产化。预防产业风险和成本控制需要通过对外购大模块进行供应链拓展、批量采购等方式实现。
▲外购大模块受产业影响风险较大
大部分品类现阶段国内基础差，没有成熟技术，没有产品。从进口比例来看，前十大子系统供应商中，美国市场和日本市场占比最高。设备企业正逐渐将采购链条从美国转移至日本、英国等地区。
▲前十大零部件采购需求占比及前十大子系统供应商占比
二、国产化的推动因素
1、 全球半导体行业景气度有望触底回暖
理论上看，全球半导体行业具有技术呈周期性发展、市场呈周期性波动的特点 。1998~2000年，随着手机的普及和互联网兴起，全球半导体产值不断上升，尤其在2000年增长38.3%；随着互联网泡沫的破裂， 2001年全球半导体市场下跌32%；随后Window XP的发布，全球开始新一轮PC换机潮，半导体市场2002~2004年处于高速增长阶段；2005年半导体市场出现了周期性回落， 2008年和2009年受金融危机的影响出现了负增长；
2010年，随着全球经济的好转，全球半导体产值增长34.4%。2011-2012年受欧债危机、美国量化宽松货币政策、日本地震及终端电子产品需求下滑影响，半导体销售增速分别下降为 0.4%和-2.7%；
2013年以来， PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断增加，全球半导体产业恢复增长，增速达 4.8%。2014年全球半导体销售市场继续保持增长态势，增速达 9.9%；2015-2016年，全球半导体销售疲软。
2017年，随着AI芯片、 5G芯片、汽车电子、物联网等下游的兴起，全球半导体行业重回景气周期。
2018年下半年，受到存储器价格下降、全球需求疲软和中美贸易战的影响，全球半导体发展动力不足。但展望2019年下半年，受益于消费领域、智能手机需求回暖，全球半导体市场发展趋稳并有望实现增长。
2、 上游半导体设备销售有望随之向好
数据上看， 2019年全球半导体设备销售同比负增长， 2020年将大幅反d 。2018年，全球半导体设备销售额达645亿美元，同比增速高达14%，创下历史最高；受到多因素影响， 2019年半导体设备厂商短期承压， SEMI预计2019年全球半导体设备销售下降18.4%至529亿美元。
展望2020年，由于存储器投资复苏和在中国大陆新建及扩建工厂， SEMI预计半导体制造设备2020年的全球销售额为588亿美元，比2019年增长12％。其中，包括外资工厂在内的对中国大陆销售将达到145亿美元， 预计中国大陆成为半导体制造设备的最大市场。
3、 我国政策、资金、市场环境三面扶持
对标海外：政策支持、资金帮扶、下游产业支撑是推动行业进步不可或缺的几个方面 。 80年代工业PC时代，日本半导体以存储器（DRAM为主）为切入口，在日本政府和产业界联合推动下，吸收美国技术并整合日本工业高质量品控体系，实现IC产品超高可靠性，顺利实现赶超美国；
90年代消费电子大潮，韩国半导体在韩国政府和财团的共同推动下，积极开拓高性价比IC产品，带动亚洲电子产业链崛起，实现了长达20多年的持续崛起。而此时的台湾则通过创新的产业模式，从IDM转为垂直分工，依靠大量投资建成了世界领先的晶圆代工厂台积电和联电，在技术水平上达到世界顶尖；
▲政策支持、资金帮扶、下游产业支撑是推动行业进步不可或缺的几个方面
政策：产业政策频发，彰显扶持半导体产业决心 。“十二五”期间，政府开始大力支持IC产业发展，先后出台了《国家IC产业发展推进纲要》 和“国家重大科技专项”等政策。其中以2014年发布的纲要最为详细，被视为国家为IC产业度身定制的一份纲要，明确显示了政策扶持半导体产业的决心。
2014年9月，国家IC产业基金正式成立。以直接入股方式，对半导体企业给予财政支持或协助购并国际大厂。
目前我国半导体产业的自给率才只有不到15%， 《中国制造2025》 的目标是2020年自给率达40%，2050年达到50% 。
▲根据规划， 2015-2020年， IC产业产值CAGR达20%以上
资金：截至2018年5月，一期大基金已累计投资70个项目，承诺出资1200亿，实际出资1387亿 。已实施项目覆盖设计、制造、封装测试、设备、材料、生态建设各环节；一期大基金主要投向芯片制造环节，占全部承诺投资额的67%，目前已经支持了中芯国际、上海华虹、长江存储等；在设计领域，大基金主要在CPU、 FPGA等高端芯片领域展开投资，占承诺投资额的17%；在封装测试产业方面，大基金则重点支持长电科技、华天科技、通富微电等项目，占承诺投资额的10%；
相比之下，大基金在装备和材料环节的投资规模和力度要小很多，但仍然在推进光刻、刻蚀、离子注入等核心装备抓住产能扩张时间窗口，扩大应用领域。
▲国家大基金资金主要投向集成电路制造环节
资金：大基金二期募资规模2000亿左右，加强设备领域投资 。
▲二期大基金将加强设备领域投资
资金：大基金撬动地方基金，集成电路产业正迎来密集投资期 。IC产业属于资本开支较重的产业，“大投入，大收益；中投入，没收益，小投入，大亏损” ； 全球看，每年半导体资本开支接近600亿美元，而英特尔、台积电、三星等巨头每年的资本开支均在100 亿美元左右，只凭大基金的支持仍然投入有限； 根据我们的统计，除了规模近1400亿的大基金之外，各集成电路产业聚集的省市亦纷纷成立地方集成电路基金，截至到2019年4月，全国有15个以上的省市成立了规模不等的地方集成电路产业投资基金，总计规模达到了5000亿元左右。通过大基金、地方基金、社会资金以及相关的银行贷款等债券融资，未来10年中国半导体产业新增投资规模有望达到10000亿元水平。
▲中国各省市开始密集投资布局半导体产业
市场：大陆建厂潮为半导体设备行业提供了巨大的市场空间 。根据SEMI发布的全球晶圆厂预测报告预估， 2017 -2020年的四年间，全球预计新建 62 条晶圆加工线，其中中国大陆将新建26座晶圆厂，成为全球新建晶圆厂最积极的地区，整体投资金额预计占全球新建晶圆厂的 42%，为全球之最。
市场：大陆半导体资本开支持续增长，拉动半导体设备发展 。当前大陆成为全球新建晶圆厂最积极的地区，以长江存储/合肥长鑫为代表的的存储器项目和以中芯国际/华力为代表的代工厂正处于加速扩产的阶段，预计带来大量的设备投资需求。
三、半导体设备市场竞争格局与国产化进度
1、IC制造流程复杂，大多数设备被国外厂商垄断
晶圆制造（前道,Front-End） :
▲晶圆制造环节具体设备及主要厂商封装（后道,Back-End ）测试 :
▲封装测试环节具体设备及主要厂商
全球集成电路装备市场总体高度垄断 。特点：技术更新周期短带来的极强技术壁垒，市场垄断程度高带来的极大市场壁垒，以及客户间竞争合作带来的极高认可壁垒。因此，集成电路装备市场高度垄断，细分市场一家独大；从分布看，全球前十大集成电路装备公司基本上被美国、日本、欧洲企业占据； 从比例看，全球前十大拿走行业80%的份额；应用材料（美国）、 ASML（荷兰）、 TEL东京电子、泛林（美国）、科磊（美国）位列前五，前五名拿走68%的份额；前30拿走92%的份额，前20拿走87%的份额。
▲全球IC装备市场高度垄断
全球IC制造细分设备市场也高度垄断 。从细分设备来看，每个具体设备基本上大部分份额被前三大企业占据，基本上都是80-90%的份额； 前三大厂商中，也基本都是一家独大，第一占据了40-50%的份额。
▲细分设备市场也高度垄断
我国集成电路装备市场高端占比偏小，且大部分为国外厂商 。2018年中国半导体设备市场规模达到131.1亿美元，但据中国电子专用设备工业协会统计， 2018 年国产半导体设备销售额预计为109亿元；预计2020年中国半导体设备总市场规模将超1000亿。
▲国内厂商规模普遍较小，且大部分在光伏、 LED领域占比较高
边际变化：在诸多工艺环节中，开始出现了一些国产厂商 。分地区看，形成三个产业集群：北京：北方华创、中电科集团、天津华海清科(CMP)；上海：上海微电子、上海中微半导体、上海盛美、上海睿励科学仪器；沈阳：沈阳拓荆、沈阳芯源；
▲主流65-28nm客户不定量的采购的12类设备清单
▲国内已有9项应用于14nm的装备开始进入生产线步入验证
75-80%的资本开支使用在设备投资里，设备投资中的70-80%在晶圆制造环节设备里 。光刻设备、刻蚀设备、薄膜设备（ ALD/CVD 53%、 PVD 47%）占比最高，分别20-25%、 25%、 20-25%；扩散设备、抛光设备、离子注入设备各占设备投资的5%，量测设备占设备投资的5~10%。
▲晶圆生产线各类设备投资占比
2、 光刻设备：光刻机是生产线上最贵的机台， ASML全球领先
光刻工艺是最复杂的工艺，光刻机是最贵的机台 。主流微电子制造过程中， 光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺，占总成本的1/3；目前的28nm工艺则需要20道以上光刻步骤，耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。光刻工艺决定着整个IC工艺的特征尺寸，代表着工艺技术发展水平；
具体流程： 首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板照射在硅片上。被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。
光刻机是生产线上最贵的机台，千万-亿美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。一般来说一条产线需要几台光刻机，其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。
ASML占据70-80%市场份额，且领先地位无人撼动 。荷兰ASML占据超过70%的高端光刻机市场，且最新的产品EUV光刻机售价高达1亿美元，依旧供不应求。紧随其后的是Nikon和Canon。 光刻机研发成本巨大， Intel、台积电、三星都主动出资入股ASML支持研发，并有技术人员驻厂；格罗方德、联电及中芯国际等的光刻机主要也是来自ASML；
国内光刻机厂商有上海微电子、中电科集团四十五研究所、合肥芯硕半导体等。在这几家公司中，处于技术领先的是上海微电子，其已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机。由于技术难度巨大，短期内还是处于相对劣势的地位。
▲1970年起，光刻机价格每4.4年翻一倍
3、 刻蚀设备：机台国产化率已达15%
国产刻蚀机的机台市场份额已约15% 。工艺流程： 所谓刻蚀，狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀可分为干法刻蚀和湿法刻蚀。显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。
刻蚀设备分类： 在8寸晶圆时代，介质（40%）、多晶硅（50%）及金属刻蚀（10%）是刻蚀设备三大块；进入12寸后，随着铜互连的发展，介质刻蚀份额逐渐加大，目前已近50%；
中微半导体的16nm刻蚀机已实现商业化量产并在客户的产线上运行， 7-10nm刻蚀机设备以达到世界先进水平。截至2018年末，中微半导体累计已有1100多个反应台服务于国内外40余条先进芯片生产线。目前中微产品已经进入第三代10nm、 7nm工艺（台积电）， 5纳米等离子体刻蚀机已经台积电验证；除中微外，北方华创在硅刻蚀机方面也有突破。
4、 成膜设备：机台国产化率约10-15%
成膜设备分两大类， 机台市场份额约10-15% 。工艺流程： 在集成电路制备中，很多薄膜材料由淀积工艺形成。主要包括化学气相 (CVD)淀积和物理气相淀积 (PVD)两大类工艺； 一条投资70亿美元的芯片制造生产线，需用约5亿美金采购100多台PECVD设备； 从全球范围看， AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先；北方华创、中微公司等企业等小有突破：其中北方微电子的PVD可用于28nm的hard mask工艺，并且可以量产；中微两条线推进CVD，一方面中微应用于LED领域的MOCVD市占率已经全球领先 ，另一方面投资沈阳拓荆，完善产品线布局。
▲AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先
▲总体看， PVD是国产化进展较快的一类设备
5、 检测设备
半导体中的检测可分为前道量测和后道测试两大类 。其中前道检测更多偏向于外观性/物理性检测，主要使用光学检测设备、各类inspection设备；后道测试更多偏向于功能性/电性测试，主要使用ATE设备及探针台和分选机；从价值量占比看，前道量测设备也可称为工艺控制检测设备，是晶圆制造设备的一部分，占晶圆制造设备投资占比约10%；后道测试设备独立于晶圆制造设备，占全部半导体设备比例约8%。
▲可以简单把加工过程划分为前道晶圆制造与后道封装测试
▲量测设备和测试设备属于两个不同环节
前道晶圆量测(Wafer Metrology)主要在wafer制造环节。在芯片制造过程中，为了保证晶圆按照预定的设计要求被加工，必须进行大量的检测和量测，包括芯片线宽度的测量、各层厚度的测量、各层表面形貌测量，以及各个层的一些电子性能的测量；用到的设备：缺陷检测设备、晶圆形状测量设备、 掩膜板检测设备、 CD-SEM（微距量测扫描式电子显微镜）、显微镜等。
后道测试主要在封测环节，分为中测和终测 。后道中测（CP， circuit probe），主要在芯片封装前： 主要是测试整个晶圆片（wafer）上每个芯粒(die)的逻辑。简单来说， CP是把坏的Die挑出来并标记出来，后续只封装好的die。这样做可以减少封装和测试的成本，也可以更直接的知道Wafer的良率。用到的设备：测试机（IC Tester / ATE）、探针卡（Probe Card）、探针台（Prober）以及测试机与探针卡之间的接口等。
后道终测（FT， final test），主要在芯片封装后：测试每颗封装好的芯片（chip）的逻辑。简单来说， FT是把坏的封装好的chip挑出来，可以直接检验出封装环节的良率；用到的设备：测试机（IC Tester）、分拣机/分类机（Handler）等。
测试设备三大设备之ATE竞争格局：测试设备包括三大类：测试机、探针台、分选机，其中测试机市场空间占比过半；全球集成电路测试设备市场主要由美国泰瑞达和日本爱德万占据，两者总体合计市占率超过50%。细分来看，在测试机市场中， SOC测试机、存储器测试机的市场占比合计近90%，而爱德万+泰瑞达的市场份额超过80%；目前国内已经装配的测试系统主要偏重在低档数字测试系统、模拟及数模混合测试系统等，领先厂商包括长川科技、华峰测控、上海中艺等。本土厂商在中高档测试能力部分目前仍十分薄弱，尚无法与国外业者相抗衡（包括爱德万Advantest、泰瑞达Teradyne、 Verigy、居诺JUNO半导体等）。但目前国产中、高档测试系统已经研制成功，正进入小批量生产阶段。上市公司中，国产厂商长川科技正全面布局数模混合、模拟、数字信号测试机+探针台；精测电子已布局memory ATE和面板驱动IC ATE，期待后续产品出货。
测试设备三大设备之探针台竞争格局：探针测试台(Prober)是前后道工序之间用于对半导体器件芯片的电参数特性进行测试的关键设备，它可以将电参数特性不符合要求的芯片用打点器(INKER)做一明显标记， 便于在后道工序中及时将其剔除， 这样就有效地提高了半导体器件生产的成品率，大大降低器件的制造成本。在具体测试的时候，晶圆被固定在真空吸力的卡盘上，并与很薄的探针电测器对准，同时探针与芯片的每一个焊盘相接触。 电测器在电源的驱动下测试电路并记录下结果。 测试的数量、顺序和类型由计算机程序控制。
一般来说，探针台的单价在百万级别，远高于分选机。根据统计，探针台的市场份额约占总测试机+探针台+分选机的市场空间的15-20%左右。以东京电子(TEL)为代表的厂商雄霸全球探针测试设备市场，而国内厂商中，长川科技已有探针台产品布局。
智东西认为，国内集成电路设备的国内自给率仅有 5%左右，在全球市场仅占 1-2%份额，而且，产业链中上游核心领域芯片多数占有率基本为0%。半导体设备进口依赖长期看将严重阻碍中国半导体行业的自主发展，国内需求与国内供给的缺口昭示着巨大的国产化空间。集成电路领域对外依赖十分严重，现在，集成电路已经成为我国进口金额最大的产品种类，进出口的贸易逆差逐年扩大，逆差增速还在持续提升。但是，在资金、政策、市场环境三方面利好下，市场格局正在发生深刻的变化，希望在未来的5-10年内，半导体行业被“卡脖子”的局面不复存在。
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