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幼记号分立器件行业解析

作者:admin 发布时间:2021-09-20 浏览次数:84

  由于小信号分立器件额定电流低,通常不会应用于一次电源与二次电源间的整流转换,大多数应用场景集中于二次电源对电路中各并联功能模块的供电过程。

  小信号分立器件又称为小功率半导体器件,指额定电流低于1A,或额定功率低于1W的半导体分立器件。小信号分立器件可分为小信号二极管与小信号三极管,其中小信号三极管中又可进一步细分为普通小信号三极管与小信号MOSFET。小信号分立器件额定功率低,可以满足小电流电路的功能需求,将其与电阻、电容、电感等多种元器件进行合理的组合连接,可构成具有不同功能的电路,这些电路可实现对电路的开闭控制与续流,对调制信号的建波、限幅、钳位,对电路的稳压及脉冲、静电保护等多种功能。由于小信号分立器件额定电流低,通常不会应用于一次电源与二次电源间的整流转换,大多数应用场景集中于二次电源对电路中各并联功能模块的供电过程。

  小信号分立器件是分立器件的重要细分产品,其晶圆结构与制造技术与普通分立器件一致,当前平面芯片产品由于稳定性高,渗透率逐年提高。

  小信号分立器件晶圆结构与制造技术直接决定其产品属性。当前,国际头部小信号分立器件厂多拥有晶圆生产线,并致力于通过提高管芯技术水平实现领先。近年来,全球范围内较为流行的管芯主要有O/J、GPP、Planar。

  以当前全球分立器件头部企业VISHAY为例,其产品线中O/J、GPP、Planar并存,且Planar为新品。虽然Planar产品从2011年起已量产,但规格仍较少,主要应用于高端二极管、三极管、MOS管及整流桥产品中。

  小信号分立器件产品中贴片封装技术渗透率高,整体封装产品向更小更轻薄、更高功率密度方向。

  小信号分立器件源于上个世纪90年代台湾分立器件厂商提出的small signal产品概念。在分立器件贴片封装技术成熟后,面对:

  小信号分立器件开始作为单独产品种类被台湾分立器件厂商单独列出,并随着封测技术的不断进步,产品逐代更迭,并被推广至全球。

  当前中国最常见的产品多使用二代封装技术,SOT-23,SOT-323产品占比高,在中高端应用领域,第三代与第四代封装技术渗透率高速增长。

  中国小信号分立器件市场规模不断增大,国产替代率逐年提高,近年来开始有功率器件头部企业向这一领域渗透。

  中国小信号分立器件行业产业链由上游晶圆代工厂、半导体材料和生产设备供应商组成,中游市场参与者为国内外小信号分立器件厂商,下游市场由各细分应用领域组成。

  中国分立器件领域8英寸晶圆制程整体落后于国际领先水平,并向后制约着中国小信号分立器件设计能力的发展。

  从半导体材料全球市场分析,美国、日本、韩国、德国等国家占据主导地位,中国半导体材料的市场规模占全球比重不足10%。主要原因为中国半导体行业起步较晚,半导体配套发展落后于发达国家,技术、资金、人才等方面的限制导致中国半导体材料行业整体表现为企业数量少、市场规模小、技术水平低以及产业布局分散的特征。

  在这一领域,中国已基本实现国产替代。中国半导体设备企业将加快以单晶炉、区熔炉为核心设备,成功研发出第三代半导体设备碳化硅炉,形成智能化加工设备为重要配套的设备产业链布局。

  晶圆加工设备是技术壁垒最高的领域,先进制程中90%以上的设备来自国际头部企业。未来政府将继续加大精密制造领域的投入,为快速成长的半导体设备研发和制造提供加工保障。

  这一领域,以华峰为代表的中国头部企业已实现进口替代。近年来封测企业的产能增加与先进封装的发展不断促进新的封装设备购置,同时下游应用多样性的增加也进一步促进测试设备的需求增长,这些因素直接推动了国产封测设备的发展。

  小信号分立器件价格构成中,晶圆与封测厂占主导地位,行业内IDM模式厂商占据较高话语权。

  在小信号分立器件制造流程中,设计、晶圆制造、封测、编带及包装分别约占制造成本的15%,35%,40%,10%。

  晶圆制造费用受晶圆供需情况波动,通常小信号MOSFET芯片制程多为8英寸,小信号二极管及普通小信号三极管多为6英寸制程。8英寸晶圆成本占比相对更高,据华虹2019年4季度季报,8英寸晶圆代工报价约为475美元/片。6英寸晶圆报价通常在2,200-2,400元人民币区间波动,晶圆产能紧张时价格上涨,反之则下跌。

  除晶圆费用外,封装作为分立器件制作的重要环节,其成本约占总成本40%。具体封装费用根据封装技术、使用胶量以及金丝、铜丝等金属材料的价格波动。封装好的小信号分立器件经过测试剔除不良产品,经过编带后逐个放入载带,形成2,000-3,000个/盘的最终产品。分立器件测试费用按照颗粒计费,通常一个Die价格在几厘到几分不等。编带过程的外包价格则通常按小时收费,平均一台机器计费价格约为50-100元/小时。

  小信号分立器件行业中游企业运营模式主要分为IDM模式与Foundry模式。

  (1)IDM模式:集设计、制造、封测于一体的模式,国际头部企业采用的模式。目前中国仅少数企业能实现。代表企业:NXP、英飞凌、ON、常州银河、长电科技。

  2010年以前,小信号分立器件销售以实体渠道流通为主,随着线上消费的快速渗透,电商渠道的替代效应明显。

  小信号分立器件是电子电路的基础元器件,是各类电子产品线路中不可或缺的重要组件,广泛应用于各类电子产品的小电流环境中。

  根据其大类分立器件的下游市场占比,其下游相关行业市场可略分如下:汽车电子、工业、消费电子等,根据其行业特性,又可进一步将其拆分为汽车电子、工业控制及三表、计算机及周边设备、移动设备及可穿戴设备,近年来,通讯及绿色照明等细分市场高速扩张,成为小信号分立器件的重要下游相关领域。

  计算机技术和电子技术的快速发展推动汽车电子化程度逐步提高,在竞争激烈的整车市场中,电子化程度越高的汽车意味着更高的便捷度、舒适度与智能度。当前传统汽车中车载导航、汽车照明、仪表盘、中控、车载空调等多部位大量应用半导体分立器件,且发光二极管已在汽车照明领域实现普及,越是高端的汽车搭载的半导体分立器件价值越高。半导体分立器件作为基础电子元器件,存在着巨大的刚性需求空间。随着汽车的电路布局日趋庞大,汽车电子在传统汽车的成本占比逐年扩大。当前平均全球每辆汽车搭载价值约为361美元的半导体分立器件。随着新能源汽车的渗透率逐渐提高,未来整车平均搭载半导体分立器件将成倍数提高。

  自2015年起,中国新能源汽车产销量已经连续四年居世界第一。根据中国汽车工业协会统计,中国新能源汽车产量由2014年的7.8万辆大幅增至2018年的127.0万辆,年复合增长率达到了100.9%,据头豹研究院预测,到2023年,中国新能源汽车产量将达到350.0万辆。中国新能源汽车行业的发展,将带动中国小信号分立器件在中高端应用领域的不断发展。

  小信号分立器件在工业测试设备,伺服系统、工业机器人等工业自动化设备中均有大量应用。

  工业控制是小信号分立器件的重要下游应用领域,占总应用30%以上,在工业测试设备、工业变频器、伺服系统等场景均有大量应用。在全球工业重心逐渐向中国转移的趋势下,中国的工业产值逐年上升,据国家统计局数据,2019年中国工业增加值为317,108.7亿元,其中,制造业增加值为269,175.1亿元,处于逐年上升的趋势。近年来,两化融合的发展助推中国制造业的整体转型升级,为工业控制的发展提供了巨大的空间。

  在工业测试领域,近年来小信号二极管被广泛应用于智能电表领域。随着坚强智能电网建设进入收官之年,中国预计在2020年实现智能电表安装数突破6,000万只。未来八年,中国智能电表将进入稳定的存量市场,在中国智能电表市场提供的稳定更迭需求背景下,中国小信号分立器件厂商积极开拓欧洲智能电表市场,同时基于智能电表建设高峰期积累的产品经验已开始开拓智能水表、气表下游应用市场,预计未来五年,将为小信号分立器件行业带来可观增量。

  作为电能转换及功率处理的核心器件,小信号分立器件广泛适用于工业电力设备的电能变换和电路控制,为弱电控制与强电运行之间搭载桥梁,主要作用是变频、变压、变流、功率放大和功率管理,对工业设备正常运行起到关键作用,在数控机床的伺服电机、轧钢机和矿山牵引、大型鼓风机、发电系统等的电力电子变频调速部分均有采用。与消费电子应用领域不同,工业应用场景多为高频高压场景,是高端应用领域,国产替代率不足10%,发展潜力大。随着中国人口红利逐渐消退,人力成本逐年上升,传统工业尤其是制造业对自动化产线设备的需求与日俱增。未来5年,中国伺服系统市场规模将以年复合增长率25.3%高速增长,预计在2023年达到353.5亿元,伺服系统等高端工业应用的发展将为小信号分立器件创造长期、巨量的下游需求。

  消费电子领域,计算机及其配套装备,智能手机等移动设备及可穿戴设备和与其配套充电设备占据了小信号分立器件半数以上出货量。

  2019年全球智能手机出货量达13.7亿部,其中中国智能手机出货量达3.7亿部。5G技术的成熟还将带来新一轮的全球智能手机市场更迭需求,预计到2025年5G手机累计销量将突破10亿部。由于每个智能手机至少都会标配一个充电器,部分手机用户甚至会多配置一到两个移动充电器,庞大的智能手机市场对充电器类核心配件形成规模巨大的市场需求。受移动设备与可穿戴设备“轻薄小”的物理属性的影响,小信号分立器件的尺寸与性能需满足更高要求,高端产品国产替代潜力巨大。当前在这一领域,中国厂商DFN封装技术成熟,产品尺寸最小可达0.1*0.05㎜,充分满足了特定应用场景下对分立器件的尺寸要求。

  计算机及周边设备是半导体分立器件的重要下游应用领域,一台PC设备中,显示器、风扇、CPU、GPU等多部件及电源适配器,鼠标、键盘、打印机等配套设备中都大量使用小信号半导体分立器件。过去五年,PC个人消费市场发展乏力,机构及企业用PC成为需求主力,占比逐渐提高。预计未来,在Windows10对Windows7的取代、OLED换屏热及CPU、GPU更新换代的影响下,PC个人消费市场迎来复苏,小信号分立器件也将随之发展。

  消费电子领域,中国小信号分立器件厂家已基本实现国产替代,但在细分领域,如家用电器,国际头部企业仍占据主要市场份额。

  在家电领域,当前愈多的白色家电开始转变为高效、耐久的变频式产品,这对搭载的分立器件提出了更高的质量与性能要求。由于家电对元器件产品参数、产品一致性有较高要求,当前该领域90%市场份额集中于NXP、英飞凌、仙童、东芝等国际品牌,国产替代空间巨大。由于家电领域客户粘性高,产品技术壁垒高,国产产品市场参与者集中于头部分立器件企业。且受家电品牌原材料国产替代意愿加强,供应商同品牌不同产品事业部间推广等因素影响的因素,小信号分立器件在家电领域国产化率逐年提高。2019年,中国电冰箱、彩电、空调、洗衣机的产量合计达56,202.6万台,预计未来在5G技术成熟,智能家居概念普及,中国家用电器整体升级、市场扩展的大背景下,家电领域的小信号分立器件用量还将进一步提高。

  当前,物联网技术的发展破解了“信息孤岛”效应,打破独立家电产品不关联互动、信息不共享所形成的联网应用障碍,利用联网功效,家庭用户可通过任意联网中的设备访问住宅中的家电控制系统,进而远程控制各家电设备,实现家电产品智能化体验。随着物联网技术的进一步发展,家电将迎来新一轮智能化替换,而小信号分立器件作为重要原材料,市场份额将进一步扩大。

  小信号分立器件应用广泛且在特定工作环境下具有不可替代性,随着5G技术为中国半导体行业发展赋能,未来市场规模将进一步扩大。

  根据对小信号分立器件领域头部企业市场份额统计得知,近五年来,中国小信号分立器件行业整体不断发展,市场规模(以销售额计)从2014年的90.2亿元增长到了2019年157.3亿元。虽在2018年到2019年,由于受到中国大陆半导体市场成长趋缓影响,以及PC产业衰退,及智能手机成长动能趋缓等因素导致整体增速稍有放缓,但在过去5年里,受物联网、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的影响,中国半小信号分立器件行业市场规模整体保持稳速增长的趋势。

  由于当前小信号分立器件应用广泛且在特定工作环境下具有不可替代性,同时下游消费电子市场份额逐年扩大,且未来5G技术将进一步为中国半导体分立器件的整体发展赋能,预计未来中国小信号分立器件还将继续保持稳定增长的态势。到2023年,中国小信号分立器件市场份额有往突破300亿元。

  中国小信号分立器件厂商有天然地缘优势,未来对进口的依赖将会进一步减弱,国产替代率将进一步提高。

  中国是全球半导体分立最大的市场,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。在小信号分立器件产品线上,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。

  随着电子整机、消费类电子产品等产业链下游行业市场份额的扩张,小信号分立器件市场规模仍有可观的发展空间。巨大的市场需求促使众多研发力量与资金投入到这一领域,中国半导体分立器件制造行业固定投资额从2014年107.4亿元人民币增长到了2018年564.3亿元人民币,源源不断的投资促使细分行业的快速发展。中国作为世界工厂,下游电子整机制造业发达,中国分立器件厂商有天然地缘优势。

  十几年技术积累使国产半导体分立近年来器件产品性能趋于稳定,甚至在部分产品线,产品性能优于进口产品。同时下游电子、通讯、新能源、汽车等行业的技术更迭反向驱动上游半导体分立器件行业产品发展。中国的半导体分立器件行业已经在国际市场占有重要地位并保持着持续、快速、稳定的发展。在中国半导体分立器件市场下游需求不断提高的大环境下,中国半导体分立器件行业的产销规模也在不断扩大,对国外产品的进口替代效应进一步凸显。近年来中国对半导体分立器件的进口数量和进口金额均呈现逐年下降的趋势。未来,随着中国半导体分立器件行业逐步突破高端产品的技术瓶颈,中国半导体分立器件对进口的依赖将会进一步减弱,国产替代率将进一步提高。

  小信号分立器件广泛应用于小电流,低功率的工作场景,是当前制造业最常用的电子元件之一。

  小信号分立器件因其满足于小电流,低功率的工作场景需求,且贴片式封装技术适应下游整机厂流水化高效率作业模式,是当前最常用的电子元件之一。中国是电子整机制造强国,也是小信号分立器件全球重要市场,2019年,中国小信号分立器件销售量达2,809.0亿只,其中,国产小信号分立器件市场份额仅占21.4%,且集中于小信号二极管,国产替代空间大。

  长期以来半导体分立器件一直被半导体投资机构忽视,排除在扶持、优惠政策之外,甚至部分人认为半导体最终会经不断集成形成模块与芯片。半导体产业的发展始于分立器件,集成电路的发明和发展离不开分立器件,在集成电路高度发展的今天,分立器件在世界半导体市场中,每年的销售额仍平稳增长,产业规模不断扩大。

  事实上,集成电路的应用离不开分立器件的配合,尤其是小信号分立器件,担负了为芯片提供稳定的输电环境。在近代无线通信中,接收系统的前端、发射系统的末端都离不开高性能的小信号分立器件,如一些手机中基带部分就使用了数十只小信号分立器件,而射频部分更是搭载低噪声晶体管、小信号数字晶体管、检波管等多种分立器件。

  小信号分立器件在芯片供电、小信号射频、ESD等特定工作环境下,具有不可替代性,受成本与良率制约难以集成,随着长期下游需求的上涨,市场规模还将进一步扩大。

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  根据行业分析公司IHS的报告,恩智浦现已成为小信号分立器件的全球市场领导者,并且在标准产品市场上仍然居于全球领先地位。 兰埃因霍温,2014年5月13日讯——恩智浦半导体(NXP Semiconductors N.V.)(纳斯达克代码:NXPI)今日宣布,该公司现已成为小信号分立器件的全球头号供应商。致力于提供关键信息和见解的全球领先行业分析公司IHS,在其近期的一份报告——“Competitive Landscaping Tool (CLT)™ – 年度详细信息 – 2014全球半导体市场份额”中指出,恩智浦成功实现了总销售量的显著增长。该报告还确认了

  1996年在无锡设厂的英飞凌科技(无锡)有限公司,一直以承接成熟工艺进行批量封装测试定位,主要从事英飞凌科技小型化分立器件和智能卡芯片后道封装。但到2011年,英飞凌通过在资金、技术和制造设备上投入约1.5亿美元,将使其成为英飞凌科技有铅小信号分立器件和智能卡芯片全球制造基地,并同时兼具创新工艺开发功能。 据英飞凌董事负责运营的会成员Reinhard Ploss介绍,根据英飞凌最新的业务整合实施方案,目前位于马来西亚的英飞凌马六甲功率半导体装配与测试生产厂内约55多条有铅小信号分立器件生产线全部转至无锡工厂

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