集成电路三大元器件产业发展
通讯yjbzj220152023/4/27
第一节 电容器
一、中国电容器产业发展现状
电容器是三大被动元件之一，是电子线路中必不可少的基础元件。电容器通过静电的形式储存和释放电能，在两极导电物质间以介质隔离，并将电能储存其间。主要作用为电荷储存、交流滤波或者旁路、切断或阻止直流电压、提供调谐及振荡等，广泛应用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制等方面。下游应用场景广泛，军用领域包括航空、航天、舰船、兵器、电子对抗等；民用工业类领域包括系统通讯设备、工业控制设备、医疗电子设备、轨道交通、精密仪表仪器、石油勘探设备、汽车电子等；民用消费类领域包括笔记本电脑、数码相机、手机、录音录像设备等。
电容器主要有钽电解电容、铝电解电容、陶瓷电容器和薄膜电容器四种类型，分别占比7%、32%、53%、8%。四种不同类型的电容有着不同的特点：陶瓷电容小型化优势明显，尤其适用于消费电子设备，其电容量比较小，适用于高频领域；电解电容容量比较大，适用于低频领域；薄膜电容的电容量介于前两者之间，突出的优点是耐高压，可靠性好。
目前，我国电容器生产厂商主要分布于珠江三角洲、长江三角洲和环渤海京津地区。其中，珠江三角洲地区电子信息产业发达，是中国最大的家电生产基地，也是全球重要的计算机硬件生产基地；长江三角洲以半导体制造、笔记本电脑、手机及零部件为主；环渤海京津地区为电子信息产业生产和科研基地。这些区域均有电容器厂商投资设厂。
二、超级电容器市场前景广阔
超级电容器是一种能够快速储存和释放电能的储能装置，具有功率密度大、充放电时间 短、使用寿命长、温度特性好、节能环保等特点。当前超级电容器通常指双电层电容器，由正极、负极、电极之间的隔膜以及电解液构成。
随着下游应用场景的不断扩展，对超级电容器的需求也在不断增长，未来随着新能源汽车、轨道交通、电力系统等领域的需求推动，我国超级电容器行业将继续保持高速增长。
目前超级电容器在新能源客车、轨道交通、智能仪表、电网设备、UPS、港口重型机械、国防军工等领域存在广泛应用。其中，超级电容器在新能源领域应用最广，市场份额为41.31%。其次为应用于交通运输领域的电容器市场占比为31.36%；第三为应用于工业领域的超级电容器市场亿元，占比20.36%。
《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》提出要面向智能终端、5G、工业互联网、数据中心，新能源汽车等重点市场，推动基础电子元器件产业实现突破，并增强关键材料、设备仪器等供应链保障能力。
三、薄膜电容将逐渐取代铝电解电容
以风力发电、太阳能发电、电动汽车为代表的新能源市场日益繁荣，极大地拉动了电容器的市场需求。薄膜电容在新能源领域的应用开发使得行业迎来新的产业机遇。随着薄膜电容技术的不断发展，其耐高电压、滤波能力强、寿命长、使用温度范围宽、能在恶劣的环境下工作等优点特别适合在新能源领域的应用，因而越来越受到新能源行业的关注。
薄膜电容在风力发电、太阳能发电领域的应用主要在电力设备变频、电流变换、电源控制、功率矫正等方面。以前基本上都是使用铝电解电容为主，但薄膜电容在这个领域的优势越来越明显。随着薄膜电容价格的下降，在风能、光伏发电领域，薄膜电容取代铝电解电容将是未来的发展趋势。同时，变频技术应用领域不断推广，通讯设备更新换代周期缩短，多重利好因素作用下，高端电容器市场迅速发展。
四、电力电容器产业机遇与挑战
随着汽车技术的发展及环保政策趋严，新能源汽车得到迅速发展，市场需求量不断扩大。但电动汽车实际应用的充电问题一直得不到解决，仍然存在充电桩数量不足、布局不合理、维护不到位、老旧小区建桩难等问题。现阶段公众在选择纯电动汽车和传统能源汽车产品消费时，充电的便捷程度（包括充电桩分布位置和充电所需时间）是重点关注方向。
由于充电设施前期投入较大，充电设施企业运营盈利差，市场化的参与单位参与意愿低，使得充电设施配套少。其次电动车平均每次充电需要一到三个小时，且电池需要做专门的定期维护，使用3-5年后还需更换新电池，更新费用较高，这些条件严重制约了电动汽车的实际推广和应用。
超级电容器可在解决电动汽车充电问题上发挥重要作用，超级电容器具备功率密度大，充放电速度快，瞬间输出功率大的优势，不仅可在汽车启动的时候为汽车提供峰值电流，为瞬间大负荷的工作提供充足的能源保障，而且也可以达到降低燃油成本、降低排放、提高汽车性能的效果。因此，将超级电容器是一种理想的电动汽车储能设备。如再将普通的储能电池和超级电容器组合成混合储能单元，结合两者优势，必将大大提升超级电容器在电动汽车的应用优势。
第二节 电感器
一、电感器市场竞争改变行业格局
电感是一种能将电能通过磁通量的形式储存起来的被动电子元件。通常为导线卷绕的样子，当有电流通过时，会从电流流过斱向的右边产生磁场。"电感、电容、电阷"是电子学三大基本无源器件。
截止到2022年，全国传感器产业有上市企业209家，占全国传感器产业企业数量的9.94%；高成长企业395家，占全国传感器产业企业数量的18.79%；高技术企业962家，占全国传感器产业企业数量的45.77%。
目前全球主要的一体成型电感（Molding Choke）生产商有美系的Vishay，日系的TOKO（已被muRata收购），中国台湾的乾坤和奇力新。预估这几大厂商的产能约占全球80%以上，行业集中度高。最近几年中国大陆电感厂商加大研収力度，麦捷、金籁、德珑、华立、达嘉等企业，已经开发出一系列型号的一体化成型电感，在部分领域部分型号实现了国产突破，预计未来将有更多系列的产品实现国产化。
二、中国电感器市场需求日益上升
随着万物互联及智能化时代来临，下游市场应用场景的扩展和升级，带动了电子元器件工业进一步发展。目前电子元器件发展趋势为超微化、高功率密度化、绿色化及模组集成化。电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石，为加快电子元器件产业及其上下游的高质量发展，推动产业基础高级化、产业链现代化，促进我国信息技术产业发展，工信部印发《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》（工信部电子〔2021〕5号）（以下简称"《行动计划》"）。《行动计划》以推动高质量发展为主题、深化供给侧改革为主线、改革创新为根本动力、做强电子元器件产业及夯实信息技术产业基础为目标，明确提出现阶段要面向智能终端、5G、工业互联网、数据中心、新能源汽车等重点市场，推动基础电子元器件产业实现突破。通过增强电子元器件产业相关关键材料、设备仪器等供应链保障能力，推动产业链供应链现代化水平，为电子元器件行业的发展提供了基础。
一体成型电感（Molding Choke）不仅可以用于手机，还可以用于汽车、航空、通信等多领域。仅以手机市场需求来看，目前MoldingChoke主要是苹果、三星应用主导，HOV等品牉使用率较低，产品供不应求。
三、小型电感器市场潜力巨大
电感器件小型化、一体是发展趋势，一体成型电感（Molding Choke）实现了电感的小型化和一体化，属于绕线和扼流圈等的升级换代产品。一体成型电感（Molding Choke）是高端电感的一种，是直接用磁芯材料在线圈上成型制造，具备结构坚实牢固、特性精准等特点；采用磁屏蔽结构，路闭合抗电干扰强（EMI）；超低蜂鸣叫，可高密；产品小体积、大电流，在复杂环境下仍保持优良的温升特性和电感特性。一体成型电感具有"耐大电流、电磁特性平稳、温升稳定，低可听噪声、低放射噪声，耐冲击"等优势，大有替代传统电感的趋势。
四、电感器发展趋势
近年来，虽然国内电感器件行业发展势头平稳，企业规模不断扩大，但行业企业间同质化竞争现象严重，产品结构单一，产品附加值发展空间还很大。值得关注的是，随着越来越多的外部资本进军国内市场，导致行业竞争压力渐趋激烈，国内众多中小企业抗风险能力较弱。现在虽然一些电感器件行业打造的产品己成功入驻市场，但随着信息技术产业的兴起普及，客户对电感器件行业的认知都在逐渐发生着翻天覆地的变化。国产替代进口、集成化、利用新材料发展新产品等是未来中国电感器件主流趋势。
第三节 电阻电位器
一、中国电阻电位器行业的发展分析
电阻器是一个限流元件，接在电路中后可限制通过它所连支路的电流大小。电阻根据结构形式分为引线电阻和片式电阻，其中引线电阻按照原材料和工艺细分为绕线电阻、碳合成电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化物膜电阻，片式电阻按照工艺分为厚膜电阻和薄膜电阻；根据阻值是否可以变化分为固定电阻和可变电阻，其中可变电阻包括手动调节阻值的电位器，以及阻值根据物理条件变化的热敏电阻、压敏电阻等。电阻在电路中起到限流和分压的作用，广泛应用于通讯、计算机、汽车电子、家电消费类等整机制造领域，是各类电子制造业生产中不可缺少且使用量较大的电子元件。在通用型领域，厚膜电阻由于价格便宜、阻值范围宽、稳定性和可靠性好而应用最多；在精密型领域，薄膜电阻中的金属箔电阻将凭借最佳的温度稳定性成为核心发展方向。
2020年年底全球第二大芯片电阻厂厚声发生分家事件，致使月产能减少50%（对应300亿只月产能）；另外，被动元件大厂华新科产能重镇广东东莞大朗厂于2021年1月失火进一步加剧供给紧张；而5G手机、汽车电子等下游终端市场景气度回升带动电阻需求增长，电阻行业出现全面性的供需紧俏。此外，包括陶瓷基板、油墨、贵金属在内的上游原材料价格全面起涨（例如全球第一大陶瓷基板厂商三环集团于2月1日调涨全尺寸陶瓷基板价格10-15%）亦推动了2021年的Q1的涨价潮。而随后5月底开始的马来西亚疫情又进一步加剧供给侧的紧缩（影响全球约10%的电阻产能）。根据ECIA的数据，电阻货期已经由2020年底的16周上升至2021年6月份的20周。
二、中国电阻器产业竞争激烈
全球先进被动元件企业一直看好行业前景，持续投资扩大产业规模，强化新产品开发及优化产品结构，在规模及产品技术上继续保持领先地位。受益于5G等新兴市场应用领域需求增长、国产化替代需求急升等拉动影响，国内电子元器件行业企业均纷纷加大产能规模扩张和技术水平提升的投资，行业竞争将愈加激烈。
三、电阻电位器传统与新型产品并行
电阻按阻值可以分为固定电阻、可调电阻、特种电阻，其中固定电阻占比最大，固定电阻中片式电阻应用最广泛。
片式电阻按工艺可分为厚膜电阻和薄膜电阻。厚膜是采用丝网印刷将电阻性材料淀积在绝缘基体（例如玻璃或氧化铝陶瓷）上，然后烧结形成。薄膜是在真空中采用蒸发和溅射等工艺将电阻性材料淀积在绝缘基体工艺（真空镀膜技术）制成。目前最常用的是厚膜电阻。
片式电阻主要应用于5G通信领域、汽车电子、PC领域和家电类领域。（1）5G建设是新基建的核心内容，是近5年到10年我国刺激经济最重要的抓手，该市场对于小尺寸片式电阻器需求巨大。（2）受益于汽车工业电动化、智能化、网联化的发展趋势，以及汽车电子在整车中的成本占比快速上升等多重利好因素，汽车电子市场增长速度已远远超过整车市场。未来，随着自动驾驶、无人驾驶技术及新的信息化技术在汽车上的应用，汽车电子市场将会持续增长。（3）PC市场已经较为成熟，主要是规模成本的竞争。（4）家电行业近年来结合物联网的快速发展向智能化、网络化、小型全贴片化的趋势发展，同时为了达到国家新能效的要求，变频等新技术也广泛应用到家电产品中，带来了大功率片式电阻、高压电阻、合金电阻、抗硫化电阻及小尺寸电阻等需求。
移动终端是片式电阻器的主要应用市场。随着人们生活水平的提高，追求更高性能和时尚已成为一种趋势，移动终端的发展推动了片式电阻器的市场增长需求。
四、中国电阻电位器产业发展趋势
目前我国电子元件进出口市场呈现大进大出的特点，而且主要是大量进口高端产品、大量出口低端产品，一些电子元件高端产品仍需要依赖进口，比如在中高端电阻器上目前国内厂家竞争力较弱，所以中高端电阻器市场还有较大的发展空间。
中高端电阻器的进口替代是国内电阻器生产厂家未来发展的一个方向。此外，与一般大批量生产的电阻相比，中高端电阻器行业由于其产品质量要求较高等因素，其行业壁垒更强，一般企业更难介入，相应市场竞争程度也较小，利润水平较高。比如新型大功率特种电阻器是电阻器行业发展的一个重要方向，主要包括风力发电用特种电阻器、变频器用电阻器、轨道交通特种功率电阻器，电动汽车用特种功率电阻器等。
第四节 其它相关元件的发展概况
一、浅谈晶体管发展历程
在晶体管诞生之前，放大电信号主要是通过真空电子管，但由于真空管制作困难、体积大、耗能高且使用寿命短，使得业界开始期望电子管替代品的出现。1945年秋天，贝尔实验室正式成立了以肖克利为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人，开始对包括硅和锗在内的几种新材料进行研究。
1947年贝尔实验室发表了第一个以锗半导体做成的点接触晶体管。但由于点接触晶体管的性能尚不佳，肖克利在点接触晶体管发明一个月后，提出了使用p-n结面制作接面晶体管的方法，称为双极型晶体管。当时巴丁、布拉顿主要发明半导体三极管；肖克利则是发明p-n二极管，他们因为半导体及晶体管效应的研究获得1956年诺贝尔物理奖。
晶体管因为有以下的优点，因此可以在大多数应用中代替真空管：没有因加热阴极而产生的能量耗损，应用真空管时产生的橙光是因为加热造成，有点类似传统的灯泡。体积小，重量低，因此有助于电子设备的小型化。工作电压低，只要用电池就可以供应。在供电后即可使用，不需加热阴极需要的预热期。可透过半导体技术大量的生产。放大倍数大。
1、平面晶体管
平面工艺是60年代发展起来的一种非常重要的半导体技术。该工艺是在Si半导体芯片上通过氧化、光刻、扩散、离子注入等一系列流程，制作出晶体管和集成电路。凡采用所谓平面工艺来制作的晶体管，都称为平面晶体管。
平面晶体管的基区一般都是采用杂质扩散技术来制作的，故其中杂质浓度的分布不均匀（表面高，内部低），将产生漂移电场，对注入到基区的少数载流子有加速运动的良好作用。所以平面晶体管通常也是所谓漂移晶体管。这种晶体管的性能大大优于均匀基区晶体管。
传统的平面型晶体管技术，业界也存在两种不同的流派，一种是被称为传统的体硅技术(BulkSI)，另外一种则是相对较新的绝缘层覆硅(SOI)技术。平面BulkCMOS和FD-SOI曾在22nm节点处交锋了。其中，BulkCMOS是最著名的，也是成本最低的一种选择，因此它多年来一直是芯片行业的支柱。但随着技术的推进，BulkCMOS晶体管容易出现一种被称为随机掺杂波动的现象。BulkCMOS晶体管也会因此可能会表现出与其标称特性不同的性能，并且还可能在阈值电压方面产生随机差异。解决这个问题的一种方法是转向完全耗尽的晶体管类型，如FD-SOI或FinFET。
Bulk CMOS与FD-SOI两者的区别在于后者在硅基体顶部增加了一层埋入式氧化物(BOX)层，而BOX上则覆有一层相对较薄的硅层。该层将晶体管与衬底隔离，从而阻断器件中的泄漏。Intel是体硅技术的坚定支持者，而IBM/AMD则是SOI技术的绝对守护者。
2、FinFet晶体管
平面晶体管主导了整个半导体工业很长一段时间。但随着尺寸愈做愈小，传统的平面晶体管出现了短通道效应，特别是漏电流，这类使得元件耗电的因素。尤其是当晶体管的尺寸缩小到25nm以下，传统的平面场效应管的尺寸已经无法缩小。在这种情况下，FinFET出现了。FinFET也被称为鳍式场效应晶体管，这是一种立体的场效应管。FinFET的主要是将场效应管立体化。
第一种FinFET晶体管类型称为"耗尽型贫沟道晶体管"或"DELTA"晶体管，该晶体管由日立中央研究实验室的Digh Hisamoto，Toru Kaga，Yoshifumi Kawamoto和Eiji Takeda于1989年在日本首次制造。但目前所用的FinFet晶体管则是由加州大学伯克利分校胡正明教授基于DELTA技术而发明，属于多闸极电晶体。
多闸极晶体管的载子通道受到接触各平面的闸极控制。因此提供了一个更好的方法可以控制漏电流。由于多闸极晶体管有更高的本征增益和更低的沟道调制效应，在类比电路领域也能够提供更好的效能。如此可以减少耗电量以及提升芯片效能。立体的设计也可以提高晶体管密度，进而发展需要高密度晶体管的微机电领域。
与平面CMOS（互补金属氧化物半导体）技术相比，Fin FET器件具有明显更快的开关时间和更高的电流密度。Fin FET是一种非平面晶体管或"3D"晶体管。它是现代纳米电子半导体器件制造的基础。
2011年，英特尔将之用于22nm工艺的生产，正式走向商业化。从2014年开始，14nm（或16nm）的主要代工厂（台积电，三星，Global Foundries）开始采用Fin FET设计。在接下来的发展过程中，FinFET也成为了14nm，10nm和7nm工艺节点的主要栅极设计。
3、GAA晶体管
而当先进工艺发展到了7nm阶段，并在其试图继续向下发展的过程中，人们发现，Fin FET似乎也不能满足更为先进的制程节点。于是，2006年，来自韩国科学技术研究院（KAIST）和国家nm晶圆中心的韩国研究人员团队开发了一种基于全能门（GAA）Fin FET技术的晶体管，三星曾表示，GAA技术将被用于3nm工艺制程上。
GAA全能门与FinFET的不同之处在于，GAA设计围绕着通道的四个面周围有栅极，从而确保了减少漏电压并且改善了对通道的控制，这是缩小工艺节点时的基本步骤，使用更高效的晶体管设计，再加上更小的节点尺寸，和5nmFinFET工艺相比能实现更好的能耗比。
GAA技术作为一款正处于预研中的技术，各家厂商都有自己的方案。比如IBM提供了被称为硅纳米线FET（nanowire FET）的技术，实现了30nm的纳米线间距和60nm的缩放栅极间距，该器件的有效纳米线尺寸为12.8nm。此外，新加坡国立大学也推出了自己的纳米线PFET，其线宽为3.5nm，采用相变材料Ge2Sb2Te5作为线性应力源。
另据据韩媒Business Korea的报道显示，三星电子已经成功攻克了3nm和1nm工艺所使用的GAA（GAA即Gate-All-Around，环绕式栅极）技术，正式向3nm制程迈出了重要一步，预计将于2022年开启大规模量产。
从平面晶体管走到GAA晶体管，代工厂的研发投入越来越高。在这个过程中，格芯和联电接连放弃了14nm以下先进制程的研究，英特尔虽然公布了其7nm计划，但其已在10nm工艺节点上停留了很久。而三星也在7nm节点处落后于台积电的发展，在这种情况下，台积电几乎包揽了市场上所有7nm的生意。
二、氮化镓晶体管应用分析
氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，因其优越的性能，例如高电子迁移率、高电子饱和速率、耐高温及高热导率等优点吸引了越来越多的关注，也正是因为这些优点，垂直氮化镓功率晶体管在未来的电力电子领域中具有很大的发展和广泛的应用前景。
1、充电器及适配器。不同于十几年前电脑的适配器及手机的"5V×1A"，目前市场上很多电子产品都使用了快充技术，小至45W，大至250W，再加上人们对便捷性的追求，大功率密度、高工作温度和小体积等成为了目前充电器的发展目标。与目前普遍的Si基充电器相比，GaN基充电器在满足功率密度的条件下可以实现更好的散热、更高的工温度和更小的体积。目前市场上已经出现了GaN充电器的"身影"，不仅体积比传统手机、电脑充电器小得多，在充电速度和散热方面也有着非常不错的表现。
2、无线通信技术。随着5G技术的发展，通信设备对大功率、高频率、高速度的性能需求更加急切，GaN材料本身就已经具有这些物理性能，且GaN功率晶体管在满足以上要求的情况下，在散热、体积及功耗方面也有着较大的优势，可进一步提升电子产品的性能，获得更好的通信体验。
3、无线充电器。无线充电目前也是一项热门且快速发展的技术，各家手机厂商的旗舰机几乎都适配了无线充电技术，甚至在电动汽车上也有它的"身影"。无线充电的频率大致在100kHz~6。78MHz范围内，这对充电设备在温度控制、转换频率和大功率等方面有着较高的要求，尤其是给电动汽车这种大型工具进行无线充电，对充电设备的要求会更高。
4、汽车应用。GaN功率器件的发展，最大的受益者之一便是汽车的电气系统，主要应用在车载充电器(onboardcharger，OBC)、DC-DC转换器、电机驱动器和激光雷达。目前汽车电池的电压范围为600~1500V，对器件有高耐压、大电流和快速开关的要求，而垂直GaN晶体管的发展使得汽车电气系统具有更简单灵活的设计和更高的性能。
5、大规模集成电路。目前的硅基器件已经逼近Si材料的理论极限，对高压高频大功率的需求却在不断增加，硅基器件在体积和散热方面有很多的问题，不利于后续大规模集成电路的发展。而GaN材料不仅在物理性能上比硅材料更有优势，在相同性能的情况下，制备出的晶体管体积可以大幅度减小，配合使用小型散热器，可以大幅度解决集成电路在体积和散热方面上的问题，并拥有更高的开关频率，可提高设备的性能
三、发光二极管市场发展浅析
随着技术的不断发展，半导体二极管产业也发生着深刻的变革，新材料将成为产业新的发展重心。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等材料为代表的新材料半导体因其宽禁带、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等优异的性能而受到行业关注，有望成为新型的半导体材料。
目前国产二极管行业市场集中度逐渐提高，企业资金充足，研发投入逐渐增加，特别是在 SiC领域，绝大多数大型二极管企业都有资金布局。再加上国产二极管封装技术处于国际领先水平，封装行业的高标准反过来又会促进半导体二极管芯片行业的快速发展，从而带动整个行业的发展，向附加值较高的环节延伸。
规模优势是半导体二极管行业企业控制成本提高自身竞争力的重要手段，因此不具备规模优势的低端中小企业将难以持续投入资金进行研发、市场开拓，难以在行业内生存。近年来，中国半导体二极管产业加大整合力度，小企业逐步退出，市场集中度逐渐提高。
结合目前国外的功率二极管的发展情况，国内目前在基础器件的研究和开发上已经到达了一个较高的研发阶段，不过对于现在的功率二极管来说现有的的水平已经相对成熟。它有着非常可观的发展前景，能够让我们在以后的生活里拥有更好的变压器。功率二极管的发展历史都是有目共睹的，已经逐渐的趋近于成熟。
如今中国半导体二极管封装技术处于国际领先水平，封装行业的高标准将反过来促使半导体二极管芯片行业的加速发展，进而带动整个产业的发展，向附加值更高的环节延伸。
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