半导体器件的未来发展

1. 半导体器件的未来发展

今年是摩尔法则(Moore’slaw)问世50周年，这一法则的诞生是半导体技术发展史上的一个里程碑。这50年里，摩尔法则成为了信息技术发展的指路明灯。计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，因特网将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富着每个人的生活。这一法则决定了信息技术的变化在加速，产品的变化也越来越快。人们已看到，技术与产品的创新大致按照它的节奏，超前者多数成为先锋，而落后者容易被淘汰。这一切背后的动力都是半导体芯片。如果按照旧有方式将晶体管、电阻和电容分别安装在电路板上，那么不仅个人电脑和移动通信不会出现，连基因组研究、计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。有关专家指出,摩尔法则已不仅仅是针对芯片技术的法则;不久的将来，它有可能扩展到无线技术、光学技术、传感器技术等领域，成为人们在未知领域探索和创新的指导思想。毫无疑问，摩尔法则对整个世界意义深远。不过，随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效？专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上，美国科学家和工程师杰克·基尔比表示，5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言，由于纳米技术的快速发展，30年后摩尔法则很可能就会失效。2012年，日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称，“在10年左右的时间内，我们将看到摩尔法则崩溃。”前不久，摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出，即使摩尔法则寿终正寝，信息技术前进的步伐也不会变慢。

2. 半导体材料的发展前景

3. 半导体行业发展前景

半导体分立器件制造行业主要上市公司：目前国内半导体分立器件制造行业的上市公司主要有华润微(688396)、士兰微(600460)、扬杰科技(300373)、华微电子(600360)、新洁能(605111)、苏州固锝(002079)、银河微电(688689)、立昂微(605358)、捷捷微电(300623)、台基股份(300046)等。
本文核心数据：功率半导体分立器件产量、产值、市场结构
1、功率分立器件产量和产值持续上涨
功率半导体分立器件指额定电流不低于1A，或额定功率不低于1W的半导体分立器件。2015-2020年，中国功率半导体分立器件产量和产值均呈现持续上涨的趋势。2020年，中国功率半导体分立器件产量为4885亿只，较2019年同比增长8%。2020年，中国功率半导体分立器件产值达到165.6亿元，较2019年同比增长3%。
2、MOSFET产品优势凸显、需求量大
功率半导体分立器件可以进一步划分为功率二极管、功率晶体管和功率晶闸管三大类，其中BIT、GTR、MOSFET和IGBT均属于功率晶体管的范畴，SCR、GTO和IGCT则属于功率晶闸管的范围内。功率晶体管中，MOSFET和IGBT属于全控型分立器件，MOSFET根据应用特性的不同，还包括平面型功率MOSFET、沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET和屏蔽栅功率MOSFET等多种类型。
MOSFET在分立功率半导体器件当中排名首位，2019年占市场规模的36.3%，其次为二极管、其他三极管(包括IGBT)及晶闸管，市场份额分别为32.2%、26.0%及5.5%。
MOSFET的优势在于开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、所需驱动功率小且驱动电路简单、工作频率高以及不存在二次击穿问题等方面;而功率二极管具有结构和原理简单、工作可靠的优势。基于产品自身的特点和优势，MOSFET和二极管在功率分立器件市场中占据近70%的市场规模。在MOSFET下游应用的快速发展基础下，按MOSFET销售额划分的市场规模已由2015年的37亿美元增至2019年的53亿美元，复合年增长率约9.2%。
注：市场结构数据根据2019年市场规模数据计算所得。
3、功率分立器件市场规模将继续增长
展望未来，依据全球需求的普遍上升，加上中国制造分立器件如MOSFET、二极管及三极管的庞大产能，中国功率半导体分立器件市场规模预期将会持续增长。预计到2026年，中国功率半导体分立器件产量将超过16000亿只，产值将超过500亿元。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国半导体分立器件制造行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

4. 半导体行业发展前景

半导体分立器件制造行业主要上市公司:目前国内半导体分立器件制造行业上市公司主要有华润微(688396)、士兰威(600460)、科技(300373)、华微电子(600360)、信捷能(605111)、苏州固锝(002079)。
本文核心数据:半导体分立器件出货量、市场规模、区域分布。
1.英飞凌推动全球分立器件性能提升。
全球分立半导体器件诞生于上世纪中叶。20世纪50年代，功率二极管和功率三极管问世，并应用于工业和电力系统。六七十年代，晶闸管等分立器件发展迅速；20世纪70年代末，开发了平面功率MOSFET。80年代后期，沟槽功率MOSFET和IGBT逐渐出现，分立器件正式进入电子应用时代。90年代，超结MOSFET逐渐出现，打破了传统的“硅极限”，满足了大功率、高频的应用要求。2008年，英飞凌率先推出屏蔽栅功率MOSFET，分立器件性能进一步提升。
2.分立器件的全球供需明显受疫情影响。
-由于疫情，全球供应疲软。
新冠肺炎疫情对全球经济产生了巨大影响，包括半导体分立器件在内的许多行业都受到了负面影响。根据Statista的预测数据，2020年全球分立半导体器件出货量将达到4630亿。
随着病毒在全球传播，全球供应链中断，隔离期仍不确定。为了遏制新冠肺炎的蔓延，全球许多制造工厂都采取了停工控制措施。例如，由于马来西亚、中国和菲律宾的政府订单，安美半导体的大部分制造设施被关闭，影响了其向客户供应产品的能力。https://iknow-pic.cdn.bcebos.com/1e30e924b899a901545b9da60f950a7b0208f530?x-bce-process=image%2Fresize%2Cm_lfit%2Cw_600%2Ch_800%2Climit_1%2Fquality%2Cq_85%2Fformat%2Cf_auto

5. 中国为何不早一点发展半导体领域，未来的发展前景如何？

一纸芯片禁令使我们意识到芯片的重要性，随着华为事件的不断发酵，大型公司开始创建芯片，在国家的支持下，许多公司取得了突破，它还设定了到2025年实现芯片自给率超过70％的目标，可以说，当时中国只有一个目标，那就是创建我们自己的芯片，尽管制作芯片的困难难以想象，但我们那时再也无法控制太多了，因为芯片已成为所有中国人的痛点，所以制作属于中国人的芯片是最重要的此刻的事情，急事，由于我们对芯片的需求非常紧迫，为什么我们不早做芯片，如果能够更早地制造它，那么我相信我们现在将不会经历这种无芯的痛苦，为什么不早发展，实际上，我们的国家完全没有参与，早在1965年，我国就开发了第一个国内产品芯片，那时，还没有ASML这样的巨人，甚至在半导体领域具有优势的日本也刚刚进入这一领域，值得一提的是，那时我们不仅独立开发芯片，而且还自行构建光刻机。

当时，中国科学院生产了65型接触式光刻机，在接下来的20年中，我们在芯片领域中一直遥遥领先，至少直到1980年，我们在芯片领域的技术水平才处于世界前列，但是，在1980年代，由于某些原因在自主研发问题上存在分歧，并且当时停止了许多研发项目，从那时起，购买更好的想法开始流行，另外，当时，许多外国芯片以良好的性能和低廉的价格进入该国，因此大多数公司会选择使用进口的芯片，这样，我们积累了20年的光刻机技术，这相当于浪费钱，场地，从那时起，在光刻机领域，我们进入了空白状态，2002年，上海微电子成立后，我们再次涉足光刻机领域。

1990年，我国启动了908项目，在这个项目中，我们已经投资了将近20亿美元，但我们别无选择，只能在建成时遇到落后的现实，而且我们在一开始就遇到了棘手的危机，这使我们在这一领域逐渐滞后，这种情况直到2000年才开始好转，中芯国际这样的公司出现在中国，这给国内芯片带来了一点希望，前景如何，那么在这种情况下，中国半导体领域将如何发展，实际上，从个人角度来看，国内的发展前景仍然非常好，至少到目前为止，可以肯定的是我们在这一领域还不是完全空白，2014年，国家集成电路产业发展推进刚要正式发布，发布此大纲意味着我们将重新确定发展集成电路产业的决心，但是，值得一提的是，我们目前的情况不是很好，随着外国公司的不断加速，我们在半导体领域的发展已经落伍了，但是好消息是，目前芯片的发展即将突破摩尔定律的极限。

这实际上对国内半导体的发展是一件好事，所谓的摩尔定律是指集成电路上的晶体管数量每18-24个月翻一番，现在，世界上最先进的芯片工艺已开发到5nm，目前正在开发3nm，但是速度越来越慢，例如，拥有世界上最先进技术优势的台积电，从28nm到14nm已经使用了十多年，随着芯片的发展无限接近摩尔定律，未来芯片流程的发展肯定会变得更加缓慢，这对我们来说是个好消息，因为当芯片达到摩尔定律时，芯片的发展将不可避免地陷入停滞状态，这使我们有时间进行追赶，目前，国产芯片已达到7nm并由中芯国际掌握，从28nm到7nm，百度的昆仑二号和阿里平头哥的独角兽也已上市，所有这一切无疑是不可能的，这并不能证明我们即将迎来芯片发展的大趋势，我相信，在大公司的不懈努力下，我们将能够在芯片领域创造更加辉煌的时刻。

6. 半导体物理的发展前景

半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。

7. 半导体市场及发展前景

现状
——国内市场快速增长、贸易逆差扩大
集成电路产业信息产业的核心之一，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。“十三五”以来，我国集成电路产业快速增长，2020年，集成电路产业销售额达8848亿元，平均增长率达到20%，为同期全球产业增速的3倍。但同时，我国集成电路的进出口贸易逆差总体扩大，2020年达2334.4亿美元。






前景
——2030年：产业链主要环境达到国际先进水平
根据《国家集成电路产业发展推进纲要》中提出的发展目标，至2015年，集成电路产业销售收入超过3500亿元;至2020年，全行业销售收入年均增速超过20%，截至2021年3月末，这两项目标均已完成。展望2030年，我国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。



另根据国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《中国制造2025》重点领域技术路线图，其中针对集成电路产业的市场规模、产能规模等提出了具体的量化发展目标：



——更多行业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国集成电路行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》。

8. 半导体技术的快速发展

尽管有种种挑战，半导体技术还是不断地往前进步。分析其主要原因，总括来说有下列几项。先天上，硅这个元素和相关的化合物性质非常好，包括物理、化学及电方面的特性。利用硅及相关材料组成的所谓金属氧化物半导体场效晶体管，做为开关组件非常好用。此外，因为性能优异，轻、薄、短、小，加上便宜，所以应用范围很广，可以用来做各种控制。换言之，市场需求很大，除了各种产业都有需要外，新兴的所谓 3C 产业，更是以 IC 为主角。因为需求量大，自然吸引大量的人才与资源投入新技术与产品的研发。产业庞大，分工也越来越细。半导体产业可分成几个次领域，每个次领域也都非常庞大，譬如 IC 设计、光罩制作、半导体制造、封装与测试等。其它配合产业还包括半导体设备、半导体原料等，可说是一个火车头工业。因为投入者众，竞争也剧烈，进展迅速，造成良性循环。一个普遍现象是各大学电机、电子方面的课程越来越多，分组越细，并且陆续从工学院中独立成电机电子与信息方面的学院。其它产业也纷纷寻求在半导体产业中的应用，这在全世界已经变成一种普遍的趋势。总而言之，半导体技术已经从微米进步到纳米尺度，微电子已经被纳米电子所取代。半导体的纳米技术可以代表以下几层意义：它是唯一由上而下，采用微缩方式的纳米技术；虽然没有革命性或戏剧性的突破，但整个过程可以说就是一个不断进步的历程，这种动力预期还会持续一、二十年。此外，组件会变得更小，IC 的整合度更大，功能更强，价格也更便宜。未来的应用范围会更多，市场需求也会持续增加。像高速个人计算机、个人数字助理、手机、数字相机等等，都是近几年来因为 IC 技术的发展，有了快速的 IC 与高密度的内存后产生的新应用。由于技术挑战越来越大，投入新技术开发所需的资源规模也会越来越大，因此预期会有更大的就业市场与研发人才的需求。半导体器件有许多封装型式，从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技术指标一代比一代先进，这些都是前人根据当时的组装技术和市场需求而研制的。总体说来，它大概有三次重大的革新：第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装，极大地提高了印刷电路板上的组装密度；第二次是在上世纪90年代球型矩正封装的出现，它不但满足了市场高引脚的需求，而且大大地改善了半导体器件的性能；晶片级封装、系统封装、芯片级封装是第三次革新的产物，其目的就是将封装减到最小。每一种封装都有其独特的地方，即其优点和不足之处，而所用的封装材料，封装设备，封装技术根据其需要而有所不同。驱动半导体封装形式不断发展的动力是其价格和性能。