五、芯片代工与特色工艺
5.1功率半导体：稳步增长的通用型元器件市场
根据Yole统计2017年全球分立器件功率器件市场约为154亿美元，其中MOSFET市场规模为63亿美元，占比41%；IGBT市场为10亿美元，占比7%；整流器市场为33亿美元，占比21%；功率器件模组市场为35亿美元，占比23%。预计2023年全球功率分立器件市场约为188亿美元，年复合增长率CAGR为3.4%。
中国功率半导体市场占世界近40%，空间巨大。2017年全球发电总量达到255512.8亿千瓦时，其中中国发电量为64951.4亿千瓦时，独占全球发电量的四分之一，发电量位居世界第一。巨大的用电量给功率器件发展提供了条件。根据Yole Development统计，2015年中国功率器件市场销售额占全球总规模的39%。根据中国半导体协会统计2017年，中国功率半导体市场规模为2170亿元，同比增长3.93%。预计2018年中国功率半导体市场规模为2264亿元，同比增长率为4.3%。
5.2短期扰动不改中期强劲需求
需求端：汽车电子东风至，带来机遇。各国纷纷推广新能源汽车，我国有望弯道超车，市场空间巨大。在气候变化与能源制约的背景下，各国都在积极研发自家的新能源汽车。德国2009年发布电动汽车计划，以纯电为重点提出了2020年的产业化和市场化目标，德国车企也纷纷制定了汽车电动化时间表；美国2007年就针对新能源汽车消费者实行个人所得税减免；2006年日本提出了新的国家能源战略，计划到2020年普及以电动汽车为主体的下一代汽车；韩国更是用“世界最高水准的补贴”来激励新能源汽车的推广。
从2001年开始，我国就开始研发电动汽车，并推出一系列国家及地方政府配套政策支持新能源汽车的发展。经过10多年的研发，我国新能源汽车实现了产业化和规模化的飞跃式发展。2011年我国新能源汽车产量仅为8000辆，到了2017年产量已经达到79.4万辆，占全国汽车产量比重的2.7%。2017年工信部推出了《汽车产业中长期发展规划》，预计2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆，2025年新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上。
汽车电子化东风至，功率器件迎来大发展机遇。电动汽车与传统燃料汽车在结构上最大的区别在于动力系统和能源供应系统，电动汽车采用了蓄电池、电动机、控制器等电子、电气相关设备替代了原有的内燃机、油箱、变速器、火花塞、三元催化转化器等，这就使得汽车内半导体设备使用量大幅增加。
根据英飞凌的统计，平均一辆传统燃料汽车使用的半导体器件价值为355美元，而纯电动汽车/混合动力汽车使用的半导体器件价值为695美元，几乎增加了一倍。其中功率器件增加最为显著，一辆传统燃料汽车使用动力传统系统功率半导体器件为17美元，而一辆纯电动汽车/混合动力汽车上功率半导体器件价值为265美元，增加了近15倍。
汽车电子化使用更多芯片，预计2020年汽车半导体全球市场434亿美元。我们在上面分析了新能源汽车由于使用电能驱动，导致结构相比于传统燃料汽车有了很大的改变，三大结构：电机、电池、电控对半导体的需求大幅提升，尤其是对功率半导体器件。根据Gartner预测，2017年全球汽车半导体市场为377亿美元，预计到了2020年市场将达到434亿美元，年复合增长率CAGR为7.8%。
5.3 IGBT市场几乎被国外垄断，国内厂商追赶尚需时日
根据IHS统计2016年全球IGBT前五大厂商几乎占据了全球70%的市场，英飞凌市占率为26.6%，排名第一；三菱电机市占率为17.0%，排名第二，富士电机市占率为12.2%。同样英飞凌、三菱电机、富士电机、塞米控四家巨头占据了国内IGBT市场近70%的市场。在IGBT制造中，正面和标准的BCD的LDMOS工艺相同，只是背部需要减薄到6~8mil，极其容易碎片，当前只有三菱、英飞凌等掌握这种工艺，国内技术差距较大。
IGBT未来增量主要在新能源汽车。根据Yole的预测，到了2020年全球IGBT市场将达到62亿美元，其主要得益于巨大的汽车市场，尤其是在电动汽车(EV)和混合动力汽车(EHV)电力传动部分应用。新能源汽车是一个潜力非常大的市场，2015年全球IGBT在新能源汽车市场为10亿美元，预计到了2022年将到达29亿美元，占总的市场份额接近50%。
5.4化合物半导体：性能优良、应用广，产业新机遇
半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类，前者如硅(Si)、锗(Ge)等所形成的半导体，后者为砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等化合物形成。半导体在过去主要经历了三代变化，。砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表，相比第一代半导体高频性能、高温性能优异很多，制造成本更为高昂，可谓是半导体中的新贵。
三大化合物半导体材料中，GaAs占大头，主要用于通讯领域，全球市场容量接近百亿美元，主要受益通信射频芯片尤其是PA升级驱动；GaN大功率、高频性能更出色，主要应用于军事领域，目前市场容量不到10亿美元，随着成本下降有望迎来广泛应用；SiC主要作为高功率半导体材料应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转换应用中具有巨大的优势。
5.4.1砷化镓(GaAs)：无线通信核心材料，受益5G大趋势
相较于第一代硅半导体，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性，因此广泛应用在主流的商用无线通信、光通讯以及国防军工用途上。无线通信的普及与硅在高频特性上的限制共同催生砷化镓材料脱颖而出，在无线通讯领域得到大规模应用。
基带和射频模块是完成3/4/5G蜂窝通讯功能的核心部件。射频模块一般由收发器和前端模组(PA、Switch、Filter)组成。其中砷化镓目前已经成为PA和Switch的主流材料。
4G/5G频段持续提升，驱动PA用量增长。由于单颗PA芯片仅能处理固定频段的信号，所以蜂窝通讯频段的增加会显著提升智能手机单机PA消耗量。随着4G通讯的普及，移动通讯的频段由2010年的6个急速扩张到43个，5G时代更有有望提升至60以上。目前主流4G通信采用5频13模，平均使用7颗PA，4个射频开关器。
目前砷化镓龙头企业仍以IDM模式为主，包括美国Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Cree、德国Infineon等。同时我们也注意到产业发展模式开始逐渐由IDM模式转为设计+代工生产，典型事件为代工比例持续提升、avago去年将科罗拉多厂出售给稳懋等。我们认为GaAs衬底和器件技术不断成熟和标准化，产品多样化、器件设计的价值显著，设计+制造的分工模式开始增加。
从Yole Development等第三方研究机构估算来看，2017年全球用于PA的GaAs器件市场规模达到80-90亿美元，大部分的市场份额集中于Skyworks、Qorvo、Avago三大巨头。预计随着通信升级未来两年有望正式超过100亿美元。
同时应用市场决定无需60nm线宽以下先进制程工艺，不追求最先进制程工艺是另外一个特点。化合物半导体面向射频、高电压大功率、光电子等领域，无需先进工艺。GaAs和GaN器件以0.13、0.18μm以上工艺为主。Qorvo正在进行90nm工艺研发。此外由于受GaAs和SiC衬底尺寸限制，目前生产线基本全为4英寸和6英寸。以Qorvo为例，我们统计下来氮化镓制程基本线宽在0.25-0.50um，生产线以4英寸为主。
5.4.2氮化镓&碳化硅：高压高频应用前景广阔
氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄，由于性能不同，二者的应用领域也不相同。由于氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速率大、热导率高、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点，成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一。
目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域；在民用领域，氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高，因而能节省大量电能，且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段，功率密度大，能够减少基站体积和质量。
SiC主要用于大功率高频功率器件。以SiC为材料的二极管、MOSFET、IGBT等器件未来有望在汽车电子领域取代Si。目前SiC半导体仍处于发展初期，晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圆生长难度导致SiC材料价格昂贵，预计想要大规模得到应用仍需一段时期的技术改进。
Die Size和成本是碳化硅技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流1200V硅基IGBT及碳化硅基MOSFET，可以发现SiC基MOSFET产品较Si基产品能够大幅减少Die Size，且表现性能更好。但是目前最大阻碍仍在于Wafer Cost，根据yole development测算，单片成本SiC比Si基产品高出7-8倍。
研究机构IHS预测到2025年SiC功率半导体的市场规模有望达到30亿美元。在未来的10年内，SiC器件将开始大范围地应用于工业及电动汽车领域。纵观全球SiC主要市场，电力电子占据了2016-2017年最大的市场份额。该市场增长的主要驱动因素是由于电源供应和逆变器应用越来越多地使用SiC器件。
SiC近期产业化进度加速，上游产业链开始扩大规模和锁定货源。我们根据整理CREE公告，可以发现近期碳化硅产业化进度开始加速，ST、英飞凌等中游厂商开始锁定上游晶圆货源：
2019年1月公告：CREE与ST签署一项为期多年的2.5亿美元规模的生产供应协议，Wolf speed将会向ST供应150mmSiC晶圆；
2018年10月公告：CREE宣布了一项价值8,500万美元的长期协议，将为一家未公布名称的“领先电力设备公司”生产和供应SiC晶圆；
2018年2月公告：Cree与英飞凌签订了1亿美元的长期供应协议，为其光伏逆变器、机器人、充电基础设施、工业电源、牵引和变速驱动器等产品提供SiC晶圆。