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1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 2019 年中国晶闸管行业概览 分析师：林钰翔 2019 年 11 月 概览标签：晶闸管、单晶硅、半导体分立器、集成电路、电力电子行业 概览摘要： 晶闸管是晶体闸流管的简称， 又名可控硅整流器， 是一种典型的小电流控制大电 流的设备， 主要用于电力变换与控制、 检波、 放大、 稳压、 信号调制等。 受晶闸管应用的广泛性、 不可替代性以及国产替代化等因素影响， 未来中国晶闸管行业将继续保持稳定增长的态势， 预计 到 2023 年中国晶闸管行业市场规模（以销售数量计）将以 3.6%的年复合增长率增长至 20.2 亿支。 晶闸管下游应用市场需求增长迅速 晶闸管行业下游分布极为广泛，涵盖消费电子、计算机、网络通信、电子专用设备、汽车电子等多领域且 下游市场需求保持着良好的增长态势。此外，下游产品的更新换代及新产品面世，都为晶闸管带来不断增 长的市场空间，例如战略性新兴半导体产业、新一代信息技术、新一代航空装备、智能交通的需求为晶闸 管行业的发展提供了广阔的市场空间。 中国宏观环境助推晶闸管行业快速发展 晶闸管渗透于下游的各个领域，导致晶闸管行业整体变化与宏观经济形势具有一定的关联性。目前，中国 经济发展较为良好， 下游行业对于晶闸管的需求上涨， 保证了晶闸管的销售价格和销售数量的增长。 此外， 2018 年， 中美贸易战事件不断升级加速了中国各行业对于半导体器件国产化替代进程， 为中国晶闸管行业 提供了市场机遇。 电力电子产品需求上涨驱动晶闸管行业快速发展 晶闸管等半导体分立器作为电子电力技术的基础核心部件，已深入到电子电力行业相关的各个方面，电子 产品和电力设备需求上涨的同时也带动了晶闸管行业的快速发展。电子电力技术以电能分配、转换和控制 为主，而晶闸管作为电子电力技术中的核心部件就起到了转换电能的作用，因此，电子电力产品的普及和 发展也促进了晶闸管的大规模运用。 企业推荐： 吉莱电子 黄山电器 安徽富芯 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任 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. 18 图 2-9 晶闸管全球企业分布示意图 . 19 图 2-10 晶闸管下游企业分布示意图 . 20 图 2-11 中国晶闸管行业市场规模（以销售数量计） ，2014-2023 预测 . 21 图 3-1 新型材料发展示意图 . 22 图 3-2 电力电子需求上涨影响示意图 . 23 图 3-3 宏观影响因素示意图 . 24 图 4-1 晶闸管行业相关政策 . 25 图 5-1 EDA 技术作用示意图 . 27 图 5-2 晶闸管电压等级增长示意图 . 28 图 5-3 晶闸管在智能电网的运用示意图 . 29 图 5-4 晶闸管行业竞争格局 . 30 图 5-5 吉莱电子主营业务示意图 . 31 图 5-6 吉莱电子投资亮点示意图 . 32 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 图 5-7 黄山电器业务分布示意图 . 33 图 5-8 黄山电器投资亮点示意图 . 34 图 5-9 安徽富芯主营业务示意图 . 36 图 5-10 安徽富芯投资亮点示意图 . 36 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境， 从晶闸管、 半导体分立器、 电力电子等领域着手， 研究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企 业走向上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产 业模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院密切关注行业发展最新动向，报告内容及数据会随着行业发展、技术革新、 竞争格局变化、政策法规颁布、市场调研深入，保持不断更新与优化。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 头豹研究院本次研究于 2019 年 11 月完成。 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 1.2 名词解释 发光二极管：简称为 LED，由含镓（Ga） 、砷（As） 、磷（P） 、氮（N）等元素的化合 物制成。 电子气体：半导体工业用的气体，可分为纯气、高纯气和半导体特殊材料气体三大类。 IDM：Integrated Device Manufacturer，整合元件制造商，其经营范围通常涵盖了 IC 设计、IC 制造、封装测试等各个环节，可覆盖集成电路全产业链。 坚强智能电网： 利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控， 将获得的数据通过网 络系统进行收集、整合，通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统的优化管理。 三型两网，世界一流：中国国家电网有限公司在 2019 年提出的战略目标，即打造“三 型” （枢纽型、平台型、共享型）公司，建设运营好“两网” （坚强智能电网、泛在电力 物联网） ，瞄准“世界一流” （建设世界一流能源互联网企业） 。 特高压：特高压是指800 千伏及以上的直流电和 1,000 千伏及以上交流电的电压等 级。 PN 结： 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体， 另一侧掺杂成为 N 型半导体， 两个区域的交界处魷形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 智能电表： 一种新型电表， 除具备传统电能表基本用电量的计量功能外， 还具有与智能 电网和新能源匹配的用户端控制功能、 多种数据传输模式的双向数据通信功能等多种智 能化的功能，是未来用户智能化终端的发展方向。 半导体分立器件： 由单个半导体晶体管构成的具有独立、 完整功能的器件， 其本身在功 能上不能再细分。例如：二极管、三极管、双极型功率晶体管（GTR） 、晶闸管（可控 硅） 、场效应晶体管（结型场效应晶体管、MOSFET） 、IGBT、IGCT、发光二极管、敏 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 感器件等。 电力电子技术： 使用功率半导体分立器件对电能进行变换和控制的技术。 电力电子技术 所变换的“电力”功率可大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可小到数瓦甚至 1 瓦以下。 芯片：通过在硅晶圆片上进行抛光、氧化、扩散、光刻等一系列的工艺加工后，在一个 硅晶圆片上同时制成许多构造相同、 功能相同的晶粒， 再经过划片分立后便得到单独的 晶粒。芯片虽已具有了半导体器件的全部功能，但还需封装后才能使用。 封装：将半导体芯片安装在规定的外壳内的过程，起到固定、密封、保护芯片、增强导 电性能和导热性能、同时通过内部连线将芯片电极与外部电极相连接的作用。 MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导 体场效应晶体管，一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。 IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管，由 BJT 和 MOS 组 成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的 低导通压降两方面的优点。 单晶硅： 单晶体硅材料， 硅原子以金刚石结构进行晶格排列， 具有基本完整的晶格结构 的单晶体。 单晶硅不同的晶向具有不同的性质， 是一种良好的半导体材料， 用于集成电 路和半导体分立器件的生产制造。 整流：将交流电变换为直流电的过程为 AC/DC 变换，这种变换的功率流向是由电源传 向负载，称之为整流。 碳化硅：SiC，硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，使用碳化硅材料制作的器件称之为 “碳化硅器件”，主要应用于碳化硅器件，以电动汽车、消费类电子、新能源、轨道交 通等为主。 氮化镓： GaN， 氮和镓的化合物， 使用氮化镓材料制作的器件称之为“氮化镓器件”， 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 主要应用于 LED、 服务器电源、 车载充电、 光伏逆变器以及远距离信号传输和高功率级 别，如雷达、移动基站、卫星通信等。 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 2 中国晶闸管行业市场综述 2.1 晶闸管行业定义及分类 晶闸管是晶体闸流管的简称，又名可控硅整流器。根据国际电工委员会（IEC）的标准 定义， 晶闸管是一种三端四层的晶体管， 其伏安特性具有导通和阻断两个稳定状态， 并可在 两个状态之间进行切换的电力半导体器件称为晶闸管。 晶闸管作为一种开关元件， 主要用于 电力变换与控制， 可用微小的信号功率对大功率的电流进行控制和变换。 晶闸管的功用不仅 是整流， 还可作为无触点开关用以快速接通或切断电流， 实现直流电到交流电的逆变， 将一 种频率的交流电变成另一种频率的交流电。此外，晶闸管还有检波、放大、稳压、信号调制 等功能，是一种典型的小电流控制大电流的设备。 晶闸管具有体积小、 重量轻、 耐压高、 容量大、 效率高、 控制灵敏、 使用寿命长等特点， 是比较常用的半导体分立器之一。 晶闸管的大规模运用， 使半导体技术从弱电领域进入了强 电领域，主要运用于工业、交通运输、军事科研、商业、民用电器等方面。例如民用电器中 的调光灯、调速风扇、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、无线电遥控、 摄像机都运用到晶闸管（见图 2-1） 。 图 2-1 晶闸管图解 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 来源：头豹研究院编辑整理 目前，国际上将只能正向导通的“半控型”晶闸管，统称为晶闸管，而其他类型晶闸管 根据它们的功能和特性命名，例如逆导型晶闸管（RC-Thyristor） 、电流可双向控制导通的 双向晶闸管 （TRI-AC） 、 门极关断晶闸管 （GTO） 和门极换流晶闸管 （GCT） 等新型晶闸管， 此类晶闸管在性能上弥补了普通晶闸管的不足。 晶闸管按不同条件可分为： （1） 根据关断、 导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管、BTA 晶闸 管和温控晶闸管等； （2） 根据引脚和极性可分为二极晶闸管、 三极晶闸管和四极晶闸管； （3） 根据封装形式可分为金属晶闸管、 塑料晶闸管和陶瓷晶闸管三种类型。 其中， 金属封装晶闸 管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等。塑封晶闸管又分为散热片型和不散热片型两种； （4） 根据电流容量可分为大功率晶闸管、 中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。 大功率晶闸管多采 用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装； （5）根据关断速度可分为普 通晶闸管和高频晶闸管（见图 2-2） 。 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 图 2-2 晶闸管分类示意图 来源：头豹研究院编辑整理 2.2 晶闸管工作原理 晶闸管的作用原理是其阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电 路，晶闸管的门极（G）和阴极（K）与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶 闸管一旦导通， 门极则失去控制作用， 只能通过将晶闸管的电流数值降到接近于零关断晶闸 管。 因此， 晶闸管可控制开通， 但不能控制关闭， 关闭由主回路电流是否为零决定 （见图 2-3） 。 图 2-3 晶闸管工作原理示意图 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 来源：头豹研究院编辑整理 2.3 晶闸管制造流程 晶闸管制造流程可分为芯片制造和封装。 芯片制造又可分为“圆片”制造技术和“方片” 制造技术。封装技术可分为“塑料封装”技术、 “陶瓷封装”技术和“金属封装”技术。目 前，80%的企业采用的是“方片”制造技术和“塑料封装”技术。 晶闸管主要制作流程是将合格的硅单品片进行 “腐蚀、 抛光、 氧化、 光刻、 扩散、 钝化、 蒸发、芯片测试、划切、上芯、键合、包封、电键、切筋、成品测试”等。企业在经过一系 列步骤后最终制造出合格的晶闸管（见图 2-4） 。 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 图 2-4 晶闸管制作流程 来源：头豹研究院编辑整理 2.4 晶闸管保护措施 晶闸管承受过电压和过电流的能力较弱。 其发生过电压和过电流的原因有： 负载端过载 或短路，导致晶闸管被击穿。例如一个 100A 的晶闸管，当 100A 的晶闸管过电流为 400A 时，仅允许持续 0.02s，否则将因过热而损坏，因此，在各种晶闸管装置中必须采取适当的 保护措施。晶闸管过电流保护措施有下列几种： （1）快速熔断器 快速熔断器可用于保护晶闸管， 快速熔断器采用的是银质熔丝， 在同样的过电流倍数之 下，它可在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。 （2）过电流继电器 在输出端或在输入端接入过电流继电器， 都可在发生过电流故障前关闭输入端或输出端 的开关。 这种保护措施对过载是有效的， 但是在发生短路故障时， 由于过电流继电器的自动 开关需要一定时间，如果短路电流比较大，此方法效果不明显（见图 2-5） 。 图 2-5 晶闸管保护措施图解 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 来源：头豹研究院编辑整理 2.5 晶闸管行业发展历程 纵观晶闸管行业发展历程，晶闸管行业经历了萌芽期、发展期、成熟期三个阶段。 图 2-6 晶闸管行业发展历程 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 来源：头豹研究院编辑整理 （1）萌芽期（1957-1980 年） 1957 年，美国通用电器公司（GE）开发出第一款晶闸管器件，由于其工作可靠、体积 小、 寿命长、 开关速度快、 可光触发， 容易实现串联连接， 在电力电子电路中得到广泛应用。 1964 年，双向晶闸管在 GE 公司开发成功，应用于调光和马达控制。1965 年，小功率光触 发晶闸管出现， 为其后出现的光耦合器打下了基础。 60 年代后期， 大功率逆变晶闸管问世， 成为当时逆变电路的基本元件。1974 年，逆导晶闸管和非对称晶闸管研制完成。80 年代， 绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT)问世， 它综合了 MOSFET 和双极型功率晶体管两者的功能。 截至 1980 年， 晶闸管器件研究工作的重点主要集中在研究现有器件的性能改进， 以及采用 新型半导体材料制造新型的晶闸管器件等。 （2）发展期（1981-1999 年） 截至 1990 年，晶闸管功率容量已提高了近 3,000 倍，许多国家已能稳定生产 8,000V 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 4,000A 的晶闸管。1995 年，日本已生产出 8,000V4,000A 和 61,700V6,000A 的光 触发晶闸管(LTT)。1997 年，瑞士 Asea Brown Boveri 公司研发出集成门极换流晶闸管 （IGCT） ，推动变流装置在可靠性、功率、开关速度、成本、效率、重量和体积等方面取得 巨大进展，给电力电子成套装置带来了新的飞跃。IGCT 将 GTO 芯片与反并联二极管和门 极驱动电路集成在一起， 不但具有电流大、 阻断电压高、 开关频率高、 可靠性高、 结构紧凑、 低导通损耗等优点，而且成本低、成品率高，具有良好的应用前景。至此阶段，晶闸管主要 发展趋势是大功率化、大容量化。 （3）成熟期（2000 年至今） 2000 年， 中国建成投产的首条 300 万千瓦直流输电工程采用 5 英寸晶闸管。 2005 年， 中国投运的水道直流工程采用了 6 英寸晶闸管。 晶闸管大范围应用在高电压、 大电流应用场 合。2007 年，中国为满足电力系统对三相逆变功率电压源的需要，开发出 10,000A 12,000V 的 LTT，并解决 30 个高压 GTO 串联的复杂问题。至此阶段，中国晶闸管行业低 端市场已经基本形成进口替代， 行业内形成了一批规模大、 实力雄厚的上市公司， 如扬杰科 技、捷捷微电子等。但在中高端产品领域，进口产品仍占据主要市场份额。2000 年至今， 晶闸管应用趋向于在大功率直流电及超大功率高压变频调速应用方面发展（见错误!未找到 引用源。 ） 。 2.6 中国晶闸管行业市场现状 目前， 中国市场的高端晶闸管产品还是以欧美国家的产品为主， 约占中国晶闸管市场份 额的 70%，剩余 30%晶闸管市场已实现国产化替代。根据在晶闸管行业超过十年的项目销 售经验的专家表示，随着中国晶闸管系列产品技术快速发展， （1）在产品性能方面，中国高 端晶闸管性能已完全具备与国际同类产品竞争的实力， 下游产品的缺陷率和产品退返率也因 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 晶闸管性能的提高而呈现下降趋势； （2） 在生产成本方面， 中国高端晶闸管生产企业在新材 料应用、生产工艺优化、先进设备投入、人员操作技能提高等多种积极因素的影响，晶闸管 生产成本得到有效控制且销售价格相对偏低， 与国际同类晶闸管产品相比， 中国晶闸管在国 际市场上具有更加突出的性价比优势。 因此， 高端晶闸管在中国市场替代进口的同时， 市场 空间也延伸至国际市场，在细分晶闸管市场与国际同类产品在高端领域展开竞争。 2.7 中国晶闸管行业产业链 中国晶闸管行业产业链上游市场参与者有单晶硅、 金属材料、 化学试剂等原材料供应商 及生产设备供应商，产业链中游为中国晶闸管制造商，产业链下游应用领域涵盖消费电子、 计算机、 网络通信、 电子专用设备、 汽车电子、 LED 显示屏以及电子照明等领域 （见图 2-7） 。 图 2-7 晶闸管行业产业链 来源：企业官网、头豹研究院编辑整理 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编号19RI0868 2.7.1 上游分析 中国晶闸管产业链上游市场参与者主要为单晶硅、 金属材料、 化学试剂等原材料供应商 及生产设备供应商。 晶闸管的原材料包括单晶硅、 硼源、 环氧模塑料、 陶瓷片、 、 引线框架、 高纯银等，单晶硅成本在 13-16 元/片、硼源成本在 598 元/瓶、环氧模塑料成本在 23-27 元/千克、陶瓷片成本在 645-655 元/万片、高纯银成本在 3,300-3,800 元/千克、引线框架 成本在 0.02-0.04 元/只，上述原材料占晶闸管总成本的 60%。晶闸管企业可选择替代产品 较多，因此上游企业具有较弱的议价能力（见图 2-8） 。 图 2-8 晶闸管上游成本示意图 来源：头豹研究院编辑整理 晶圆是由单晶硅通过一系列复杂的工艺制作而成的圆形片状物， 也是制造晶闸管芯片的 重要组成部分， 因此上游行业单晶硅的价格波动对晶闸管行业的生产成本有直接影响。 晶圆 依照其所在的发展阶段又可分为第一代