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斯达半导:IGBT龙头提前卡位SiC享受新能源行业高增长红利

发布时间:2022-09-11 18:45:22 来源:雷竞技raybet 作者:雷竞技app官网网站

  斯达半导成立于 2005 年,自成立以来一直致力于 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片 的设计、工艺及 IGBT 模块的设计、制造和测试。自 2017 以来,公司模块业务 占比一直超过 90%。公司总部位于浙江嘉兴,并于 2014 年成立斯达欧洲,设立子 公司和研发中心,为国际市场拓展进行准备。

  公司实际控制人为沈华、胡畏夫妇,通过香港斯达控股有限公司持股,持股比例 为 41.77%。富瑞德投资是公司的员工持股平台,公司实施股权激励计划,调动公 司中高层管理人员及核心业务人员的积极性,建立了利益共享的长效激励机制。

  公司积极拓展下游市场,形成优质的客户群体。公司拥有英威腾、汇川技术、巨一动力、联合汽车电子等不同领域大客户,覆盖工控,新能源汽车,能源电力等 下业。公司在下游客户多次荣获优质供应商奖,与客户保持紧密的战略合作 关系。

  公司主要产品为功率半导体元器件,包括 IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC 等 等,且成功研发出了全系列 IGBT 芯片、FRD 芯片和 IGBT 模块。其中 IGBT 模 块产品超过 600 种,电压等级涵盖 100V~3300V,电流等级涵盖 10A~3600A, 产品种类丰富,能有效全面地覆盖下游客户的各类需求。

  公司的 IGBT 模块覆盖工业控制及自动化、新能源汽车、电机节能、太阳能发电、 风能发电等诸多领域应用。斯达半导体经过多年的自主研发,打破了国际巨头的 技术和市场垄断,实现了 IGBT 芯片和模块的产业化。根据 2021 年国际著名研究 及咨询机构 Omdia(原 IHS)最新研究报告,公司在全球 IGBT 模块市场排名第 六,是唯一一家进入全球前十的中国企业。

  IGBT 模块业务具有技术壁垒,一定应用领域下需要针对客户应用场景定制开发。

  公司高度重视研发投入,分别在嘉兴、上海、纽伦堡设有研发中心或者研发部门。 2021 年,公司投入研发经费超过 1 亿元,截至 2022 年 7 月,已申请超过 170 项 专利。

  公司高管团队有深厚的技术背景,主要技术骨干主要来自麻省理工学院、斯坦福 大学、印度理工学院、清华大学、中国台湾清华大学、浙江大学等国际知名高校的博 士或硕士,在 IGBT 芯片和模块领域有着 10~25 年的研发和生产管理经验。公司 也重视技术团队梯度搭建,技术人员从 2019 年的 145 人到增长至 2021 年的 245 人,占非生产人员的 63%。完善的技术团队和充足的研发投入加快了产品迭代, 并为打造领先型产品打下深厚基础。此外,公司也十分重视技术人员的培养,与 浙江大学、中科院电工所等高校和科研机构建立了紧密的产学研合作联盟。

  公司的技术团队涵盖了 IGBT 芯片、快恢复二极管芯片和 IGBT 模块的设计、工 艺开发、产品测试、产品应用等技术领域。公司基于第七代 IGBT 芯片研发成功, 在国内保持领先地位。

  公司收入、利润增长,正在切入增长快车道。公司 2021 年收入 17 亿,同比增长 77.2%,归母净利润 4.0 亿,同比增长 120.49%。2015-2021 年营业收入和归母净 利润的复合增速分别为 37.5%、79.6%。随着收入快速增长,公司在 2020 年全球 IGBT 模块市场排名提升至第六。2022 年第一季度收入同比增速为 67.0%,归母 净利润同比增速为 101.5%。我们判断公司保持高速增长得益于新获取的新能源业 务项目批产放量。

  在 2015 至 2021 年期间,公司在工业控制领域的营收从 2.2 亿元增长至 10.6 亿元, 复合增速为 29.8%。同一时期公司在新能源市场的营收从 0.1 亿元增长至 5.7 亿元, 复合增速为 88.5%,在营收中的占比从 5%提升至 33.5%。新能源市场占营收份额 稳步上扬,将成为公司业务增长的新驱动力。

  随着公司规模化效应释放、产品结构优化、生产经营效率提升,公司的毛利率也 持续上升,处于行业领先水平。2017-2021 年,公司毛利率从 30.60%提升至 36.73%,在 2022 年 Q1 达到 40.81%。随着公司技术平台的提升和产品结构的优化,我们判 断公司能继续保持较高的盈利能力。

  根据 Yole 预测,功率器件行业将从 2020 年约 175 亿美元增长至 2026 年 260 亿美 元,复合增速为 6.9%,其中至 2026 年功率模块预计约占 30%-40%的市场份额。 根据 lucintel 的测算,功率模块市场在 2014 年到 2019 年期间,从 25 亿美元增长 至 49 亿美元,复合增长率为 14.4%,预计 2025 年市场空间增长至 124 亿美元, 复合增速达到 16.6%(不同机构预测数据有所区别)。

  IGBT 模块下游应用广泛,以中高功率应用为主,功率在 100W 到 5MW 之间,使用范围在中频段,1KHz 到 100KHz 之间。下游领域有工业控制、新能源汽车、新 能源发电、轨道交通和变频家电等。

  IGBT 模块是新能源汽车动力总成中最为重要的元器件,是整个汽车的“心脏”。除 了在动力总成中的应用,IGBT 模块同时也应用在充电桩以及车载空调中。在车载 应用中,IGBT 将动力电池包中的直流电转化为交流电,从而驱动并控制交流电机 的功率输出。另外,在制动阶段,电力控制器负责将驱动电机的回馈能量进行回 收并储存到动力电池以提高能源利用效率,IGBT 模块则决定了整车的电能转换 效率。

  燃油车功率器件价值量大约 70 美元,插电混动和纯电汽车由于新增功率器件具有 高压、大功率的特点,价值量提升较大。根据英飞凌测算,纯电和插电混动汽车 半导体价值量 834 美元,增量 438 美元中 330 美元来自于功率器件。在全球市场,特别欧洲地区,48V 混动系统仍有一席之地, 176 美元的增量中 90 美元来自于 功率器件。

  新能源汽车中,IGBT 模块则分别应用在电机控制器和车载空调控制器中。电力驱 动总成(E-Axle)是今后新能源汽车主要的动力驱动总成交付形式,这是集成电 控、电机和减速器的三合一产品,只要将其安装在车身并通电,与轮胎相连的驱 动轴便能产生旋转扭矩,驱动汽车。在一辆 A-B 级车中,单个驱动总成价值量在 10000 元人民币左右。

  在 E-Axle 中,电机控制器、电机和其他成本(包含减速箱)分别占成本的 37%、 36%及 27%。其中电机控制器中包含 IGBT 模块、电容、驱动电路板和控制电路 板等,核心器件是 IGBT 模块,也是价值最高的零部件,占电机控制器的 37%。 根据以上数据可以测算 IGBT 模块约占 E-Axle 总成本的 13%,进一步可以测算得 到单车价值约为 1300 元人民币。

  与电驱动应用相比,车载空调控制器对 IGBT 模块要求的功率较低,主要用于驱 动压缩器,功率约在 1.5-5kW。其 IGBT 主要以分立器件或者模块形式封装,运 用在高耐压侧,每个系统中需要 6 组 IGBT 芯片,我们估算单车价值约为 100 元 人民币,模块封装成本相当。另外 PTC 加热器、水泵、油泵也需要使用 IGBT 器 件。

  随着新能源汽车的市场接受度增加,全球的新能源汽车销量有大幅度提升,中国 仍是其最大市场。根据中汽协和 CleanTechnica 的统计,2021 年中国新能源汽车总销量超过 350 万辆,全球销量接近 650 万辆。我们测算出国内和全球 2021 年新 能源车 IGBT 模块分别为 6 亿和 14 亿美元,随着未来新能源车渗透率持续提升, 预计 2025 年国内和全球新能源车用 IGBT 模块市场规模将分别达到 19 亿和 45 亿 美元,复合增速分别为 31%和 34%,均保持快速增长的态势。

  新能源汽车中,电机控制器的 IGBT 模块主要采用类似于英飞凌 HP Drive 模块的 盒体形式进行封装。一个标准模块含有 18 个 IGBT 和 18 个 FRD,通过铝键合线 与陶瓷覆铜基板进行导通。一般芯片数量不变,主要通过芯片面积大小变化来应 对不用功率的需求。

  按照 95%的良品率计算,一块 8 寸晶圆中能分切出 224 枚可用 IGBT 芯片,能制 成约 12 个 IGBT 模块。与 IGBT 配套的 FRD 尺寸相对较小,工艺更简单。在相 同的工艺下,一块 8 寸晶圆中能切分出 459 枚可用 FRD 芯片,可以制成 25 个模块。根据我们的预测,2025 年全球年产超过 2100 万辆的新能源汽车,对应 IGBT 和 FRD 的年需求分别为 175 万片和 84 万片等效 8 寸晶圆。

  在新能源发电领域中,风能发电、光伏发电市场快速发展,因为直接产生的电能 不能直接并入电网,因此需要通过变流器、逆变器等进行电能转化,进行储存或 者并入电网。储能领域也是如此,储能变流器需要控制储能电池组的充放电,进 行交直流变换。功率器件作为其核心电能变换器件,需求迎来大幅增长。

  在光伏逆变器中,分升压模块和逆变两部分电路,其中逆变电路中一般使用 IGBT 模块。风电变流器分为机侧和网侧两部分,采用 IGBT 模块。机侧和网侧的变流 器各有 6 组 IGBT,共计 12 组。单个模块功率有限,每组 IGBT 会用多个 IGBT模块进行并联,以达到需要的电压和功率。

  IGBT 模块是新能源发电核心器件,价值占比较高,根据美国能源局统计,IGBT 模块约占新能源控制器(光伏逆变器和风电变流器)价值 25%。根据近期光伏风 电的招标结果,我们测算每 GW 光伏 IGBT 模块价值约为 3000 万人民币,每 GW 风电 IGBT 模块价值约为 5000 万人民币,储能介于两者之间。

  在碳中和、碳达峰趋势下,全球风电、光伏新增装机量持续快速增长,2021 年全 球光伏新增装机达 175GW,同比增长超过 20%,风电新增装机量约 94GW,同比 基本持平。随着风力和光伏发电设备装机量的增加,电网在输配、波动性调控方 面难度加大,储能市场迎来爆发式增长。根据我们测算,2021 年光伏逆变器、风 电变流器、储能变流器需要的功率器件市场大约 114 亿元,2025 年有望增长至 255亿元,复合增速达到 22%。

  国产光伏逆变器厂商市占率全球领先,2021 年在全球逆变器出货排名前十中,有 六家来自中国的供应商,分别为:华为、阳光电源、古瑞瓦特、锦浪科技、上能 电气和固德威。其中华为和阳光电源市占率分别达 23%和 21%,位居全球前二。 国产逆变器厂商实力雄厚,出货量稳固,也利于国内功率器件厂商进入国际市场。

  IGBT 芯片在半导体行业中属于特色工艺,并不追求先进制程,除了光刻之外, IGBT 芯片工艺还用到沟槽、减薄、能量注入、背面金属化等,这些独有的工艺加 深了行业的壁垒。IGBT 模块的封装工艺也十分重要,直接关系到器件性能。优秀 的封装工艺能提高器件的最大功率和耐久性,IGBT 模块采用超声波焊接、 bonding、pressfit 等工艺,需要长时间的技术积累。

  作为电力设备中的核心器件,IGBT 模块主要应用在工业领域,使用环境更恶劣, 性能要求较高,因此 IGBT 模块相关认可实验复杂、周期长。以车规认可为例, 相对于消费级产品,车规 IGBT 模块除了常规测试外,在通过 IATF-16949 体系认 可和 AECQ 相关测试外,部分下游客户还会根据使用要求,新增测试实验,为保 证产品满足要求,在生产环节还会增加额外工艺或者管控。

  相较于功率器件行业整体,IGBT 模块行业集中度较高,前十大厂商市占率接近 80%。除斯达半导外,其余均为海外厂商,主要集中在德国和日本,这与当地发 达的工业、汽车和电力电力产业链相关。德日厂商在前十大厂商中占据七席,包 括英飞凌、富士电机、三菱、赛米控、威科电子、日立、博世。英飞凌为行业龙 头,市场份额超过 36%。

  2020 年中国占全球功率半导体市场的份额为 39%,为全球最大市场,但自给率较 低,根据 Omdia 测算,2021 年中国新能源汽车 IGBT 模块国产化率不足 25%。根 据中国电力网测算,2021 年 IGBT 模块在光伏微逆中,国产化率在 5-8%。国产替 代空间广阔。

  目前 IGBT 市场公认采用英飞凌技术平台,将产品分为七代产品。英飞凌最新一 代 IGBT 产品为第七代 TRENCHSTOP™ IGBT,基于新型微沟槽栅技术,可实现 更高的器件可控性。每一代新技术都带来更高的功率密度:相同功率下,产品尺 寸更小。这意味同样 8 寸晶圆中可以切割出更多的 IGBT 芯片,提高芯片产能的 同时还能够提高利润空间。

  公司在产品研发上大量投入并与国际龙头产品对标,目前公司基于第六代 Trench Field Stop 技术的芯片已经大批量生产,渗透率持续提高。同时公司在 2021 年成 功研发出基于第七代技术的新一代车规级 IGBT 芯片,并在 2022 年开始批量供 货。

  公司以 Fabless 模式为主,自主设计芯片,主要由华虹半导体为芯片制造代工。作 为产业链上游主要合作伙伴,华虹半导体有近二十年的功率器件研发经验,有着 良好的工艺平台和创新的特色工艺技术。华虹半导体通过和公司合作,成功研发 了车用 IGBT 的技术方案,在各领域都具有极强的竞争能力。双方相互合作,通过不断地技术突破和积累,将产品性能逼近业界主流的国际 IDM 产品。

  我们选取英飞凌和斯达两款产品进行对比,分别采用 GD1200 和 FF1200 系列中的 高电压、高电流产品,IGBT 芯片也处于同一代工艺技术。其中两个模块性能耐压 和最大电流分为 1200V 和 1200A。公司在产品主要性能上,如栅极-发射极峰值 电压(VGES),在各个条件下导通压降(VCE(SAT))性能也和英飞凌产品相当。而 在一些开关控制特性上如栅极阈值电压(VGEth),导通和关断损耗(Eon,Eoff)这 些特性与英飞凌的产品有一些差距。从下游应用角度来看,公司的产品与同代的 国际龙头产品在产品特性上基本达到同一水平。

  普通汽车一般超过两万个零部件,汽车产业供应链庞大,上下游公司之间合作尤 为重要。新能源汽车中 IGBT 下游直接客户为电控器公司,IGBT 模块会在客户端 组装成电控器系统形态交付给整车厂。

  公司主要客户已经进入新能源汽车电控市场并取得一定市场份额。公司前五客户 为英威腾、汇川技术、众辰电子、合肥巨一、上海电驱动,其中三家公司进入新 能源电控市场前十:汇川技术、上海电驱动、巨一动力分别取得 9.5%,5.3%,3.8% 的市场份额。新能源汽车的电驱产品性能表现与 IGBT 模块特性高度相关,公司 与电驱客户紧密合作及持续满足定制化需求将会增加客户黏性,助力公司继续提 升市场份额。

  2021 年,公司生产的应用于主电机控制器的车规级 IGBT 模块持续放量,合计 配套超过 60 万辆新能源汽车,其中 A 级及以上车型配套超过 15 万辆。公司 160kw 以上的产品已经大批量装车并运行;国内多个主流品牌均在使用公司的 IGBT 模块。我们预计 A 级及以上车型市场会为公司带来更强劲的增长驱动力。

  与传统的硅器件相比,碳化硅(SiC)器件由于拥有低导通电阻特性以及出色的高 温、高频和高压性能,已经成为下一代低损耗半导体可行的候选器件。SiC 更高 的开关频率,能够优化滤波元件并降低其成本。冷却设备更紧凑,降低功率损耗,从而提升效率并降低系统成本和产品体积。

  根据 Yole 预测,2024 年全球碳化硅器件市场达到 21 亿美元左右。从下游应用 角度看,汽车、工业控制及新能源发电是碳化硅主要的应用领域。其中汽车应用 占比超过 50%,工控及电力紧随其后分别占约 20%及 15%市场份额。

  特斯拉首先应用 SiC 于新能源汽车中,目前特斯拉仍然为主要 SiC 器件在汽车行 业主要应用者。我们预计 2024 年,其他车企也将会把搭载 SiC 驱动模块的车型大 量投放入市场,基于 SiC 的 800V 驱动系统也将会逐渐从高端汽车下沉至中低端 车型。除了特斯拉的头部效应之外,SiC 系统成本的降低和驱动系统电压的增高也将是 SiC 器件将在新能源汽车中快速增长的重要因素。

  自从上海车展北汽极狐发布搭载华为全栈高压解决方案的阿尔法 S 车型之后,十 多家车企已经推出或者正在推出能够快充的车辆,800V 高压架构已经成为 2021 年多个行业论坛的核心主题。未来 800V 高压架构将成为下一代电动汽车主流平 台。在 800V 甚至更高水平的平台上,原本的硅基 IGBT 芯片达到了材料极限,碳 化硅则具备耐高压、耐高温、高频等优势,能帮助新能源汽车更方便地突破电压 瓶颈。

  相比于硅锭采用的直拉法生长技术,SiC 采用气相沉积法,长晶速度大幅度放缓, 成本较高。但是碳化硅器件具有低损耗的特性,可以提高单位电池容量的续航里 程,在相同续航要求下,可以降低电池成本。根据博世公布的数据,相比于目前IGBT 系统,新一代的 SiC 系统将提升 6%的续航里程。我们测算,碳化硅模块可 以节约 3 千人民币的动力电池成本。我们预计 2023 年年底,传统 IGBT 模块和 SiC 模块成本差异将降低到可接受范围内,可以给整车带来系统成本的降低。基 于这个假设,SiC 有望在 2023 年年底在特斯拉之外的车企中开始放量使用。

  与 IGBT 模块市场格局相类似,碳化硅市场的主要玩家以欧、美、日系企业为主, 且竞争格局更为集中。意法半导体依靠特斯拉项目占据 40%的市场份额,行业前 五厂家享有 93%的市场份额,并且均为欧、美、日企业。

  从专利储备的角度来看,欧美日厂商在专利布局上也相对领先。目前在碳化硅市 场中有平面型和沟槽型两种工艺平台。在平面型平台中,美系厂商如通用、科锐 处于领先地位。而在沟槽平台中,电装、丰田、住友等日系厂商在专利规模上呈 现领先地位。

  在碳化硅市场中,欧美日系厂商的市占率更高,格局更为集中。这主要由于海外 厂商在硅基功率器件和碳化硅衬底的积累,形成先发优势。随着下游应用中碳化 硅方案的渗透率不断提升,市场规模高速增长,国内厂商的成长空间将会打开。

  目前碳化硅模块有两种主要封装形式,第一种是特斯拉采用的单管封装,用烧结 银技术与水冷系统结合;第二种是与 IGBT 模块类似的盒式模块,与硅基电驱平 台兼容性好。下一代碳化硅模块将采用卡片式模块,以最大化地挖掘碳化硅的性 能。

  因为封装形态的变化,器件的结温升高、功率密度提升,对于封装材料和封装工艺提出更高的要求:需要挖掘碳化硅性能潜力的同时保障耐久性。因此大量新的 封装技术也被引入,如烧结银,AMB 基板,铜键合等。这些新的技术也带来新的 工艺难点。

  相比于传统封装技术,新的封装技术没有成熟技术参考,会在开发初期带来工艺 难题。例如不当的封装参数会造成 AMB 基板的开裂,不同的工艺组合会对芯片 烧结层的孔隙率造成影响,这些问题都需要大量的实验数据积累和专家经验才能 有效地突破。

  公司长期专注于模块封装,在封装技术上有大量的积累,进入碳化硅时代后,公 司的封装优势将会进一步显现。公司在 2015 年自主研发并攻克银浆烧结、铜线键 合等技术,技术成熟度已达到批量生产阶段,并在 2019 年攻克了双面焊接、塑封 工艺等技术,在下一代封装技术中有成熟的运用和深厚的积累。同时公司对于相 关技术,通过专利申请进行保护,有效地形成行业壁垒。

  公司碳化硅模块开发顺利,在机车牵引辅助供电系统、新能源汽车行业控制器、 光伏行业推出的各类 SiC 模块得到进一步的推广应用。在新能源汽车领域,公司 新增多个使用全 SiC MOSFET 模块的 800V 系统的主电机控制器项目定点,未 来将对公司 SiC 模块销售增长提供持续推动力。

  公司在 2021 年完成非公开发行 A 股,补充资金用以开设高压特色工艺功率芯片 和 SiC 芯片的研发和产业化项目。项目达产后,预计将形成年产 6 万片 6 英寸 SiC 芯片生产能力。我们预计公司自建的碳化硅产线能给公司每年带来超过 20 亿人民 币收入。

  自建产线达产后,公司将形成自有产能,使产业链更加完整。这有助于公司把握 汽车电动化和高压化的市场机遇,满足市场需求;进一步提升企业对下游市场的 供货保障能力,提高客户供应链安全性,提升企业竞争力。

  核心假设: 新能源业务:随着新能源汽车渗透率增加,公司新能源业务与 Tier1 合作紧密, 早期布局和投入已经开始兑现为营收,增量可持续。同时风光储业务开展并持续 增长。预计 2022-2024 年新能源业务收入分别为 15.52 亿、24.94 亿、38.06 亿元, 分别增长 171.59%、60.69%、52.61%。 工业控制:公司工业控制业务进入平稳增长阶段,预计 2022 年-2024 年工控业务 收入分别为 11.62 亿、13.12 亿、14.77 亿元,分别增长 9.15%、12.92%、12.57%。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)