【行業深度】功率半導體:從商業模式,產品和應用看中國企業機會


【行業深度】功率半導體:從商業模式,產品和應用看中國企業機會

一、全球功率半導體市場及中國發展機會

全球超400億美元市場,主要分為“功率IC”與“功率器件+模組”兩大類功率半導體廣泛應用於電子器件中,主要用於改變電路中的電壓、電流、頻率、導通狀態等物理特性,以實現對電能的管理。據IHS統計,2018年全球功率半導體市場規模391億美元,預計2020年達431億美元,2021年達441億美元,複合年增長率4.1%。功率半導體包括功率分立器件(也稱功率器件)、功率模組和功率IC三類:

  • 功率分立器件:整流管、晶閘管、BJT、MOSFET、IGBT等;2018年市場佔比32%;
  • 功率模組:IGBT模組、智能功率模塊IPM等;2018年市場佔比為13%;
  • 功率IC:主要包括各類變換、分配、檢測電能的電源管理芯片(PMIC),將各類基本電路組合在一起實現線性穩壓、過壓保護、充電管理等功能,屬於模擬IC的範疇。相比器件單管和功率模組中的芯片,功率IC集成度更高,但適用的電流電壓範圍也較低。2018年市場佔比為55%。
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而按下游應用拆分來看,功率半導體主要服務於工業、汽車、消費及通信等實際場景。根據Gartner數據,2017年工業、汽車、消費級通信相關功率半導體市場規模佔比分別為34%、23%、20%及23%,分配相對平均。而從年複合增長率來看,iHS認為,2016-2021年間,得益於工業自動化(伺服電機中變頻器)、可再生能源(光伏逆變器)及電動汽車(電動機用逆變器及充電樁相關設施)的蓬勃發展,工業及汽車市場將成為功率半導體行業最突出的成長動能,年複合增長率將達到7.3%及8.2%。

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功率半導體是電子電力系統的核心器件

功率半導體是電子電力系統的核心器件,功能是利用半導體的單向可控的導電性來實現電能轉換與電路控制。按器件類型來看,二極管(Diode)主要用作整流和斬波,不具備可控開關功能;而三極管(BJT)、晶閘管(Thyristor)均屬於電流控制型開關器件;MOSFET和IGBT屬於電壓控制型開關器件。這些基本功率器件與電容、電阻、電感、互感線圈等一起組成了以下各類電能轉換設備,用以對電路中電壓、電流、頻率進行管理。

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功率器件根據工作範圍不同,擁有各自適用場景

從器件特性來看,MOSFET(SJNFET)和IGBT適用範圍最廣(二者市場規模佔整體功率器件的70%)。功率半導體器件/模組從結構原理上可以分為二極管、晶體管和晶閘管,而晶體管又可以分為MOSFET、IGBT和BJT等。其中BJT開關性能差,已經幾乎被淘汰,而晶閘管和集成門極換流晶閘管(IGCT)屬於半控制開關,在超大功率領域(電壓3.3kV以上、容量1-45MW)的工業和能源場景依然廣泛應用。以上類型器件技術相對簡單,應用範圍較窄。相比之下,電壓控制型開關器件MOSFET和IGBT具有易於驅動、開關速度快、損耗低等物理特性,應用領域極其廣闊:

  • MOSFET:輸入阻抗高、控制功率小、開關速度快、開關損耗小,在高頻率、中小功率領域(電壓600V以下)應用最為廣泛,在消費電子應用較多;
  • SJNFET:又叫做超級結型MOSFET,是MOSFET結構設計的前沿技術,具備更好的導通特性,可以工作於更高的電壓和電流條件;
  • IGBT:由BJT 和MOSFET 組成的複合器件,相比MOSFET,犧牲了一定開關速度,但導通損耗小,通態電流大,在高壓、大電流的中大功率領域(電壓1200V-6500V)是主流產品,這也是白色家電、工業、汽車所適用的主流功率器件。隨著技術發展,IGBT正在向超大功率和更高頻率領域兩個方向同時滲透,挑戰晶閘管和MOSFET的傳統疆界。
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中國功率半導體行業的發展機會發展機會

#1:進口替代空間廣闊

中國是功率半導體第一大市場,進口替代空間廣闊。中國是最大的功率半導體消費國,2018年市場需求規模達到138億美元(iHS數據),增速為9.5%,佔全球需求比例高達35%。iHS預計未來中國功率半導體將繼續保持較高速度增長,2021年市場規模有望達到159億美元,年化增速達4.8%。根據iHS的統計,中國功率半導體市場中前三大產品是電源管理IC、MOSFET、IGBT,三者市場規模佔2018年中國功率半導體市場規模比例分別為60.98%,20.21%與13.92%。

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國內企業份額尚低,替代空間巨大,整體盈利能力還落後於海外龍頭。從收入規模來看,無論是包括電源管理IC與否,中國企業還未能與海外前十大功率半導體廠商構成競爭。目前,中國最大功率半導體企業華潤微電子2018年功率半導體收入為24.2億元(vs. 英飛凌中國區功率半導體收入為167.5億元)。模擬龍頭廠商聖邦股份來自電源管理IC的收入為3.4億人民幣(vs. 英飛凌中國區功率IC收入46.8億元),進口替代空間巨大。從毛利率來看,頭部廠商安世半導體、華潤微電子的功率半導體業務毛利率落後英飛凌公司水平毛利率1.8ppts/3.8ppts,而士蘭微、華微電子等國內收入規模領先企業毛利率與英飛凌仍存在較大差距。

高端器件存在差距。細分領域來看,目前國內功率半導體企業僅在二極管、晶閘管領域開始廣泛替代,而在MOSFET、IGBT與國外企業存在較大差距。根據iHS數據,國內MOSFET器件僅英飛凌、安森美兩家企業就佔據45.3%的市場份額,前五廠商中僅有華潤微一家中國公司(若不計入安世半導體份額);IGBT方面,全球前十大IGBT模塊供應商佔據77.7%的份額,當中僅有斯達半導一家國內企業進入排名,佔據2%的市場份額。根據ASMC披露,我國90%以上IGBT產品需要進口。

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進口替代路徑:消費電子/白電、工控/新能源、新能源車依次突破。不同應用領域對功率器件的要求不同:消費級別電子產品要求在高頻率下工作,對省電、發熱控制要求高;工業控制和新能源發電領域的功率半導體需要工作在更高的電壓電流條件下,且更加註重高溫、長時等極端使用條件下的可靠性與壽命;電動車/軌道交通領域則綜合了中高功率、高耐用性、低損耗的要求,同時需要與整車廠商深度協同,是技術要求最高、目前國內廠商最難以切入的應用領域。

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發展機會#2:汽車電動化——最值得關注的成長動能

汽車電動化推動車用功率半導體市場成為增長最快的細分領域。麥肯錫預計,2030年時50%的新車將是電動車,新能源汽車相比傳統燃油車將消耗更多的半導體,其中功率半導體是最大的增量。iHS預計車用功率半導體市場在2016-2022年的複合增長率將達到8.2%,位列各細分領域第一位。在燃油車中,功率半導體應用於車輛啟動、安全等系統,而在新能源汽車領域中,功率半導體將新增4項主要應用場景:

  • 主逆變器:1)將電池電流完成大功率直流-交流(DC-AC)逆變後驅動電機;2)用於再生制動系統,並將回收的能量存回電池。特斯拉MODEL S/X車型使用了6組14個IGBT單管並聯方式來構成主逆變器(如下方右圖),單車用量大。
  • 輔逆變器:用於水泵、HVAC(Heating, VentilationandAir Conditioning)系統、PTC加熱器等,完成小功率直流-交流(DC-AC)逆變。
  • DC-DC變換器:新能源汽車電池輸出高電壓,需變化至低電壓後供汽車低壓供電網絡使用。
  • 車載充電器及充電樁:車載充電器中需整流器完成交流-直流(AC-DC)變換,充電樁中用作開關元件等。
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電動化程度越高,功率半導體用量越大。參考Strategy Analytics數據,輕混車(MHEV)相比燃油車半導體成本增加100美元,其中75美元為功率半導體(75%);混動車/插電混動車(HEV/PHEV)相比燃油車半導體成本增加340美元,其中250美元為功率半導體(74%);純電動車(BEV)中半導體總成本為695美元,其中功率半導體成本達380美元,佔總成本的55%。預計,在未來功率半導體單車價值有望呈繼續上升趨勢。

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從器件類型來看,IGBT將是最主要的需求增長來源。我們認為,IGBT器件與模組佔新能源汽車電機驅動系統成本的40%-50%,IGBT約佔充電樁成本的20%。隨著新能源汽車市場的爆發式增長,新能源汽車將是IGBT增長最快的應用領域,Yole預計2022年新能源汽車用IGBT市場規模達20.6億美元,2016-2022CAGR為16%;同時,新能源汽車佔IGBT所有下游應用市場的比例將在2022年增至37%,躍居IGBT第一大應用領域。

發展機會#3:工業控制及新能源發電——本土客戶為進口替代提供切入機會

功率半導體為工廠自動化、智能化提供可靠的能量來源。隨著工業自動化的深化,廣泛部署的工業機器人和智能化機床都依賴於強大而靈活的交流電機、伺服電機,以及節能的變頻器和電源裝置。IGBT、晶閘管、二極管等廣泛用於可變速電機、不間斷電源(UPS)、工控變頻器、接觸器中,為工業自動化提供穩定、高效、靈活的電能輸出。

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IGBT是光伏逆變器最重要的電子部件。逆變器是把直流電能轉變成特定頻率和電壓的交流電的轉換器。由於太陽能發電組件直接產生的電能不符合電網要求,需通過光伏逆變器將其整流成直流電,再逆變成符合電網要求的交流電後輸入電網。IGBT 模塊是光伏逆變器的核心器件,根據Yole數據,電子器件佔一臺光伏逆變器總成本的13%,而其中66%的成本是IGBT(主要為定製化的IGBT模塊)。隨著光伏組件、電站技術進步,光伏逆變器需要不斷進行產品迭代,因而為IGBT 增長提供了持續動力。

光伏新增需求回暖,拉動光伏逆變器市場。隨著國內光伏平價項目持續推進,新興市場需求提升以及歐美老舊機組替換,預計2020年世界範圍內光伏發電新增裝機容量增速將擴大。根據BP,2018年全球光伏新增建設需求達到103吉瓦,其中中國貢獻44吉瓦,佔全球新增需求的43%。隨著全球進入平價時代,GW級市場不斷增加,光伏裝機容量的持續上升將帶動光伏逆變器和相關IGBT模組需求穩定提升。

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中國功率半導體廠商有望切入華為、匯川等本土企業供應鏈。我們認為,在光伏逆變器、工控變頻器和伺服電機等領域國產設備製造商崛起的同時,成本因素以及貿易戰等不確定性因素將促使國內客戶更加重視進口替代選項,這為國內功率半導體行業提供了機會。SolarEdge數據顯示,2018年,華為在全球光伏逆變器市場的份額達22 %,市佔率位列全球第一,陽光電源的市場份額15%,市佔率位居全球第二位;據工控網統計,匯川、中達電通、新時達等本土電機廠商也已在低壓變頻器市場打開局面,其中匯川2018年低壓變頻器佔有率達13%,位居全球首位。本土下游廠商的優勢地位疊加其供應鏈分散化考慮有望助力中國功率半導體企業進一步融入工控和新能源發電產業鏈。

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發展機會#4:消費電子及白色家電——依託國內企業及消費市場實現進一步發展消費電子:中國功率廠商能夠為本土OEM提供更優質的後道服務。中國是電子消費的大國,目前主要OEM廠商都集中在中國,以智能手機為例,中國品牌出貨量佔到了全球市場的45%。我們認為從經濟效應的角度考慮,國內功率半導體企業能夠提供性價比更高以及反應更為及時的後道服務,同時客戶的需求也能夠更順暢地反應給研發團隊進行項目開展。因此在同等產品質量前提下,下游客戶對國內供應商的偏好也會更高,這是國內功率半導體廠商的優勢所在。白色家電:變頻空調空間廣闊,國內空調企業市佔率領先。中國是家用空調生產基地。Prescient & Strategic 數據顯示,2018 年全球暖通空調市場規模約1,081 億美元(包括中央空調、家用空調)。產業在線統計,2018/19 冷年,全球家用空調產量1.85 億臺,中國產量佔比80%。國內功率半導體廠商已部分進入格力、美的、海爾、奧克斯的供應鏈。2018 年,中國內銷空調出貨量中,變頻空調滲透率58%,定頻空調佔比依然高達42%,功率半導體在變頻家電領域仍有很大拓展空間。

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二、中國主要功率半導體企業分析

中國企業經營模式呈多樣化

儘管目前中國功率半導體企業收入規模、盈利能力上均與全球龍頭存在一定差距,但中國企業已經對產業鏈各環節基本形成覆蓋(如下圖),隨著更多的優質企業上市,A/H股也逐漸形成了功率半導體板塊。從商業模式上看,由於功率器件/模塊僅涉及少量元件集成,對單管工藝要求更嚴格,因此頭部廠商基本自有生產產線,或掌握了特色製造技術。而中小企業採用輕資產模式運營,藉助代工龍頭工藝平臺設計產品。目前收入排名領先的華潤微電子、揚傑科技、華微電子、士蘭微均採用IDM模式經營。中國最大的IGBT模塊供應商斯達半導體則採用IDM-Lite模式經營,擁有自己的IGBT工藝積累,華虹/上海先進等代工廠商僅向其提供流片服務。

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器件從低門檻領域逐漸突破,但各公司目標市場呈分散化從全球供應鏈來看,功率半導體行業競爭格局相對分散,中國市場情況類似。認為,儘管中國各相關公司均在功率半導體這一賽道上發力,但實際上各自面向的細分市場也呈現較大的差異化,所覆蓋的產品類型、採用的經營模式也不盡相同,我們不能簡單地認為所有企業之間存在直接競爭關係。我們認為,若按應用功率由小到大排序,器件類型可依次分為:功率(電源管理)IC、功率分立器件、功率模組、大功率晶閘管/整流器。而按各器件的市場空間來看,上述四類器件對應的市場規模呈依次遞減態勢。我國企業在市場空間較大、下游應用較分散、進入門檻較低的二極管/晶閘管領域、MOSFET領域佈局已久;而從應用來看,我們認為目前我國企業在消費電子/白色家電領域、工業控制/新能源領域有所突破,真正進入車用領域的企業還較少。電網軌交方面,藉助近些年來基礎設施建設的熱潮,本土企業也隨之成長,在大功率晶閘管/整流器方面獲得了可觀的技術進步。

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具體來看:

在功率IC(電源管理IC)方面,模擬龍頭聖邦股份的電源管理類產品已廣泛應用於各行業,2018年電源管理類收入規模為3.4億人民幣,是英飛凌中國區功率IC產品收入的7%。科創板上市企業晶豐明源的LED驅動產品也獲得下游客戶認可,2018年收入7.7億元。

在二極管(包含整流橋)方面,聞泰科技通過收購安世半導體(原NXP標準器件事業部),一舉成為汽車、通訊應用等領域的頭部二極管供應商;此外,揚傑科技產品在光伏旁路二極管中具有較強的競爭實力,整流橋產品在智能電錶中應用廣泛。

在MOSFET方面,聞泰科技(安世)的車用中低壓MOS產品質量全球領先,早已實現對博世、大陸等一線廠商供貨,在消費、通訊領域同樣得到廣泛應用,2018年收入達到27億元。此外,華潤微電子、華虹半導體(特別是超級結SJNFET產品)的MOSFET產品收入規模、技術水平也在國內企業中位列前茅,開始從消費、家電、照明等應用中進行進口替代。聞泰、華潤微、華虹的MOSFET產品2018年均貢獻了10億元以上的收入,相比英飛凌2018年中國區MOSFET收入52億元,我國頭部企業已經具有一定競爭實力。

在IGBT方面,斯達半導的IGBT模塊銷售收入為6.6億元,在2018年打入全球前十(市佔率2%),主攻工業應用(1200V產品主要用於工業電控、自動化產品等),華虹半導體作為其主要晶圓供應商,也擁有領先的IGBT製造工藝。此外,我們認為華潤微電子、士蘭微及華微電子的IGBT產品在均在2019年收入均將實現明顯增長(士蘭微已公告披露其2019年IGBT器件成品和內置IGBT的IPM(智能功率模塊)產品銷售額均超過1億元人民幣),但下游應用領域目前仍集中在家電及消費類。車用IGBT方面,根據我們的產業鏈調研,目前中車時代IGBT產品開始部署於乘用車,而其餘大部分廠商車用產品仍只能用於在充電樁、充電槍等周邊部件,或是處於下游客戶驗證階段。

在晶閘管方面,捷捷微電主營中低壓產品、在家電、照明等領域初步實現進口替代,中車時代主營高壓(3000V以上)產品,產品已批量獲得國家電網、南方電網等大客戶採購應用。

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產能與海外差距不大,但產品競爭力仍落後

我們在上文分析中已經指出,由於大量的功率半導體以分立器件的形式應用,因此其單管的製造技術、工藝控制重要性凸顯,大部分功率半導體企業都擁有自己的特色工藝與製造產能。根據我們統計,目前中國主要半導體廠商在境內共有24條功率半導體產線,2條在建產線,1條爬坡中產線,在境外共有4條產線(均屬於安世半導體),晶圓尺寸以6寸及6寸以下產能為主。8寸方面,華潤微電子、華虹半導體、士蘭微及中車時代電氣目前擁有各一條已投產的8寸產線,而12寸方面,僅華虹半導體擁有一條合資12寸產線在爬坡中,士蘭微有一條合資產線在建設中。而按總體產能來看,目前華潤微電子、揚傑科技的產能領先,產能突破20萬片/月(摺合成8寸晶圓)。對比海外企業來看,英飛凌目前功率半導體制造端擁有5寸產線一條、6寸產線一條、8寸產線一條及12寸產線一條,合計月產能達到約26.9萬片/月(摺合成8寸晶圓)。安森美擁有4寸產線一條、6寸產線兩條及8寸產線一條,合計月產能達到約8.1萬片/月(摺合成8寸晶圓)。因此從產能端來看,中國企業並沒有與海外龍頭存在巨大的差距,部分企業產能甚至超出海外廠商,我們認為差距仍在於產品競爭力上。英飛凌、安森美等企業產品結構更偏向於高附加值的功率半導體產品(如車用中低壓MOSFET、超級結產品、IGBT等),摺合為8寸的單晶圓售價大幅高於國內半導體企業的300-400美元。中國公司來看,單晶圓售價較高的企業為聞泰科技(安世半導體)及華虹半導體,憑藉6萬片左右的月產能實現了超20億元的功率半導體業務年收入。

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上市企業逐漸形成板塊效應,估值對海外呈顯著溢價

目前,已經有9家中國功率半導體企業在A股及H股上市,板塊合計總市值達到約3100億元,已經超過海外龍頭英飛凌與安森美的合計市值。從估值方面來看,目前A/H股中國半導體功率企業的2020/2021年的平均P/E在54.9/42.9倍,平均P/B在6.7/5.9倍,平均P/S在8.1/7.4倍。對比英飛凌、安森美兩家海外龍頭來看,2020/2021年中國半導體公司P/E溢價率為284%/274%,P/B溢價率為168%/195%,P/S溢價率為440%/393%。

認為這種溢價主要來自於海外與中國功率半導體市場處於不同發展階段所導致,有成長性的優質企業被投資者賦予較高的業績成長預期,享有較高的估值溢價。我們在上文分析中指出,中國是全球最大的功率半導體消費市場,從收入來看,2018年中國頭部廠商華潤微電子、華虹半導體收入體量僅為英飛凌中國區功率器件收入的1/5水平,但中國廠商目前擁有及在建規劃產能已經不輸海外,我們看好半導體進口替代帶來的結構性轉變及中國市場增速在需求端推動下可能優於全球,並認為中國功率半導體相關廠商在收入側有望兌現高P/S估值預期。

而從盈利能力上來看,目前中國廠商頭部廠商毛利率與英飛凌差距在2-3ppts,中游廠商差距在10ppts。淨利潤方面,由於仍處於成長期,研發投入較重,收入體量較大的華潤微電子、士蘭微、華微電子淨利率仍不足英飛凌的一半。隨著產品競爭力增強及產能利用率在半導體上行週期內的進一步恢復,也長期看好中國功率半導體企業盈利能力的提升,P/E高估值在未來5-10年的發展期內有望逐步被兌現。

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中國主要功率半導體企業簡介

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對中國目前主要上市、未上市的功率半導體企業做如下梳理(由於安世半導體2018年仍未進入聞泰科技合併報表,以下分析中數據排名及市佔率統計均不包含安世在內):

聞泰科技(600745.SH):併購安世半導體,切入一流車企MOSFET供應鏈

聞泰所收購的安世集團(Nexperia)是一家專注於分立器件、邏輯器件和MOSFET製造和銷售的廠商,擁有超過50年的行業積累以及11,000專業員工。安世以IDM方式進行運營,目前在全球擁有2條製造產線(英國曼徹斯特和德國漢堡)和3條封測產線(東莞、菲律賓和馬來西亞),晶圓產能約6萬片(摺合成8寸),封測1,000億件。公司39%營收來源於雙極性晶體管和二級管,全球排名第1;MOSFET佔總營收達到25%,在汽車和小信號領域分別排第2和第3;剩餘為邏輯器件和ESD保護器件。公司未來的成長動能:1)持續新產品的研發和收入的擴張,包括高壓MOSFET、IGBT、GaN。2)公司預計2020年需求端會大幅度改善,包括車規級、工業級、消費電子級應用,尤其在2H20增長會比較快,有可能會出現供不應求帶動價格的上漲。3)長期來看,我們認為5G對於通訊、消費、汽車領域的驅動在未來3年都將帶來確定性的成長機會。為了應對需求回暖,產能方面,公司計劃將保證東莞三期工廠每年10%的產能擴張,晶圓產線目前沒有明確擴張計劃,主要以升級設備或提高單條產線效率為主。我們認為公司在功率半導體市場中相較於其他同業競爭對手最大的優勢是在於已經積累起了相對豐富的汽車客戶資源,由於車載產業鏈對於可靠性等要求更高,因此客戶認證週期較長,短期內,國內其他廠商較難進入此領域。

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華虹半導體(1347.HK):特色工藝代工廠商,超級結及IGBT製造技術國內領先

華虹半導體是擁有特色工藝的純晶圓代工廠商,是國家半導體重點企業華虹集團的控股公司,2014年於港交所上市。2018年實現銷售收入64.8億人民幣,毛利率33.4%,淨利潤12.6億元,其中2018年功率器件代工收入21.3億人民幣。華虹是中國第二大、全球第8大晶圓代工廠,產品類型覆蓋嵌入非易失性存儲、功率、模擬器件等領域,從功率器件收入來看,與聞泰科技(安世半導體)、華潤微電子同位於第一梯隊(超過20億元俱樂部),覆蓋電壓範圍至1700V,3300-6500V IGBT及快恢復二極管產品在研發中。截止2019年末,華虹半導體擁有3條8寸產線(月產能合計178kwpm,我們認為其中功率器件主要位於上海Fab2生產,月產能60kwpm),及一條12寸產線(與大基金和地方政府合資,位於無錫,月產能目前10kwpm仍在爬坡中)。根據公司披露,截止2017年,華虹MOSFET晶圓出貨量累計超過500萬片,超級結MOSFET出貨量超過25萬片,IGBT出貨量超過5萬片。憑藉獨具專利的深溝槽(Deep Trench)技術,華虹半導體在超級結MOSFET(SJNFET)與眾多IDM企業的競爭中表現出不俗的實力,量產已有近十年時間,技術水平接近國際主流,在國內保持領先。以專利數來看,華虹在超級結/Cool-MOS領域專利數排名全球第一。IGBT方面,目前華虹已能提供Trench-FS(深溝槽場截止型)技術,晶圓尺寸為8寸。從終端應用來看,2019年消費及工業/汽車是公司覆蓋的兩個主要市場,收入佔比分別為62%/23%。

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中車時代電氣(3898.HK):高鐵電氣系統核心供應商,IGBT產品實力突出

公司前身中車株洲電力機車研究所創立於1959年,現已形成“基礎器件+裝置與系統+整機與工程”的完整產品結構,產業涉及高鐵、機車、城軌、軌道工程機械等多個領域,業務遍及全球20多個國家和地區。2018年,公司營收155億元,其中電氣系統及零部件收入16.9億元,其大功率二極管、晶閘管和IGBT產品廣泛應用於電網、軌道交通、新能源發電、工業裝備等行業。公司採取IDM模式,現擁有全球規模最大的大功率雙極器件(整流管、晶閘管、FRD、IGCT)生產能力,其雙極器件主要在6寸線上生產。IGBT方面,公司2014年投產一條8寸IGBT芯片產線,是國內首條從芯片到封裝完全自主生產的IGBT生產線。公司高壓IGBT模塊2017年在電力系統開始收穫訂單,2018年率先在軌道交通領域替代國外產品,而多款汽車用IGBT則在2019年以來開始送樣測試並收穫訂單。

【行業深度】功率半導體:從商業模式,產品和應用看中國企業機會

士蘭微(600460.SH):產品佈局豐富的功率半導體企業,高端產能規劃完備

士蘭微成立於1997年,最早從事CD音響/DVD播放機伺服芯片,後進入LED芯片領域,2010年以來業務進一步拓展至功率半導體,是一家以IDM模式運營的公司,2003年於上交所主板上市。公司2018年收入30.3億元,淨利潤1.70億元,其中功率半導體業務收入14.75億元,毛利率26.8%。覆蓋產品較為廣泛,包括二/三極管、MOSFET、IGBT等。目前士蘭微控股子公司士蘭集成擁有5寸、6寸生產線各一條(合計等效6寸月產能210kwpm左右),與大基金合資公司士蘭集昕擁有8寸生產線一條(月產能35-40kwpm左右)。公司還與地方政府合作在廈門投資12寸產線一條,目前仍在建設之中,公司預計1Q20該產線將進入工藝設備安裝階段。公司公告披露,12寸廠建設投產計劃分兩期實施,全部達產後將實現80kwpm的產能。目前,士蘭微產品的下游主要優勢應用在於消費類(包含快充、白電、兩輪電動車等),在工業控制領域(工業電機、變頻器、HID燈等)也有佈局。近期來看,其IGBT在白電市場有著加速突破趨勢。士蘭微2019半年報披露,國內多家主流的白電整機廠商在變頻空調等白電整機上使用了超過300萬顆公司的IPM模塊,其針對消費電子產品的快充芯片組也已開始導入國內品牌。近期公司還公告披露,2019年IGBT器件成品和內置IGBT的IPM(智能功率模塊)產品銷售額均超過1億元人民幣。

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揚傑科技(300373.SH):光伏二極管頭部企業

揚傑科技最早為功率半導體器件經銷商,經歷了近十餘年的發展積累,逐漸成為擁有芯片設計、製造封測及銷售的一體化半導體企業。公司主要產品為二極管、整流橋、MOSFET等,2014年於科創板上市。2018年揚傑科技營業收入18.5億元,功率半導體業務收入17.1億元,是中國本土第二大功率半導體企業。從產能儲備來看,目前揚傑科技擁有兩條4寸產線、一條6寸產線,4寸線產能合計約為800kwpm(相當於6寸356kwpm),6寸線產能約為50kwpm。前者主要生產二極管、整流橋產品,後者主要以高端肖特基二極管和MOSFET為主。此外,公司間接參股了瑞能半導體位於江蘇宜興的一條6 寸晶圓線,持股比例22.5%,該產線產能約為30kwpm(瑞能半導體為2016年建廣資產和恩智浦合資成立的功率半導體企業,2018銷售收入在7億元水平,主要產品為二極管、可控硅等,且在碳化硅領域擁有競爭優勢),該生產線目前已能夠小批量生產IGBT 芯片,公司正在積極規劃8 寸線。近期,揚傑科技公告與中芯紹興簽訂了戰略合作協議,二者有望在8寸高端MOSFET和IGBT的研發生產領域展開深度合作。產品結構來看,揚傑科技過半收入規模來自於二極管產品,公司在光伏二極管領域擁有較大的競爭優勢,特別是在旁路二極管細分市場份額全球領先。整流橋產品主要應用於電源及智能電網。

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斯達半導(603290.SH):中國最大的IGBT模組生產商,主要服務工業領域客戶

斯達半導體是目前中國本土最大的IGBT模塊供應商,2020年於主板上市,2018年收入6.7億元,其中IGBT模塊收入6.6億元。斯達於2005年成立,主攻IGBT模塊製造,初期通過採購海外大廠芯片,自建模塊封裝線生產的模式,在IGBT模塊製造領域率先佔據了國內領先地位。之後公司逐漸開始增大自研IGBT芯片比例,1H19芯片自給率已經達到54%,代工廠商包括華虹半導體和上海先進。根據iHS的數據,2018年斯達在全球IGBT模塊市場的份額約為2.2%,市佔率排名國內第1,公司1200V產品出貨佔絕大比重,下游客戶主要為工業控制及電源/新能源行業,中低功率IGBT模組已在伺服電機等工業領域開始替代國外產品。英威騰、匯川技術、安徽巨一、陽光電源等行業龍頭均為公司客戶。

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華微電子(600360.SH):本土功率半導體老兵,規劃8寸產能提升產品競爭力

華微電子是一家位於吉林的功率半導體IDM企業,成立於1999年, 前身為吉林半導體廠,目前已建立從二極管、可控硅、MOS系列產品到Trench-FS IGBT的功率半導體器件產品體系。2018年華微電子功率半導體器件銷售額16.1億元人民幣,是中國第二大功率半導體企業,毛利率23.2%,其中MOSFET收入佔比接近五成,另約35%為整流管,其餘部分為晶閘管等雙極型器件。目前華微電子在吉林擁有4、5、6寸晶圓產線各一條,其中4寸產線以BJT、晶閘管為主,5英寸主要生產肖特基二極管和快恢復二極管,而6英寸則主要生產高壓MOSFET。產能來看,4寸線月產能80kwpm,5寸線月產能130kwpm,6寸線月產能66kwpm。除此之外,公司還具備24億隻/年模塊封裝能力。目前,華微產品主要應用於照明、消費電子、變頻家電等領域。2019年4月,公司通過配股募集資金10億元建設8寸產線,預計完成後將支撐起600~1700V IGBT、Trench MOS、SJNFET和電源管理IC的大批量供貨。目前公司上述新產品僅在6寸線上完成小規模生產,並通過了部分客戶的認證開始小批量供貨,其中IGBT已切入海信家電、蘇泊爾/美的電磁爐供應鏈,SJNFET則已獲得飛利浦認證,有望進入其家電供應鏈。

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臺基股份(300046.SZ):專注於大功率晶閘管的功率半導體供應商

臺基股份2010年在創業板上市,其前身襄樊臺基半導體是由湖北襄樊儀表元件廠引入臺資後整體改制而來。公司一直專注於大功率產品,產品包括大功率晶閘管和電力半導體模塊等,在大功率領域僅次於中車時代和派瑞。2019上半年公司銷售各類功率器件54.67萬隻,其中晶閘管27.14萬隻,模塊27.42萬隻,其餘包括少量組件、散熱器等。下游應用方面,公司大功率產品的主要客戶是能源、電氣、軌道交通等行業的大型企業。公司2018年收入4.2億元,其中晶閘管1.8億元,模塊0.6億元,其餘收入來自文化產品業務線。由於大功率晶閘管屬於電網等特殊領域的高端產品,毛利率較高,2018年為44.1%,而模塊毛利為19.5%。公司採取IDM模式,擁有一條年產能280萬隻大功率晶閘管及模組的產線,且上市以來歷經數次技術升級,晶圓工藝已逐漸從4寸升級至6寸,對於電壓規格在5,000V以下的6英寸晶圓,良品率可以達到90%。2018年公司入股浦巒半導體進軍IGBT,通過採取芯片外協+模塊製造模式,目前模組產能達到5萬個/月,已在電焊機、變頻器、UPS等工業領域少量出貨。2019年8月,公司定增募資7億元在多個維度擴張能力,包括月產4萬隻IGBT/MOSFET模塊封測線、月產6500只固態脈衝開關生產線和現有晶圓線升級項目。建設完成後,公司將能夠自行生產6500V以上晶閘管芯片和相應的大功率脈衝開關,傳統優勢進一步加強,同時IGBT模塊產品線將從1700V擴展至4500V,助力公司向高壓變頻、智能電網和新能源汽車領域發起挑戰。

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東微半導體(未上市):國內首家實現充電樁功率器件量產的功率半導體設計公司

東微半導體於2008年成立,是國內第一家量產充電樁核心功率器件的Fabless公司。公司產品線包括中低壓SFGMOS、高壓GreenMOS、IGBT三個系列,產品廣泛應用於汽車、工業、消費等領域。其中,GreenMOS系列SJNFET高壓產品覆蓋600-800V,採用了公司專利器件結構和製造工藝,具有高效率低溫升的特點,可以應用於快速充電器、LED電源、通訊、服務器電源、電動車充電樁等高密度高頻率電源系統。2016年4月,東微半導體正式量產充電樁用GreenMOS,打破了充電樁功率器件國外廠商的壟斷。此外,公司與復旦大學合作研發的半浮柵器件,在頂級學術期刊Science和Nature Nanotechnology上發表,顯示公司強大的自主創新研發實力。公司產品由華虹宏力代工,華天科技封測。

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中科君芯(未上市):中科院孵化的IGBT設計企業,走向轉型IDM之路

中科君芯是一家專注於IGBT及其模塊中配套的快恢復二極管(FRD)設計的半導體公司,由華虹半導體提供代工服務,2011年成立,是中科院微電子所(持股比例11.8%)孵化的企業。目前公司提供IGBT芯片、IGBT單管、IGBT模塊等多種產品,電壓覆蓋範圍為650V-1600V,已批量應用於感應加熱、逆變焊機、工業變頻、新能源等領域,並得到客戶的廣泛認可。前沿技術上,目前公司在3300V及以上超高壓等級IGBT芯片上取得了重要突破,也成功研發了電壓高達6500V的IGBT單管產品。此外在2019年,公司以1.13億美元對價收購了中芯國際持有的意大利LFoundry晶圓廠70%的股權,開啟IDM轉型之路。

無錫新潔能(未上市):全國十強半導體功率器件企業,MOSFET行業地位領先

公司成立於2013年,是中國本土功率器件設計龍頭企業,晶圓供應商是華虹半導體,封測供應商為長電科技。根據中國半導體協會統計,2018年公司銷售收入7.2億元(全部為功率半導體業務),位居國內第六位,相比2017年繼續上升,並連續三年名列“中國功率半導體器件十強企業”。公司是率先掌握超級結理論技術,並量產屏蔽柵功率MOSFET及超結功率MOSFET的企業之一,還擁有IGBT技術,目前產品已覆蓋12V-1350V電壓範圍,0.3A-300A的電流範圍。根據公司招股書披露,新潔能2018年MOSFET國內市佔率達到3.7%。

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