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斯达半导深度报告:打破IGBT外企垄断,拥抱新能源大时代

来源:爱集微

#斯达半导#

#IGBT#

05-31 18:00


集微网报道,嘉兴斯达半导体股份有限公司(证券简称:斯达半导,证券代码:603290)成立于2005年4月,于2020年2月在上交所主板上市,是国内首批IGBT公司,十几年来始终专注于以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计、研发和生产,在技术上不断追赶海外先进厂商。根据Omdia(原IHS)最新报告,公司2020年度IGBT模块的全球市场份额占有率国际排名第6位,在中国企业中排名第1位。公司总部位于浙江嘉兴,在上海和欧洲设有子公司,在国内和欧洲均设有研发中心。

斯达半导靠IGBT 模块封装起家,而后自研IGBT芯片,目前技术已经在国内遥遥领先。公司最初采用外购进口芯片封装成IGBT模块,2012年公司研发出第一代自研芯片NPT型IGBT芯片,2015年公司对标英飞凌主流第四代IGBT芯片的FS-Trench芯片成功研发,并于2016年实现量产。截至目前,公司已经成功研发出全系列的IGBT芯片和FRD芯片,并且均已实现量产。目前对外采购的IGBT芯片和FRD芯片均能够被自主研发设计的芯片替代。

图1:斯达半导发展历史简图

资料来源:公司历年公告

斯达半岛董事长沈华先生毕业于美国麻省理工学院,1995年获得材料学博士学位,曾任英飞凌高级研发工程师、XILINX公司高级项目经理。核心技术团队拥有美国国际整流器公司等国际领先企业任职经历。胡畏女士是公司创始人兼董事、副总经理,于1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位,1994年至 1995年任美国汉密尔顿证券商业分析师,1995年至 2001年任美国 Providian Financial 公司市场总监、执行高级副总裁助理、公司战略策划部经理。此外,子公司斯达欧洲总经理 Peter Frey 曾在赛米控任职多年,创始人团队拥有丰富的从业经历。公司实控人为沈华、胡畏夫妇,持股比例较高,控制权稳固,截至2022年Q1公告显示,二人通过斯达控股及香港斯达间接持有公司41.77%的股权,浙江兴得利为公司第二大股东,持股比例为13.99%。

图2:斯达半导股权结构示意图

目前,斯达半导拥有 6 家子公司,其中,上海道之科技有限公司主要进行新能源汽车 IGBT 模块的生产与销售;嘉兴斯达微电子主要负责半导体芯片、电子元器件的设计、生产销售和经营进出口业务(不含进口商品分销业务)。

图3:斯达半导主要对外投资企业情况

功率芯片是半导体中最基础的一类产品,直接利用的是晶体管的开关作用,通过多个功率开关组合(注:有时候还有电阻电感等器件配合)形成拓扑电路,来实现对功率也就是电压电流的控制,最终呈现调速、调频、整流、变压等等功能。简单总结,功率半导体就是转换并控制电力的功率半导体器件。

 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)和 MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的全控-电压驱动的功率半导体,IGBT 既有MOSFET的开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点,又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点,在高压、大电流、高速等 方面是其他功率器件不能比拟的,因而是电力电子领域较为理想的开关器件,也被誉为“电力电子器件里的 CPU”。公司从事的 IGBT 是功率半导体新一代典型产品。功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率分立器件的演进路径基本为二极管→晶闸管→MOSFET→IGBT,其中,斯达半导的主营产品IGBT是功率半导体新一代中的典型产品。

图4:功率半导体在半导体领域中的位置及产品分类

资料来源:芯导科技招股说明书

FS-Trench是目前车规领域应用最广泛的IGBT芯片结构。从20世纪80年代至今,IGBT 芯片经历了多代升级,从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench),芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化,断态电压也从600V提高到6500V以上。2015 年,斯达半导成功研发出 FS-Trench 型 IGBT 芯片,与英飞凌主流第四代芯片性能相当,并于2016年底实现量产。公司生产的应用于主电机控制器的车规级IGBT模块开始大批量配套海内外市场,2021年,公司基于第七代微沟槽 Trench Field Stop 技术的新一代车规级 650V/750V IGBT 芯片研发成功,预计2022 年开始批量供货。

图5 斯达半导2021年产品研发情况

斯达半导产品生产环节主要分为芯片和模块设计、芯片外协制造、模块生产三个阶段。

阶段一:芯片和模块设计。公司产品设计包含IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片的设计和功率模块的设计。本阶段公司根据客户对功率芯片关键参数的需求,设计出符合客户性能要求的芯片;根据客户对电路拓扑及模块结构的要求,结合功率模块的电性能以及可靠性标准,设计出满足各行业性能要求的功率模块。

阶段二:芯片外协制造。公司根据阶段一完成的芯片设计方案委托第三方晶圆代工厂如上海华虹、上海先进等外协厂商外协制造自主研发的芯片,公司在外协制造过程中提供芯片设计图纸和工艺制作流程,不承担芯片制造环节。公司与华虹半导体和上海先进(积塔半导体)合作紧密,是华虹与先进 IGBT 重要大客户。目前公司光伏领域在手订单是现有产能的数倍之多,伴随华虹和先进新增产能释放,公司光伏领域收入有望快速增长。

(华虹12吋线产能持续扩充,2022年月产能预计增加34.5K片。2020年华虹半导体将8吋IGBT技术导入12吋生产线,成为全球首家同时在8吋和12吋生产线量产先进型沟槽栅电场截止型 IGBT 的纯晶圆代工企业。华虹半导体“8 吋+12 吋”四个工厂均通过 IATF 16949 汽车质量管理体系认证。2022 年华虹半导体12吋线月产能计划将扩充至94.5K片,较2021Q4增加34.5K 片,同比+57.50%,预计将于2022Q4逐步释放,其中功率半导体代工产能亦有所增长。)

阶段三:模块生产。模块生产是应用模块原理,将单个或多个如IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片用先进的封装技术封装在一个绝缘外壳内的过程。由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化及芯片间的连接已在模块内部完成,因此和同容量的器件相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好等优点。本阶段公司根据不同产品需要采购相应的芯片、DBC、散热基板等原材料,通过芯片贴片、回流焊接、铝线键合、测试等生产环节,最终生产出符合公司标准的功率模块。公司主要产品IGBT模块集成度高,内部拓扑结构复杂,又需要在高电压、大电流、高温、高湿等恶劣环境中运行,对公司设计能力和生产工艺控制水平要求高。

此外,2021年斯达半导宣布拟通过增发方式募集35亿元,用于自建晶圆生产线,布局新能源市场。其中,拟投资15亿元,建设高压特色工艺功率芯片生产线,达产后预计将形成年产30万片6吋高压特色工艺功率芯片的生产能力;拟投资5亿元自建晶圆生产线,开展SiC芯片的研发和产业化,项目达产后,预计将形成年产6万片6吋SiC芯片生产能力。

图6:公司拟自建晶圆产线项目情况

在核心技术方面,该公司自成立以来一直以技术发展和产品质量为公司之根本,在 IGBT领域持续深耕,具备深厚的技术成果积淀,且核心技术均为自主研发创新,具备独立自主的知识产权。经过多年的技术经验积累,公司已成功申请了 99项专利,包括 28 项发明,自主掌握了IGBT芯片和 FRD 芯片、大中小功率模块、车用模块、SiC 模块的多项核心技术。

图7:公司核心技术情况列表

斯达半导产品进入国内领先的工控变频、新能源汽车电驱厂商,公司工控级客户包括英威腾、汇川技术、众辰电子等专业的变频器生产厂商;车规级客户是以合肥巨一动力和上海电驱动为主的新能源汽车电驱厂商,合肥巨一动力的电驱终端客户包括奇瑞、江淮、云度等国产整车厂商以及广汽本田、江淮大众等合资车厂,上海电驱动产品覆盖30-200KW系列化电驱产品,客户包括一汽、奇瑞、长安、上汽、宇通等众多国内整车厂,以及雷诺、通用、伊顿等海外客户。

图8:斯达半导主要产品和其应用领域

得益于 IGBT 市场规模的持续增长以及公司行业地位和市场份额的提升,近年来公司的营收和归母净利润均保持快速增长, 且净利润增速高于营收增速。2020年实现收入9.63亿元,净利润为1.81亿元。2021年在全球缺芯的大环境下,公司营收大幅扩张,整体实现营收17.07亿元,同比增长77%,实现净利润3.99亿元。2022Q1公司实现收入5.42亿元,同比+66.96%,环比+6.27pct;实现归母净利润1.51亿元,同比+101.54%,环比+14.39pct,公司所处IGBT赛道高景气度维系。

图9:公司2018-2022Q1营收和净利润水平(单位:万元)

从营收结构上来看,IGBT模块是斯达半导核心产品,贡献了绝大多数的营收。2021年报告期内,公司继续保持以IGBT模块为主的产品结构,IGBT模块营业收入1.6亿元,同比上升74.99%,占主营业务收入的94.05%。公司模块生产量较上年增长70.67%,销售量较上年增长67.85%。公司产品库存量较低且多为客户预定订单,产品景气度高,产业链话语权较强。从下游应用领域来看,其中工控占比最大,但随着新能源领域的营收快速增长,工控占比逐渐下降。新能源作为未来主要发力方向,占比从 2016年的 11.97% 明显提升至 2021 年的25.56%,公司已成功跻身于国内汽车级 IGBT模块的主要供应商之列。 

图10:公司的产品产销情况

 IGBT的高门槛所带来的产品附加值,让斯达半导的毛利率水平在国内同行中领先,尽管与国际巨头英飞凌仍存在一定差距,但是一直保持稳中有升的态势。2022年第一季度,公司的毛利率已提升至 40.81%,相比 2021年增加了4.04pct。这主要是源于斯达半导自研 IGBT芯片比例提升和产销规模扩大带来的生产成本降低以及在新能源汽车领域销售额及占比提升带来的产品结构变化。 

在费用端,虽然费用规模在逐年增长,但是随着管理效率的提升以及营收的快速增长,公司的期间费用率在不断降低,从2016 年至 2022Q1下降比例过半。2022年Q1,公司的销售费用率、管理费用率、财务费用率、研发费用率分别为 1.02%、8.96%、-1.70%、6.51%,较同行业可比公司相对较低。 在毛利率和期间费用率的持续优化下,公司的净利率也得以持续攀升,显著高于同行。

图11:斯达半导毛利率和净利率水平表现

图12:斯达半导三费费率和研发费用率情况表现

IGBT门槛较高,长期以来中高端产品生产厂商主要集中在欧洲、美国和日本地区,主要由英飞凌、三菱、富士电机等海外企业垄断。过去十年,凭借优秀的产品性能,英飞凌在中国区收入比重从15%左右提升到现在的接近40%,成为其最大的收入来源地。而英飞凌实现的这一惊人数字,靠的却是极少的本地化,其在中国的资产(注:可以简单理解为厂房和产能)占比仅仅1%,员工人数占比也将将5%。2020年,海外大厂贡献了全球约80%以上的产能,而国内厂商IGBT有效晶圆产能约5~6万片/月(等效8英寸),份额不足20%。但是2021年,国内晶圆代工厂(华虹半导体、中芯国际、积塔半导体等)和IDM厂商(士兰微、华润微、比亚迪半导体、时代电气等)整体扩建意愿积极。

图13:2020年全球IGBT产能分布情况

长期以来,IGBT 市场一直被英飞凌、三菱、富士电机、安森美等少数供应商所垄断,2020年年底以来,全球缺芯问题不断突出,晶圆制造产能不足,2021年IGBT产品的交货期也持续拉长,且在Q3仍未出现缓解的现象,英飞凌、安森美部分IGBT产品的货期已经延长至39-52周,这一定程度上给了国产IGBT快速进入整车供应链的机会。

图14:IGBT龙头厂商2021Q1-2021Q3产品交付周期

“缺货”只是疫情引起的短期供需失衡造成的边际挤压,而功率半导体(尤其是IGBT)的短缺,折射出中国工业的供应链硬伤。因为功率半导体扮演的是精密管控电力的角色,因此是大量工业设备、家电、汽车、高铁等等中的核心零部件,可以说,如果没有高效的功率半导体,大量的装备都会停滞。

当前,国内企业开始走上自主研发的道路,目前在下游的应用当中,中压IGBT和IGBT模块最具有投资价值。英飞凌作为全球IGBT龙头企业,产品技术的发展路径可以被国内企业更好的对标,目前英飞凌产品已经迭代到第七代,中国本土厂商进场较晚,但与国际产品的差距正在逐渐缩小,其中斯达半导已经成为国际前十的IGBT模块厂商,产品品类丰富。

由于IGBT和下游应用结合紧密,研发人员往往需要对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品,因此应用和系统的理解能力很大程度上取决于上下游的协同紧密程度。比亚迪通过自建芯片并供给自身整车厂使用来积累系统应用know-how;时代电气很早就收购了英国dynex,吸收其技术,在轨交市场核心器件和系统应用同事发力,并将制造高铁IGBT的经验转移至汽车上,建成国内首条8英寸车规级IGBT芯片生产线并布局电驱产品;斯达半导择时通过汇川技术、上海电驱动之类的第三方渠道熟悉下游应用环境,产业协同助力提高产品品质同时降低成本。

图15:国内IGBT厂商在车载应用方面的技术进展


图16:斯达半导的主要竞争对手分析情况

下游的需求增加有力的促进了半导体领域IGBT的增长,新能源汽车是中国IGBT下游最大的需求方,占比接近31%,因而车规级IGBT可能成为IGBT最大的下游市场。根据中国汽车工程学会编制的《节能与新能源技术路线图2.0》,到2025年我国新能源汽车在新车销量中渗透率将达到20%,而实际上中国汽车工业协会统计的数据表明,2021年我国新能源汽车整体销量为350.72万辆,同比增长165.10%,渗透率从2020年的6.17%大幅提升至2021年17.42%,远远超出官方给出的发展规划指引。此外根据中汽协预测,2025(渗透率30%左右)年我国汽车销量有望达3000万辆,届时我国新能源汽车销量预计达900-1000万辆,而到了2035年估计占比一半以上。

图17:新能源汽车2014-2021整体渗透率

新能源汽车当中,IGBT模块是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心器件,相较于工业控制领域,车规级IGBT对芯片和模块可靠性的要求更高,车规级半导体的工作温度为-40到155度,温度范围大于消费电子,同时要承受高振动、电磁干扰等恶劣环境,因此有更长的使用寿命和行驶里程要求,对安全性要求极高。IGBT模块供应商为进入客户的供应链体系,不仅需要综合评定供应商的实力,还会评估供应商的上游供应商,因此会有较长的产品测试认证、试用、失效分析,在确保安全性、可靠性等必备要求的基础上才有望大批量放量,转换成本极高,因此客户认证为企业竞争的核心要素。

根据斯达半导招股书显示,IGBT约占新能源汽车电控系统成本的37%,是电控系统中最核心的电子器件之一。新能源汽车的动力性能越好,所需要的IGBT组件数量也就越多。一般来说,A00-A0级别(电机输出功率20-55kW)的微型车的主驱IGBT价值量在650元左右,A级轿车、紧凑型SUV新能源车(电机输出功率100-250kW)的主驱IGBT价值量在1300元左右,而B级轿车、中大型SUV(电机输出功率150-400kW)的价值量可以达到2275元以上。

图18:IGBT在各品类新能源车里的价值量

而根据2020年新能源汽车的销售结构,单车主驱你变IGBT的价值量平均约为1430元,以此为假设,2020年全球新能源车用IGBT市场约为44.7亿元,到了2025年,若全球的新能源汽车销量达到1200万辆,届时全球新能源车用主驱逆变IGBT市场可以达到170.6亿元,CAGR达到30.86%。因此,在国际功率大厂交付期拉长的大环境下,可以预见在电动车渗透率和单位车辆IGBT价值量提升的基础上,斯达半导的赛道景气度整体还是比较旺盛的。

图19:全球车规级IGBT芯片市场估计

另一个IGBT的增量市场则来自于全球光伏风电装机容量的快速发展。光伏和风力发电机发出的电能需要通过光伏逆变器/风力发电逆变器整流成直流电,再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。逆变器是整个新能源发电系统的关键组件,而其中IGBT模块是逆变器的核心器件。2021年全球光伏新增装机量达到160GW,我国新增装机量达到60GW。2020年光伏逆变器的成本约为0.165元/W,IGBT模块约占逆变器成本的9%左右,因此推算2021年IGBT模块在光伏领域的全球市场规模约为21.6亿元。未来随着光伏新增装机量的不断提升,光伏逆变IGBT的市场也将不断成长。

整体来看,目前斯达半导现有产品已经实现了中低压IGBT模块全覆盖,未来将利用公司第七代FS Trench芯片平台和大功率模块生产平台,发力3300V-6500V高压IGBT的研发和产业化。公司当前聚焦的主赛道为车规级应用领域,长期来看,新能源车A00-A0级别市场占比将逐渐下降,A级以上市场占比将持续提升。然而根据市场推算未来几年车规级IGBT应用规模和光伏级应用规模合计200亿左右的市场规模能够承载斯达半导600亿的市值吗?但是在中美贸易摩擦、中兴华为事件的警钟下,当前复杂而严峻的国际形势促使产业链下游相关行业客户充分意识到供应链安全和自主可控的重要性,叠加成本因素的考虑,国内功率半导体厂商被赋予了更多机会。鉴于 IGBT产品技术迭代没那么快,也不要求先进制程,这给了国内厂商充分的时间去追赶国际先进水平,国内厂商可通过跨代际研发加速缩短与国际巨头的技术和产品差距,未来有望迎来发展的黄金时期。 

(校对/在野)

责编: 邓文标

李正操

作者

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邮箱:lizc@lunion.com.cn

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