(報告出品方/作者:東莞證券,劉夢麟、羅炜斌、陳偉光)
1. 國內老牌功率半導體企業,不斷拓寬産品品類,業績實現跨越式增長
國內老牌的功率半導體企業,産品品類豐富。揚州揚傑電子科技股份有限公司(以下簡稱“揚傑科技”)成立于 2006 年,並于 2014 年在創業板上市。公司自成立以來致力于功率半導體芯片及器件制造、集成電路封裝測試等領域的産業發展,是國內少數集半導體分立器件芯片設計制造、器件封裝測試、終端銷售與服務等産業鏈垂直一體化(IDM)廠商。公司産品品類豐富,産品線包括各類電力電子器件芯片、MOSFET、IGBT 及 SiC 系列産品、大功率模塊、小信號二三極管、功率二極管、整流橋等,並對外銷售部分硅片和芯片,産品廣泛應用于汽車電子、新能源、5G、電力電子、安防、工控、消費類電子等諸多領域。
紮根二極管領域,積極布局 MOSFET、IGBT 並迎來收獲期。公司前身爲揚傑投資,主要從事電子元器件貿易業務,憑借多年的電子元器件銷售經驗、客戶積累以及對半導體分立器件産品的了解,公司 2006 年開始向産業鏈上遊延伸,設立揚傑有限,並在同年開設橋堆二極管産線。主要産品包括整流二極管、光伏二極管等多個品種,據芯謀研究數據,2019 年公司功率二極管的市場份額全國第一,達到13.5%,整流橋市占率全球第一,達到 20.5%,行業地位領先。2017 年,公司切入功率器件中高端領域,組建MOSFET、IGBT 器件研發及市場團隊。經過多年發展,MOSFET、IGBT 系列産品開發、驗證進展順利,産品逐步放量,收入占比迅速提高。據公司年報,公司2021 年MOSFET産品收入同比增長 130%、IGBT 産品收入同比增長 500%,産品進入快速放量階段。
營收結構:半導體功率器件爲公司主要收入來源。從營收結構看,公司營收來源于半導體功率器件、分立器件芯片和半導體硅片三大板塊,其他業務占比較低。三大業務中,半導體功率器件是公司主要收入來源,近年收入占比基本在80%附近。2021年半導體功率器件收入 35.18 億元,同比大增 70.86%,營收占比爲80.01%;分立器件芯片、半導體硅片收入分別爲 4.94 和 3.32 億元,同比分別增長23.81%和159.38%,占收入比重分別爲 11.23%和 7.55%。
公司上市以來不斷擴展業務範圍,經營業績實現跨越式增長。公司上市以來不斷擴大業務範圍,上市之初以生産二極管整流橋爲主,2006 年在揚州設立第一條橋堆二極管封測生産線,2009 出資 4000 萬元建成第一條 4 吋芯片生産線,開始轉型成IDM功率半導體廠商;2018 年,收購成都青洋 60%股權,成都青洋主要業務爲半導體單晶硅片的生産與制造;2021 年,通過成都青洋收購四川雅吉芯 80.5%股權,四川雅吉芯主業爲半導體外延材料的研發與生産。上市以來,公司圍繞功率半導體主業不斷擴張業務版圖,實現了從上遊硅片、外延到下遊芯片器件的全産業鏈布局,經營業績也實現跨越式增長。2014 年上市之初,公司當年營業收入爲 6.48 億元,至2021 營收規模擴大至43.97 億元,2014-2021 年複合增長率爲 31.46%,歸母淨利潤從1.12 億元增長至7.68億元,2014-2021 年複合增速爲 31.66%。
預計 22H1 業績實現同比高增長,新能源業務景氣高企。公司于7 月1 日發布半年度業績預告,22H1 預計實現歸母淨利潤 5.16-6.20 億元,同比增長50%-80%,實現扣非歸母淨利潤 5.06 億元-6.09 億元,同比增長 51.93%-82.96%。2022 年上半年,風光儲、新能源汽車等新興應用領域景氣高企,下遊需求旺盛,公司積極抓住功率半導體國産替代加速契機,實現清潔能源和汽車電子業務的持續快速放量,助推業績快速增長。持續加大新品開拓,22H1 新産品業績表現突出。2022 年上半年,公司在深入了解客戶需求的基礎上,持續加大研發投入,不斷開發出具有市場競爭力的高附加值産品,2022 年上半年新産品業績表現突出。據公司業績預告,2022 年上半年公司MOSFET、IGBT、SiC 等産品銷售收入同比增速均超過 100%,小信號産品銷售收入同比增長80%。
發布第四期股權激勵計劃,有望充分調動員工積極性。公司上市以來累計實施過3期股權激勵計劃,並于 2022 年 6 月發布第四期股權激勵計劃草案,擬向公司包含核心管理人員和技術骨幹在內的 110 位激勵對象授予限制性股票80 萬股,占公司總股本0.1561%,授予價格爲每股 35.52 元。本次激勵計劃的業績考核目標爲:以2021年淨利潤爲基數,第一個歸屬期條件爲 2022 年淨利潤增長率不低于30%,第二個歸屬期條件爲 2023 年淨利潤增長率不低于 60%。通過廣泛實施股權激勵計劃,有望深度綁定公司核心人員與公司利益,充分調動團隊積極性,由此提升員工的凝聚力和團隊的穩定性,激發管理團隊、業務團隊的積極性,提高經營效率,降低經營成本,利好公司的長遠發展。
收購楚微半導體 40%股權,強化中高端功率半導體領域産能布局。2022 年6 月6日,揚傑科技公告稱將以合計 3.75 億元(標的成交價格 2.95 億元,並出資8000 萬元完成後續實繳資本)收購湖南楚微半導體 40%股權,交易完成後,楚微半導體將成爲公司的參股子公司。楚微半導體主營業務爲晶圓制造,目前已建成一條8 英寸0.25um-0.13um的集成電路成套裝備驗證工藝線,月産能爲 1 萬片,産能持續爬坡中;此外,楚微半導體二期規劃于 2024 年 12 月 31 日前完成增加建設一條産能3 萬片/月的8 英寸硅基産線和一條産能 0.5 萬片/月的 6 英寸碳化硅産線。此次收購有助于完善公司的芯片尺寸和全系列産能,公司 IDM 能力正式進入 8 英寸時代,有助于突破公司産能制造瓶頸,強化中高端功率器件産能布局。 盈利能力持續提升,控費能力不斷加強。近年公司毛利率、淨利率總體呈現上升的趨勢,2021 年毛利率爲 35.11%,同比提升 0.83 個百分點,淨利率爲17.47%,同比提升3.03 個百分點。公司近年期間費用呈現逐步下降的趨勢,2021 年同比下降了2.30個百分點至 8.40%,控費能力持續加強。
持續推進國際化戰略布局,加強“揚傑+MCC”雙品牌推廣。公司于2015 年收購了以運營“MCC”品牌並以半導體銷售爲主業的三家公司,有效拓寬海外銷售渠道,加速國際化布局。據公司年報,公司目前設有廣州、珠海、深圳等20 個境內技術服務站,境外設有韓國、日本、印度、新加坡、美國、德國、土耳其、意大利、法國、墨西哥、馬來西亞 11 個國際營銷、技術網點。通過實行”揚傑”和”MCC”雙品牌運作,“揚傑”品牌主攻國內和亞太市場,“MCC”品牌主打歐美市場,實現雙品牌的全球市場渠道覆蓋,不斷擴大國內外銷售和技術網絡的輻射範圍,爲各大終端客戶提供直接的專業産品和技術支持服務,持續提升公司國際化服務水平。2022 年上半年,全球功率半導體産能緊張,海外客戶對公司産品采購意向持續增強,MCC 品牌的銷售收入實現同比翻倍增長,公司整體毛利也相應提升。
海外業務持續拓展,公司外銷收入持續增長。在收購“MCC”後,公司海外銷售渠道得到有效拓寬,海外業務營收不斷增長。2016 年,公司海外業務營收爲3.71 億元,2021年增長至 10.56 億元,2016-2021 年年均複合增速爲 23.27%,占營收比重保持在24%以上;盈利能力方面,公司海外業務附加值較高,2017-2021 年海外業務平均毛利率爲39.07%,大陸業務平均毛利率爲 30.04%,因此海外業務快速發展能有效提高公司整體毛利。
公司重視研發,逐年加大研發投入。電力電子器件行業屬于技術密集型産業且技術升級換代較快,對從業企業的生産技術水平及行業經驗積累要求較高,要求行業內企業具備較強的研發及技術創新能力。公司重視研發,通過研發驅動企業長期成長,並逐年提升公司研發費用占比。2021 年,公司研發費用達到2.42 億元,同比大幅增長84.73%,研發投入占收入比重達到 5.50%,相比上一年提高0.49 個百分點;通過高強度的研發投入,公司不斷開拓新産品線,加快産品叠代,在發展中高端MOSFET、IGBT芯片及器件的同時,面向功率器件高端領域,加強 SiC 晶圓、GaN 晶圓研發設計,加強第三代半導體高溫封裝的研發;面向未來功率器件的中高端領域,儲備第三代半導體的技術和人才。
收購楚微半導體 40%股權,強化中高端功率半導體領域布局。2022 年6 月6 日,揚傑科技公告稱將以合計 3.75 億元(標的成交價格 2.95 億元,並出資8000 萬元完成後續實繳資本)收購湖南楚微半導體 40%股權,交易完成後,楚微半導體將成爲公司的參股子公司。楚微半導體主營業務爲晶圓制造,目前已建成一條8 英寸0.25um-0.13um的集成電路成套裝備驗證工藝線,月産能爲 1 萬片,産能持續爬坡中;此外,楚微半導體二期規劃于 2024 年 12 月 31 日前完成增加建設一條産能3 萬片/月的8 英寸硅基産線和一條産能 0.5 萬片/月的 6 英寸碳化硅産線。此次收購有助于完善公司的芯片尺寸和全系列産能,公司 IDM 能力正式進入 8 英寸時代,有助于突破公司産能制造瓶頸,強化中高端功率器件産能布局。
2. 功率半導體市場穩健增長,公司二極管基本盤穩固
2.1 功率半導體是電能轉換與電路控制的核心,市場規模穩健增長
電力半導體芯片是電能轉換與電路控制的核心。公司主營業務電力半導體芯片的研發、生産和銷售。功率半導體是發電、輸配電、電能變化、儲能等裝備的核心,用于電能分配、轉換和控制。其對電能的控制,類似于水龍頭閥門對水流的調節和控制,可對電流、電壓、功率、頻率、相位進行精確高效的控制和變換。作爲電力電子的基礎,功率半導體的需求場景日益豐富。功率半導體是構成電力電子轉換裝置的核心組件,幾乎進入國民經濟各個工業部門和社會生活的各個方面,電子設備應用場景日益豐富,功率半導體的市場需求也與日俱增。隨著新應用場景的出現和發展,功率半導體的應用範圍已從傳統的消費電子、工業控制、電力傳輸、計算機、軌道交通、新能源等領域,擴展至物聯網、電動汽車、雲計算和大數據等新興應用領域。
按類別劃分,功率半導體可分爲功率器件和功率 IC 兩大類。功率半導體主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等,按類別可分爲功率器件和功率IC 兩大類,其中功率器件包括主要包括二極管、晶閘管和晶體管,晶體管根據應用領域和制程不同又可分爲 IGBT、MOSFET 和雙極型晶體管等;功率 IC 屬于模擬IC,包含電源管理IC、驅動 IC、AC/DC 和 DC/DC 等。
從器件結構看,功率半導體呈現多世代並存的特點。功率半導體自20 世紀50年代開始發展,至今形成以二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT 等爲代表的多世代産品體系。新技術、新産品的誕生拓寬了原有産品和技術的應用範圍,適應更多終端産品的需求,且每類産品在功率、頻率、開關速度等參數上均具有不可替代的優勢,因此功率半導體市場呈現多世代並存的特點。
功率半導體産業鏈情況:上遊以原材料爲主,下遊應用領域廣泛。功率半導體上遊爲原材料,包括硅片(研磨片、抛光片和外延片)、钼片、引線框架、管殼及散熱器等,涉及材料工業、裝備制造業、化學工業等行業,原材料價格直接影響到下遊企業整體成本。功率半導體下遊應用廣泛,幾乎涵蓋所有電子制造業,包括爲消費電子、工業控制、電力傳輸和新能源等領域。
下遊應用占比:汽車、工業和消費電子爲功率半導體主要應用領域。功率半導體的主要作用是電力轉換和功率控制,核心目標爲提高能量轉換效率並減少功耗。從下遊應用領域的占比來看, 2019 年全球功率半導體細分市場規模占比從高到低依次爲:汽車(35%)、工業(27%)、消費電子(13%)和其他(25%)領域,由此可見,汽車和工業是功率半導體最主要的下遊應用領域。國內市場方面,功率半導體以汽車、消費電子爲主要的應用領域,其中汽車、消費電子、工業電源、電力、通信等其他領域占功率半導體下遊應用比重分別爲 27%、23%、19%、15%和 16%。
從市場結構來看,電源管理 IC、MOSFET 和 IGBT 占比位列功率半導體位列前三。從市場結構來看,電源管理 IC、MOSFET 和 IGBT 爲我國功率半導體占比最高的三個分支。根據 IHS 數據,截至 2018 年,我國電源管理 IC 市場規模爲84.3 億美元,份額占比達61%,MOSFET 和 IGBT 份額分別爲 20%和 14%,三者占比合計達95%。近幾年,受益下遊消費電子、通訊行業和新能源汽車的快速發展,電源管理IC 市場維持穩健增長態勢,而未來隨著新能源汽車行業快速發展,IGBT 和 MOSFET 有望步入快速發展期。在全球功率器件方面,MOSFET、功率二極管和 IGBT 是最重要的三個細分領域。從市場份額看,根據 Yole 數據,2017 年全球 MOSFET 規模占功率器件市場的35.4%,位列第一,功率二極管和 IGBT 市場份額分別爲 31.3%和 25.0%,分列第二、三位。
功率半導體應用領域不斷拓寬,市場規模穩健增長。隨著社會經濟快速發展和技術工藝的不斷進步,功率半導體的應用領域已從傳統的工業控制拓展至新能源、軌道交通、智能電網和變頻家電等諸多市場,帶動行業天花板不斷上調。根據IHS 數據,2014-2019 年全球功率半導體市場規模從 360.0 億美元增長至453.9 億美元,年複合增長率爲 4.74%,行業市場規模穩健增長。 我國是全球最大的功率半導體消費國,市場增速高于全球平均水平。我國是全球制造業大國,功率半導體需求空間廣闊,近年來功率半導體市場規模占全球比重保持在30%以上且逐步提升。受益旺盛的下遊市場需求和功率半導體領域國産替代的持續推進,我國 2014-2019 年功率半導體市場規模複合增速爲 7.17%,高于全球同期平均水平。
國家政策大力支持,功率半導體發展有望駛入快車道。隨著“智能制造”和“新基建”等國家政策的深入推進,以及“碳達峰、碳中和”雙碳戰略的落實,功率半導體作爲實現電氣化系統自主可控以及節能環保的核心零部件,未來將在智能電網、新能源汽車、雲計算和大數據中心等領域有著大量且迫切的需求。此外,功率半導體器件行業是我國重點鼓勵和支持的産業,特別是中美貿易摩擦發生以來,關鍵元器件領域的自主可控顯得愈發重要。因此國家近年來制訂了一系列政策鼓勵、支持和促進國內功率半導體行業的發展。其中,《“十四五”規劃》提出,集中優勢資源攻關關鍵元器件零部件等領域關鍵核心技術。未來在政策的護航之下,功率半導體行業有望駛入發展快速道。
2.2 二極管:結構最簡單的功率半導體器件,本土自給率不斷提高
二極管是最常用的電子元件之一,應用領域廣泛。二極管(Diode)是使用硅、硒、鍺等半導體材料制成的二端器件,它具有正向導通、反向截止功能特性,因此被廣泛應用于整流場景,是最早誕生的半導體器件之一,應用領域廣泛。從分類看,按具體用途,二極管包括整流二極管、快恢複二極管、肖特基二極管和穩壓二極管等,在電子電路中一般起到整流、穩壓、檢波、保護等作用,下遊應用領域涵蓋了消費類電子、網絡通訊、安防、工業等。
下遊新興應用領域不斷發展,我國二極管行業市場規模保持向上趨勢。受益下遊物聯網、雲計算、智能制造、智能交通和醫療電子等新興應用領域市場的不斷拓展,我國半導體二極管行業市場規模保持向上趨勢。根據中國電子信息産業統計年鑒數據,國內半導體二極管市場規模從 2014 年的 2,856 億只增長至2018 年的16,590億只,2014-2018 年複合增長率爲 55.25%;而根據 Yole 數據,2019 年全球二極管及整流器市場規模約爲 39.93 億元,占功率器件市場規模比重爲 23.99%。近年我國二極管領域本土自給率逐步提升,自主可控程度不斷加強。受益下遊發展,我國二極管市場規模不斷提升,進、出口規模持續擴大。根據海關總署數據統計,從2001 年至 2021 年,我國二極管進口金額從 29.16 億美元增長至296.88 億美元,年複合增長率爲 12.25%,出口金額從 9.60 億美元增長至 475.30 億美元,年複合增長率高達 21.54%。從進出口金額來看,我國近 20 年來二極管及類似半導體的出口增速遠高于進口增速,二極管出口金額/進口金額指標呈上升態勢,且從2014 年起,我國二極管的出口數量已超過進口數量,反映國內企業在二極管領域的自主可控程度不斷加強。
我國所生産的二極管仍偏中低端,高端領域有待突破。與其它功率品類相比,二極管的門檻較低,比較注重生産成本的控制,市場競爭格局較爲分散,廠商數量衆多。近年來,我國憑借成本優勢、政策優勢和貼近下遊市場的優勢,在二極管領域取得較大進步,二極管也成爲功率器件中率先實現國産替代突破的領域。雖然我國近年來在二極管領域取得長足進步,但我國目前生産的二極管仍然以中低端産品爲主,在技術壁壘高、産品附加值較高的二極管方面話語權較弱。從進出口平均單價來看,2017年以來我國二極管(不含光敏二極管和發光二極管)進口的平均單價爲0.0191 美元/個,出口的平均單價爲 0.0138 美元/個,且每年二極管的平均進口單價均高于平均出口單價,說明與進口的二極管産品相比,我國本土自制的二極管産品仍然以中低端産品爲主,産品附加值較低,高端産品亟待突破。
2.3 智能電表、變頻器等下遊發展驅動二極管需求增長,公司功率二極管基本盤穩固
2.3.1 智能電表:電表更換周期已至,有望拉動數億只二極管需求
智能電表功能不斷豐富,逐漸成爲市場主流産品。自 19 世紀世界上第一塊感應式電能表面世以來,電表大致經曆了三次大的換代階段,主要包括感應式電表、電子式電表和智能電能表。與傳統電表相比,智能電表除了具備傳統的計量計費功能外,還能實現雙向計費、雙向通信、數據采集分析和防竊電等一系列功能。近年隨著傳感器、通信和智能控制等技術的逐步發展,智能電表的功能不斷豐富,逐漸成爲市場主流産品。
智能電表有望受益于智能電網投資力度加大及泛在物聯網建設工程。2010 年國家電網發布《國家電網智能化規劃總報告》,提出 2009-2020 年智能化投資累計達到3,841億元,並指出第三階段(2016-2020 年)要深化用電信息采集系統和智能電能表的應用,用電環節智能化投資 505 億元,占智能化投資的比重達到28.86%。2019 年國網發布《泛在電力物聯網白皮書》,提出利用移動互聯、人工智能、先進通信等新興技術,實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互,計劃到 2021 年初步建成泛在電力物聯網,現涉電業務上線率達 70%,到 2024 年建成泛在電力物聯網,實現涉電業務上線率達90%。
“十四五”期間電網總投資規模大幅提高,基礎硬件設備深度受益。“十四五”期間,國家電網計劃投入 3,500 億美元(約合 2.23 萬億元)推進電網轉型升級,南方電網預計總體電網建設將規劃投資約 6,700 億元,以加快數字電網建設和現代化電網進程,若疊加國內地方性電網公司的投資規劃,全國電網總投資預計近3 萬億元,將大幅高于“十三五”期間全國電網總投資 2.57 萬億元,巨大的投資規模將進一步拉動智能電網産業鏈的發展。智能電表作爲智能電網建設、泛在物聯網建設的基礎硬件設備將深度受益,二極管作爲智能電表的零部件也將持續受益。
新能源基建持續推進,有望進一步帶動智能電表需求。爲了應對氣候問題,近年來全球主要國家陸續提出實現“碳中和”的日程表,其中我國提出2030 年碳達峰、2060年碳中和的目標。在“碳中和”目標的約束下,各國進一步加快可再生能源的投資力度,積極推動新能源汽車銷售、充電樁/光伏/風電/儲能等建設。預計充電樁、風光儲等場景建設將進一步拉動我國智能電表新增需求。以光伏組件爲例,據CPIA 預測,保守情況下,到 2030 年,國內新增裝機有望達到 105GW,按照1GW 的光伏電池組件需要光伏二極管 2500 萬只、單只價格 1 元進行測算(數據來源:揚傑科技招股書),新增光伏二極管需求將達 262.50 億只、新增市場規模達 262.50 億元。
智能電表輪換高峰期已至,替換需求有望加速釋放。國家電網從2009 年開始對智能電網進行集中招標,2014、2015 年招標量達到頂峰,分別爲1.05 和0.99 億只。據國家質檢總局發布的《計量檢定規程》,智能電表屬于強制檢定設備,1 級和2 級智能電表的更換周期爲 8 年。考慮到 2014、2015 年爲國網智能電表招標高峰期,存量電表超2億只,若同時考慮南方電網以及其他地方性電網公司的智能電表替換需求,後續在強制替換的政策要求下,智能電表有望在未來 1-2 年內迎來新一輪替換高峰周期,並同時進一步拉動二極管需求。據我們測算,僅考慮國網 14/15 年單相智能表的替換,所需二極管有望達到 24.05-38.85 億只。
2.3.2 變頻器:在工業領域的應用規模穩定增長,拉動二極管、晶閘管需求
近年來我國變頻器行業市場規模穩步上升。變頻器是改變供電頻率,從而調節負載,起到降低功耗,減小運行設備損耗,延長設備使用的設備,主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。近年來,在一系列節能環保政策的支持下,變頻器在冶金、煤炭和石油化工等工業領域的應用規模保持穩定增長,同時我國城市化進程的加快也推動變頻器在市政、軌道交通等公共事業領域的需求持續增長。根據前瞻産業研究院統計,2019 年我國變頻器市場規模達到 495 億元,預計到 2025 年市場規模將達到883 億元,2019-2025年複合增速爲 10.13%。
二極管、晶閘管在變頻器中均有運用,變頻器市場規模增長拉動二極管、晶閘管需求。二極管、晶閘管在變頻器中均有運用,《變頻器世界》指出,變頻器中主流上的電解電容在沒有建立電壓之前相當于短路狀態,變頻器上電瞬間電流非常大,可能會損壞整流器件、直流母排和電容,因此變頻器在每次上電時需要對直流回路進行預充電。其中,采用二極管整流變頻器一般使用串電阻限流方式將直流回路電壓建立後再將電阻旁路的方式,需要配置直流接觸器和大功率電阻;而由于晶閘管可以通過控制導通角來實現電壓緩慢上升的功能,因此采用晶閘管整流的變頻器不需要旁路接觸器,但需要配置驅動電路。變頻器采用二極管整流方案或晶閘管整流方案,其市場規模的增長將拉動二極管、晶閘管的下遊需求。
2.3.3 公司二極管基本盤穩固,行業地位保持領先
二極管行業地位領先,受益新能源、新基建需求釋放。公司紮根二極管領域多年,産品矩陣豐富,包括整流二極管、光伏二極管、快恢複二極管、肖特基二極管等多個産品。其中,據芯謀研究數據,2019 年公司功率二極管的市場份額全國第一,達到13.5%,整流橋市占率全球第一,達到 20.5%,行業地位領先。伴隨著新能源、新基建工程的持續推進,光伏組件、智慧電表等需求將不斷釋放,二極管作爲零部件之一,有望受益于下遊需求的提振,公司作爲二極管領域的領軍企業有望直接受益。
3. IGBT、MOSFET 和 SiC 方興未艾,公司切入中高端領域,開啓第二成長曲線
3.1 IGBT:工控領域的核心,應用前景廣闊
IGBT 全名爲絕緣柵雙極型晶體管,是由雙極型三極管(BJT)和MOSFET 組成的複合全控型電壓驅動式半導體功率器件,兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和雙極型三極管(BJT)的低導通壓降兩方面的優點,IGBT 驅動功率小而飽和壓降低,非常適合應用于直流電壓爲 600V 及以上的變流系統,如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等。 從産品分類來看,IGBT 可分爲單管、模塊和智能功率模塊(IPM)三類産品,根據IHSMarkit 數據,2018 年 IGBT 模塊、IGBT 單管和 IPM 市場規模占比分別爲52.08%、20.99%和 26.92%,三者生産制造技術和下遊應用場景均有所差異:在生産制造技術方面,單管産品和 IPM 模塊采用環氧注塑工藝,標准模塊采用灌膠工藝;在下遊應用場景方面,單管主要應用于小功率家用電器、分布式光伏逆變器及小功率變頻器,標准模塊主要應用于大功率工業變頻器、電焊機、新能源汽車(電機控制器、車載空調、充電樁)等領域,IPM 模塊主要應用于變頻空調、變頻洗衣機等白色家電。
從下遊應用領域來看,IGBT 功率半導體下遊應用廣泛,廣泛應用于電機節能、軌道交通、智能電網、家用電器、汽車電子、新能源發電和新能源汽車等領域,應用前景廣闊。根據 IHS Markit 報告,2018 年全球 IGBT 市場規模約爲62 億美金,2012-2018年複合增速高達 11.65%。中國市場方面,我國 IGBT 市場規模增速快于全球,2012年2019 年我國 IGBT 年複合增長率爲 14.52%。根據集邦咨詢預測,受益于新能源汽車和工業領域的需求大幅增加,中國 IGBT 市場規模將持續增長,到2025 年,中國IGBT市場規模將達到 522 億人民幣,2018-2025 年複合增長率達19.96%。
新能源汽車拉動 IGBT 需求。IGBT 模塊在新能源汽車領域中發揮著至關重要的作用,是新能源汽車電機控制器、車載空調、充電樁等設備的核心元器件。新能源汽車中的功率半導體價值量提升十分顯著,根據英飛淩年報顯示,新能源汽車中功率半導體器件的價值量約爲傳統燃油車的 5 倍以上。其中,IGBT 約占新能源汽車電控系統成本的37%,是電控系統中最核心的電子器件之一,因此,未來新能源汽車市場的快速增長,有望帶動以 IGBT 爲代表的功率半導體器件的價值量顯著提升,從而有力推動IGBT市場的發展。EVTank 指出,2018 至 2025 年我國新能源汽車IGBT 市場規模將從38億元增長至 165 億元,2018-2025 年複合增長率爲 23.33%。
IGBT 是新能源發電行業核心器件,光伏、發電逆變器拉動IGBT 需求。IGBT 是光伏逆變器和風力發電逆變器的核心器件,根據中國電力化工網的數據,2020 年全球光伏發電裝機容量將達 736.62GW,同比增長 20.48%,我國光伏發電裝機容量繼續保持快速增長,2020 年累計裝機有望達 516GW,同比增長 50%,裝機容量位居世界第一。國家統計局預測,至 2025 年中國新能源發電通過柔性輸電並網比例將會提升至71%,中國新能源發電IGBT 市場規模將會增加到 14.4 億元。
5G 基站、特高壓、充電樁等新基建領域拉動 IGBT 需求。根據中央政治局常務委員會會議的要求,我國近年來將發力于科技端的基礎設施建設,包含5G 基建、特高壓、城際高速鐵路和軌道交通、新能源車充電樁、大數據中心、人工智能和工業互聯網等七大新基建板塊,其中 5G 基站、新能源車充電樁、城際高鐵和城市軌道交通和特高壓等新基建領域都會大量使用 IGBT,有效拉動 IGBT 需求。
3.2 MOSFET:新能源汽車、5G 基建驅動發展
MOSFET , 又 稱 MOS 、 MOS 管 , 全 稱 爲 Metal Oxide Semiconductor FieldEffectTransistor,金屬-氧化物半導體場效應晶體管,即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。它是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的,具有導通電阻小,損耗低,驅動電路簡單,熱阻特性好等優點,特別適合用于電腦、手機、移動電源、車載導航、電動交通工具、UPS 電源等電源控制領域。 根據工作電壓的不同,功率 MOSFET 可分爲中低壓 MOSFET(工作電壓<100V)和高壓MOSFET(工作電壓>500V),其中中低壓 MOSFET 多用于手機、數碼相機和電動自行車等産品,而高壓領域則包括風力發電、電焊機、高壓變頻器和發電設備等。
根據工作載流子的極性不同,功率 MOSFET 可分爲 N 溝道型(NMOS)與P溝道型(PMOS),兩者極性不同但工作原理類似,在實際電路中采用導通電阻小、制造較容易的 N 溝道型 MOSFET。MOSFET 具有三個電極,分爲源極(Source)、漏極(Drain)以及柵極(Gate),通過控制柵極所加電壓可控制源極與漏極之間的導通與關閉。以N溝道 MOSFET 爲例,當 G、S 極之間的電壓爲零時,D、S 之間不導通,相當于開路,而當 G、S 極之間的電壓爲正且超過一定界限時,D、S 極之間則可通過電流,因此功率MOSFET 在電路中起到的作用近似于開關。
作爲最基礎的電子器件,MOSFET 具有高頻、電壓驅動、抗擊穿性好等特點,應用範圍覆蓋電源、變頻器、CPU 及顯卡、通訊、消費電子、汽車電子、工業等多領域。在一般電子電路中,MOSFET 通常被用于放大電路或開關電路,其可作爲邏輯電路和易失性電路內存電路的開關,也可作爲放大信號元器件使用。20 世紀70 年代,CMOS技術在NMOS 與 PMOS 工藝基礎上逐漸發展起來,CMOS 的 C 表示互補,即將NMOS 器件與PMOS器件同時制作在同一硅襯底下,制作 CMOS 集成電路。CMOS 集成電路具有功耗低、速度快、抗幹擾能力強、集成度高等衆多優點,是當前集成電路的主流工藝技術,MOSFET也因此成爲當前集成電路的重要元器件之一。 從下遊應用占比來看,MOSFET 産業鏈下遊涵蓋消費電子、工業、通訊、汽車電子、CPU/GPU 及電子照明等多重領域,並通過客戶直接與汽車、計算機、家用電子等衆多終端産品配套。從我國 MOSFET 應用分布來看,汽車電子及充電樁占比20%-30%,消費電子占比 20%以上,工業領域約占 20%。
根據 IHS Markit 的統計,2018 年我國 MOSFET 市場規模爲27.92 億美元,2016年2018 年複合年增長率爲 15.03%,高于功率半導體行業平均的增速。在下遊的應用領域中,消費電子、通信、工業控制、汽車電子占據了主要的市場份額,其中消費電子與汽車電子占比最高。在消費電子領域,主板、顯卡的升級換代、快充、Type-C接口的持續滲透持續帶動 MOSFET 的市場需求,在汽車電子領域,MOSFET 在電動馬達輔助驅動、電動助力轉向及電制動等動力控制系統,以及電池管理系統等功率變換模塊領域均發揮重要作用,有著廣泛的應用市場及發展前景。 汽車電動化爲 MOSFET 帶來巨大增量空間。汽車新能源化是大勢所趨,與傳統汽車相比,電動車內置電子元器件大幅提升,從電控、電池管理系統、影音娛樂系統、ADAS系統到完全自動駕駛系統等,電子化水平大幅提高。在傳統汽車中,MOSFET 主要用于輔助驅動各種電動馬達,包括通風系統、雨刮器和電動車窗等,而新能源汽車中的大量電氣控制裝置(引擎、驅動系統中的變速箱等)將促使 MOSFET 的用量大幅上升。根據英飛淩測算,電動汽車中半導體價值量接近傳統汽車的兩倍,而MOSFET 和IGBT爲電動車控制器中實現功率變換的核心部件,在高端電動汽車中MOSFET 器件用量可達250只,預計汽車電動化浪潮將給 MOSFET 帶來巨大的增量空間。
5G 基站:MassiveMIMO 技術推動功率半導體需求。相比 4G,5G 網絡具有高速率、低延時和超高連接密度等諸多優勢,其應用場景更爲廣泛。爲滿足5G 時代超高的用戶體驗速率需求以及物聯網應用情景中的多用戶接入能力,實現極致信息傳輸速度和極高信息傳送質量,需要增加首發信號的天線數量,大規模天線陣列技術(MassiveMultiinputMulti-output,MIMO)技術應運而生、MassiveMIMO 技術同時增加了基站側和手機側的天線數量,從而實現基站側幾百個天線同時發送數據,以提升頻譜效率和系統容量。MassiveMIMO 技術的采用,使得 5G 的 AAU 輸出功率由4G 的40-80W 上升至200W甚至更高,同時處理的數據量大幅增加也使得 BBU 功率大幅提升,對功率器件的工作溫度也有所提高,驅動 MOSFET 功率器件實現量價齊升。
揚傑切入 IGBT、MOS 等中高端領域,有望開啓第二成長曲線。2017 年,公司開始切入功率器件中高端領域,組建了 MOSFET、IGBT 研發及市場團隊。經過多年發展,公司MOSFET、IGBT 系列産品開發、驗證進展順利,産品矩陣漸趨豐富。其中,車規級MOSFET 已經實現批量供貨,可廣泛應用于空調、車燈、娛樂等系統;車規級IGBT也在持續推進客戶認證,光伏逆變器用 IGBT 已小批量生産供貨中。近年IGBT、MOS等産品逐漸放量,公司業績也逐漸迎來收獲期,2021 年 MOSFET 産品收入同比增長130%、IGBT 産品收入同比增長 500%,2022 年上半年 MOSFET、IGBT 和SiC 等新産品銷售收入同比增長均超過 100%,小信號産品銷售收入同比增長 80%。
3.3 前瞻布局第三代半導體,有望打造新的增長點
第三代半導體性能優越,未來市場空間巨大。與第一代的Si、Ge 和第二代的GaAs、InP 相比,SiC、GaN 具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、電子遷移率高、熱導電率大、介電常數小和抗輻射能力強等特點,具有強大的功率處理能力、較高的開關頻率、更高的電壓驅動能力、更小的尺寸、更高的效率和更高速的散熱能力,可滿足現代電子技術對高溫高頻、高功率、高輻射等惡劣環境條件的要求,先天性能優越。從下遊應用領域來看,據 CASA Research 數據,消費類電源、工業及商業電源、不間斷電源UPS和新能源汽車爲 SiC、GaN 電子電力器件的前四大應用領域,分別占比28%、26%、13%和 11%。隨著新能源、新基建等下遊終端需求不斷向好,同時疊加國家政策大力支持,第三代半導體的需求有望持續釋放,行業潛在市場空間巨大。據《2020“新基建”風口下第三代半導體應用發展與投資價值白皮書》指出,2019 年我國第三代半導體市場規模爲 94.15 億元,預計 2019-2022 年將保持 85%以上平均增長速度,到2022年市場規模將達到 623.42 億元。
SiC:SiC 爲代表的第三代半導體具有較高功率密度,適用于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。目前車規級半導體主要采用硅基材料,但受自身性能極限限制,硅基器件的功率密度難以進一步提高,硅基材料在高開關頻率及高壓下損耗大幅提升。與硅基半導體材料相比,以碳化硅爲代表的第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點,適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。 SiC 器件整體成本仍處于較高水平,未來有望逐步下降。與傳統硅基材料相比,SiC在能量損耗、封裝尺寸和工作頻率等方面優勢明顯,但由于生産設備、制造工藝、良率與成本的劣勢,碳化硅基器件過去僅在小範圍內應用。目前國際主流SiC 襯底尺寸爲4英寸和 6 英寸,晶圓面積較小、芯片裁切效率較低、單晶襯底及外延良率較低導致SiC器件成本高昂,疊加後續晶圓制造、封裝良率較低,且載流能力和柵氧穩定性仍待提高,SiC 器件整體成本仍處于較高水平。未來隨著全球半導體廠商加速研發及擴産,産線良率將逐步提高,從而提高晶圓利用率,SiC 器件的整體成本有望逐步下降。
目前少量新能源汽車已采用 SiC 方案,未來行業整體格局仍存在不確定性。受益于新能源汽車市場的快速發展,SiC 的性能優勢使得相關産品的研發和應用加速,隨著技術進步和産能的逐步釋放,SiC 器件的制備成本相比之前有所降低,目前SiC 方案已被少量新能源汽車高端車型采用,在新能源汽車市場開始替代部分IGBT 器件;而從全球市場競爭格局來看,産業鏈中以美國、歐洲和日本企業居多,以科銳、英飛淩和羅姆半導體的 IDM 企業占據了較高市場份額,國內方面,比亞迪集團在整車中率先使用SiC器件,並率先實現了 SiC 三相全橋模塊在電機驅動控制器中的大批量裝車。整體而言,SiC 市場仍處于發展的初期階段,未來幾年競爭格局仍存在一定不確定性。受益新能源及光伏領域需求量的高速增長,未來五年 SiC 市場複合增速有望超過20%。根據 Omdia 統計,2019 年全球 SiC 功率半導體市場規模爲8.9 億美元,受益于新能源汽車及光伏領域需求量的高速增長,預計 2024 年全球 SiC 功率半導體市場規模預計將達 26.6 億美元,年均複合增長率達到 24.5%。
公司前瞻儲備第三代半導體相關技術,有望打造成爲新的業務增長點。公司近年持續加大第三代半導體的研發投入,在 SiC、GaN 功率器件等方面加大了研發力度。目前公司已成功開發並向市場推出 SiC 模塊及 650VSiCSBD、1200V 系列SiCSBD 全系列産品,SiC MOS 已取得關鍵性進展,未來有望打造成爲公司新的業務增長點。
4. 全球功率半導體産能緊張,公司采用IDM、Fabless 並行模式,實現産能自主可控
4.1 全球功率半導體缺貨、漲價延續,功率半導體國産替代進程有望加速
我國功率半導體以生産中低端器件爲主,中高端産品國産化率低。我國處于功率半導體器件供應鏈的相對末段,産品以二極管、晶閘管、低壓MOSFET 等低功率半導體器件爲主,而在以新型功率半導體器件如 IGBT、FRED、中高壓MOSFET 爲代表的高技術、高附加值、市場份額更大的中高檔産品領域,國外企業擁有絕對的競爭優勢,國內市場所需産品大量依賴進口,國産化率低。根據 Omdia 數據顯示,2019 年,功率器件行業份額前八均爲海外企業,其中英飛淩爲全球最大功率器件廠商,市場份額18.5%,市場份額前五分別爲:英飛淩(18.5%)、安森美(9.2%)、意法半導體(5.3%)、三菱電機(4.9%)和東芝(4.7%),國內廠商話語權較弱。
MOSFET 方面,根據英飛淩和 Omdia 數據,目前行業大部分市場份額被歐美企業占據,行業前五名分別爲:英飛淩(24.60%)、安森美(12.80%)、意法半導體(9.50%)、東芝(7.30%)和瑞薩(5.60%)。國內方面,安世半導體(聞泰科技收購)和華潤微市場份額分別爲 4.10%和 3.00%,分別位列全球第 8、9 位。IGBT 方面,根據 IHS Markit 數據,2019 年全球 IGBT 模塊市場份額前五的企業分別爲英飛淩、三菱、富士、賽米控和威科電子,這五家企業合計占據了全球68.8%的市場份額。而在中國內新能源汽車 IGBT 模塊市場中,英飛淩 2019 年市場份額占比爲58.2%,處于絕對領先地位。同時,3,300V 以上的高端 IGBT 市場,海外廠商的IGBT 産品的市場優勢地位均十分明顯。
供應端受疫情擾動,功率半導體缺貨漲價潮延續,産品交期拉長。受海外地區疫情反複影響,功率半導體廠商供應受阻,且短期 6 寸/8 寸晶圓廠擴産難度較大,疊加下遊新能源車、光伏等需求持續釋放,功率半導體缺貨、漲價潮持續,産品交期持續拉長。據富昌電子 22Q2 行情顯示,包括英飛淩、安森美、安世半導體等多個廠商在內的MOSFET、IGBT 産品的價格繼續上升,且交貨周期進一步拉長,行業供不應求局面持續。
供應鏈外部擾動下,本土功率半導體企業國産替代加速進行。目前我國功率半導體自給率仍然偏低,與下遊光伏、新能源汽車和電力電子企業的旺盛需求之間形成巨大缺口,下遊客戶爲保障供應鏈安全,紛紛加快本土廠商功率半導體産品導入,本土企業迎來國産替代的絕佳窗口期。
4.2 公司采用 IDM、fabless 並行的生産模式,4/6/8 寸産線持續推進
半導體企業的經營模式主要分爲 IDM 和 Fabless。半導體企業的經營模式主要分爲IDM和 Fabless。其中 IDM 模式是集半導體設計、制造、封測,甚至是下遊電子終端産品生産于一體的生産模式,能實現半導體從設計到銷售的一體化布局,這種模式對于企業的資金、技術等要求相對較高,代表廠商包括三星、英特爾、德州儀器等;而Fabless模式指的是無晶圓廠模式,企業專注于芯片的設計與銷售,將晶圓的制造、封測等環節外包給第三方廠商完成,代表廠商包括高通、博通、超微半導體等。
IDM 生産模式能更好地整合資源,實現産能的自主可控,全球功率半導體大廠均采用IDM 模式。功率半導體的生産制造需要全産業鏈的緊密配合,全球大廠均采用IDM模式功率半導體對可靠性要求較高,具有工藝特色化、定制化要求較高等特點,需要研發設計、制造、封測全流程的緊密配合。IDM 一體化的模式能夠更好地整合從設計到制造、封測等內部資源,有助于把控功率器件的工藝,縮短産品從設計到量産的時間,加快産品叠代的速度。此外,2020 年疫情發生以來,受疫情反複供應鏈擾動、下遊旺盛需求等因素影響,晶圓産能持續緊張,功率半導體進入缺貨漲價行情。IDM 模式下,企業的産線産能自主可控,能夠充分受益于行業的上行周期。據Omdia 數據,2021年全球前十大功率半導體廠商,如英飛淩、安森美、意法半導體等,均采用IDM 經營模式。本土企業方面,華潤微、士蘭微、華微電子等公司同樣采用IDM 模式。
公司采用 IDM、Fabless 並行的模式,4/6/8 寸産線持續推進。公司采用IDM、Fabless並行的經營模式,集半導體單晶硅片制造、功率半導體芯片設計制造、器件設計封裝測試、終端銷售與服務等縱向産業鏈爲一體。公司相繼設立4 寸、6 寸産線並持續擴産,其中 4 寸産線具備月産 100 萬片的能力。公司 8 寸主要采用委外代工的模式,2020年2 月,公司與中芯國際子公司簽署協議,雙方在 8 寸高端MOS 和IGBT 領域進行合作,進一步擴充 MOS、IGBT 的産品線。2022 年 6 月,公司公告收購楚微半導體40%股權,目前楚微半導體已經實現 8 寸産線的規模量産,月産達1 萬片並持續爬坡;同時,公司負責籌措標的企業二期建設資金,確保標的企業最遲在2024 年12 月31 日前完成增加建設一條月産 3 萬片的 8 英寸硅基芯片生産線和一條月産0.5 萬片的6 英寸碳化硅芯片生産線。通過此次收購,公司具備 8 寸産線生産能力,並且有效擴充公司産能規模。
(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)
精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 – 官方網站