绝缘栅

斯达半导研究报告IGBT模块先驱,持续深

发布时间:2024/8/18 18:45:23   

(报告出品方/作者:方正证券,郑震湘、佘凌星)

1业绩短期承压,新能源业务进展顺利

公司收入规模在过去几年增长迅猛:~年,公司营业收入由6.75亿提升至27.05亿,期间CAGR约为41.49%;归母净利润由0.97亿提升至8.18亿,期间CAGR约为70.41%。根据斯达半导中报,H1公司实现营收16.88亿,同比增长46.25%;归母净利润4.30亿,同比增长24.06%。其中Q2单季度实现营收9.08亿,yoy48.44%,qoq16.41%;归母净利润2.24亿,yoy14.57%,qoq8.74%。上半年,公司在各细分行业中实现收入稳步增长,其中:在工业控制和电源行业中,H1收入为6.04亿,yoy6.78%;在新能源行业中,H1收入为9.92亿,yoy81.46%。其中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,H1配套超60万辆新能源汽车,其中A级车超40万辆。在白色家电及其他领域中,H1收入为0.91亿,yoy.42%。同时公司海外业务进展顺利,H1子公司斯达欧洲实现营业收入1.38亿,同比增长.58%,预计年下半年还将继续保持高速增长势头,其中车规级产品在欧洲一线品牌Tier1大批量出货。

我们认为,公司近年来发展迅猛收入规模化逐渐体现,同时公司作为国内IGBT模块龙头公司,模块产品在核心领域进展顺利。短期内由于受到一定上下游供需压力,业绩增速有一定放缓,未来依托公司在模块领域的积累以及海外市场的发力,叠加下游需求复苏,公司业绩有望保持高速增长态势。

从毛利率的角度来看,公司~年间综合毛利率由29.41%提升至40.30%,4年内提升10.89pct;净利率由14.29%提升至30.34%。H1公司综合毛利率36.18%,同比下降4.71pct;净利率25.71%,同比下降4.44pct。费用方面,~年期间公司销售费用率由2.24%下降至1.14%;管理费用率由3.25%下降至2.64%。我们认为,伴随公司IGBT模块产品在高利润领域的持续放量,近年来公司利润率持续提升,同时伴随规模化的体现,相关费用率也在持续优化中。短期内由于受到下游需求的相对疲软以及上游成本端的压力,公司利润率短期承压,未来伴随公司海外市场的进一步开展以及新能源汽车、光伏、储能、充电桩等核心领域带动的需求回暖,公司毛利率有望企稳。

收入结构来看,自年起IGBT模块便成为公司主要收入来源,年公司IGBT模块产品收入22.25亿,占比82.23%。分产品毛利率来看,主营产品IGBT模块毛利率稳定提升,~年间IGBT模块毛利率由29.44%提升至39.65%。

伴随公司规模的提升,公司研发费用率维持相对高位。~年,公司研发费用率维持在6.4%以上。H1公司研发费用1.13亿,yoy44.45%,研发费用率6.69%。目前公司研发方向涵盖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、产品应用等领域。

2功率电子:产品结构为核心看点

2.1多领域推动功率电子市场

从产品升级迭代的角度去看。回顾功率电子发展史,在上世纪80年代之前,传统电力电子时代(第一代电力电子技术)以半控型晶闸管为核心器件。晶闸管是一种半控制器件,用于控制电流的通断,但在控制电压方面有一些限制。从80年代开始,随着全控型功率器件如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极性晶体管)的出现,现代电力电子时代逐渐兴起。这些全控型功率器件具有更好的控制能力,能够实现更高效、更精确的功率控制。MOSFET和IGBT等器件的广泛应用使得电力电子技术在能量转换和电力控制方面取得了重大的突破和进步。

从应用领域的角度去看。我们可以发现不同的时间阶段出现了不同的高增速应用场景为行业的发展提供支撑,根据Yole的统计数据:从年到年期间,工业制造领域经历了快速发展,也成为功率电子的重要应用领域。年后手机和笔记本电脑的普及和升级,消费电子领域成为引领功率电子继续发展的推动力。年之后,光伏产业随着装机量的提升而对功率电子市场产生了显著影响。年起,新能源汽车的持续渗透为功率电子市场注入了持续的动力。根据Yole的预测,未来随着工业自动化、新型通信技术的发展、光伏装机量的持续增加、新能源汽车的不断渗透等场景将为功率电子行业提供持续的增长机遇,直到年整个功率电子市场有望保持增长态势。

根据Yole的统计数据,全球功率电子市场正在稳步提升:年,由于外部环境因素对终端需求产生短期影响,功率电子市场出现停滞。然而,随着相关因素逐步缓解,年全球功率半导体市场规模达到.79亿美元,同比增长9.5%。同时Yole预测到年,全球功率电子市场规模有望达到.74亿美元,复合年均增长率为6.9%。然而,如果只考虑高增长的器件,如IGBT模块、SiC(碳化硅)/GaN(氮化镓)等,而剔除增速较慢的老一代产品,整体复合增长率将显著提升。我们认为,尽管年功率电子市场受到短期影响,但随着相关因素的缓解,市场已经恢复增长势头。未来几年,全球功率电子市场将继续稳步增长,特别是在新一代高增长的器件领域,如IGBT模块、SiC/GaN等。这些新技术的引入将推动功率电子市场的发展,并提供更高效、高性能的解决方案。

依托高压环境,模块产品增速高于行业。根据Yole的数据,年全球功率模块市场规模达到60.21亿美元,相较于年同比增长15.25%。预计到年,全球功率模块市场规模将达到97.49亿美元,年至年的复合增速为11.0%。功率模块产品在功率器件市场中呈现出较快的增速。模块产品相较于单管的分立器件而言,在大电流和电压的场景中具有更高的可靠性、高集成度和高效率。未来增速较快的应用领域,如新能源汽车、光伏和储能等,对满足大电流/电压下的可靠性和高效性有着迫切需求。因此,我们认为随着新能源汽车、光伏和储能等领域的快速发展,功率模块将通过提供高可靠性和高效率的解决方案,满足大电流/电压应用的需求,同时助力功率模块产品的需求将继续增长。

未来Mos管、IGBT模块、SiC模块主导功率电子市场。如果从材料来区分,目前功率器件主要分为三种:硅基(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),目前硅基功率器件依旧是市场的主流;碳化硅器件受益于大电压、高功率新能源汽车带动,成长势头较强;氮化镓器件目前的主要用途仍是消费级电源。根据Yole预测,到年功率电子结构将以硅基Mos管、IGBT模块、SiC模块为主导,三者按收入将分别占据约30%、23%、19%的功率电子市场份额。

全球持续扩展进行时。根据Yole,目前中国地区、亚太地区、欧洲市场为功率电子的主要买家,目前受益于新能源为主的下游需求带动,全球功率电子依旧在进行扩产,如英飞凌、博世、东芝等企业正在积极扩展12吋产线;比亚迪、英飞凌、株洲中车时代、Wolfspeed等企业正在建设新8吋产线或将原有6吋线升级为8吋。

2.2IGBT:模块为核心竞争力

IGBT——电子的“CPU”。IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的缩写,其作为一种绝缘栅双极型晶体管,具有优良的性能和广泛的应用,被誉为电子行业的"CPU"。IGBT是一种复合功率半导体器件,由BJT(双极型晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成。它继承了MOSFET开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单和开关损耗小的优点,同时还具备了BJT导通电压低、通态电流大和损耗小的优点。简单来说,IGBT在高压、大电流和高速等方面具有其他功率器件无法比拟的优势。归功于IGBT在功率控制和能量转换方面的卓越性能,IGBT是电力和电子领域中较理想的开关器件。目前IGBT主要应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超声波感应加热等领域。

在IGBT的应用中,模块(Module)是最常见的形式。通过将多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上,并使用高压硅脂或硅脂等绝缘材料进行封装。通过将多个IGBT芯片通过特定的电路形式组合在一起,可以减少外部电路连接的复杂性,但同时对于IGBT芯片的一致性有较高的要求。IGBT模块的设计使得它在高功率应用中具有重要的优势:其结构简化了系统设计和制造过程,提高了整体的可靠性和稳定性。同时模块还提供了更好的散热性能。目前IGBT模块在高功率、高电压和高可靠性应用场景中得到大量应用。

IGBT的发展经历了多次技术突破:一、首代IGBT采用了在MOSFET背面的漏电极增加P+层的简单设计。然而,由于导通电阻和关断功耗较高,无法广泛应用。二、次代PT-IGBT在P+层与N-drift层之间引入了N+缓冲层,在V以上电压范围内有一定优势,但不适用于V以上的应用。三、第三代NPT-IGBT放弃了外延生长技术,采用了立子注入技术来形成P+集电极。这一技术相对成熟,在稳态和开关损耗之间取得了良好的平衡,被广泛采用。四、第四代Trench-IGBT采用了Trench结构,并延续了第三代的P+集电极技术。这使得其导通电阻更小,同时具备较高的耐压能力。五、第五代FS-IGBT和第六代FS-Trench是在前面四次技术改进的基础上重新组合各种技术措施。第五代产品结合了第四代的"透明集电区技术"和"电场中止技术",六、第六代产品在第五代基础上改进了沟槽栅结构。七、目前,IGBT产品已经迭代至第七代,芯片面积相较于首代产品大幅缩小,工艺线宽也从5微米减少至0.3微米。

其中我们发现,目前第七代IGBT芯片最大的优势在于提升性能的同时相较于上一代产品减少了约16.7%的相对面积(24到20)。根据斯达半导招股书,目前IGBT模块中,芯片成本占比约为70%。我们认为,纵观硅晶圆发展历程,4吋、6吋、8吋晶圆都在不同时期作为市场主力,目前晶圆尺寸升级趋势明显,全球12吋产能扩充积极,根据电子发烧友网数据,12吋晶圆相较于8寸晶圆可使用面积提高超过2倍,未来第七代IGBT芯片叠加12吋晶圆,将在很大程度上优化IGBT系列产品成本,或将使其进一步下沉至部分低预算、低压应用场景,提高渗透率的同时也将进一步优化IGBT企业成本。

IGBT在新能源车中扮演着重要的角色。我们可将其比喻为新能源汽车的"中央处理器",它是新能源汽车的核心组件,直接负责控制驱动系统中直流和交流电的转换,对新能源汽车的最大输出功率和扭矩等核心数据起着决定性的作用。

在新能源汽车中,IGBT模块的价值非常高。根据OFweek的数据,电机驱动系统在整个新能源汽车的制造成本中占15%至20%,而其中IGBT的成本约占电机成本的50%。因此,可以计算出IGBT在整车成本中的占比为7%至10%。根据新浪汽车的数据,在特斯拉的双电机全驱动版车型ModelX中,使用了个IGBT管:其中前电机和后电机分别使用了36个和96个,总价值大约为美元。同时根据斯达半导招股书,芯片约占IGBT模块成本近70%,则我们可以大致测算出IGBT芯片约占新能源车电机成本约10.5%~14.0%。

新能源汽车月度销量维持高位。根据中国汽车工业协会数据,年8月我国新能源汽车销量达到84.6万辆,同比增长27%,环比增加8.5%,市占率达32.8%;年1~8月我国新能源汽车总销量达.4万,同比增长39.2%,市占率达到29.5%。我们认为,目前新能源汽车销量维持在历史高位水平,相关需求正在持续回暖,未来依托行业电动化趋势不断加深,新能源汽车市场或将持续保持活力。

IGBT在光伏等新能源领域也经历了快速的发展,并在智能电网领域得到广泛应用。近年来,以风能和太阳能为代表的新能源产业蓬勃发展。风能和太阳能发电所产生的电力需要经过逆变器进行并网使用,而IGBT模块则是逆变器的核心电子元器件。因此,未来新能源领域的迅速发展将推动IGBT行业的快速发展。此外,IGBT还广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端和用电端。在发电端方面,风力发电和光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。在输电端方面,特高压直流输电中的FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。在变电端方面,IGBT是电力电子变压器(PET)的关键器件。在用电端方面,家用电器、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量需求。

根据Yole的数据,年全球IGBT市场规模约为54亿美元。在这个市场规模中,IGBT的主要应用场景及其占比为:工业控制(31%)、家电(24%)、电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)新能源汽车(9%)、轨道交通(6%)、光伏(4%)、直流充电设备(1%)。同时根据Yole的预测,到年全球IGBT市场规模将达到约84亿美元。其中,EV/HEV新能源汽车领域的市场规模将达到17亿美元,占比提升至20%。从年到年,IGBT在新能源汽车领域的市场规模复合增长率(CAGR)将达到23%。我们认为,随着新能源汽车市场的快速发展,IGBT在该领域的需求将迅速增长,新能源汽车领域的市场规模和占比增加或将成为IGBT行业的一个重要推动因素。

IGBT市场需求持续旺盛。根据年9月富昌电子发布的Q3分立器件交货周期及价格趋势数据,全球范围内的五大品牌(意法半导体、英飞凌、美高森美、艾赛斯和仙童半导体)的IGBT产品交货周期保持了前期的稳定水平。具体来看:意法半导体的交货周期为47至52周;英飞凌的交货周期为39至50周;美高森美的交货周期为42至52周;艾赛斯的交货周期为50至54周;仙童半导体(安森美)的交货周期为39至52周。数据显示,全球大型厂商中,IGBT产品的最长交货周期为54周,交货期限仍然相对紧张。

2.3SiC:全球布局进行时

根据Yole的最新报告,碳化硅电力电子市场规模在年达到10.9亿美元。随着下游汽车和工业等领域需求的快速增长,特别是在V平台架构下,快速充电对碳化硅功率器件的需求增加,预计到年,碳化硅电力电子市场规模有望增长至63.0亿美元,年至年的复合增长率预计达到34%。其中根据Yole测算,汽车行业在碳化硅电力电子市场中的占比由年约62.8%提升至年79.2%。

根据Wolfspeed最新的投资者日法说会,随着从燃油车向纯电动汽车的转变,动力总成系统中的单车半导体的价值含量预计将近翻倍。未来,随着纯电动车辆的普及率稳步增加以及充电桩设施的持续改善和布局,预计到年,全球车用碳化硅的普及率将超过50%。同时伴随汽车电动化的加深,单车SiC价值量有望由燃油车约美金提升至美金,其中约90%的价值量来自于逆变器。

汽车电动化势不可挡,SiC接替IGBT推动功率电子市场。根据Yole测算,截止年,新能源汽车中IGBT模块价市场份额最大,占比约50%;到年SiC模块预计将成为功率电子在电动汽车领域市场份额最高的品类,总规模达到54.81亿美金,占比约56%。年到年电动汽车类领域SiC模块复合增速达到32%。

SiC器件:高价格换取高性能。相较于硅基模块(如IGBT模块),SiC在高功率,效率、稳定性中具有明显优势,伴随电动汽车V快充进程的推进,SiC趋势愈发明显。在硅基IGBT向SiC转换的过程中,除了芯片本身之外,封装方案或将成为影响功率器件性能的关键因素之一,例如线材有铝线转化为铜线、基板由直接键合铜(DBC)转换为活性金属钎焊(AMB)陶瓷基板、散热方案升级为双面散热等。虽然更好的芯片和封装材料使得SiC器件的性能快速提升,但随之而来的高昂成本则愈发不可忽视。

IGBT芯片+SiC封装方式,寻找模块成本与性能平衡点。在SiC模块中,SiC芯片约占总成本70%,目前部分公司采用保留IGBT芯片,同时使用SiC模块方案中的封装方案:更先进的基板材料、电气互联等,从而实现低成本下的高性能。根据Yole,捷豹I-Pace车型逆变器中IGBT模块采用了定制创新互联技术,芯片顶部和底部采用双面银烧结的同时底部采用铜制冷却头,以改善散热实现更高性能。

多功率器件混合或将成为解决方案。年初,特斯拉宣布在下一代动力平台中将在不影响汽车性能的同时减少约75%的SiC用量。我们认为,虽然SiC性能优异,但短期内较高的价格和相对较少的产能将在一定程度上限制SiC的渗透率提升,未来多功率器件混合的综合解决方案或将成为主流:例如SiCMOSFET和SiIGBT的混合,其中IGBT逐步向车规级12吋转换以降低成本,同时将相对成熟的氮化镓(GaN)逐步渗透到车载低功率场景的应用中。

根据Yole的报告,全球范围内的一些领先公司,如意法半导体、Wolfspeed、安森美和英飞凌科技,已经在近年来宣布了它们在SiC领域的战略规划和取得的成果。例如,意法半导体的SiC模块已在特斯拉Model3中使用多年;英飞凌宣布将建设全球最大规模SiC晶圆厂;Wolfspeed在法说会中表示,未来将把重点放在SiC业务上。这些例子表明,SiC有望成为未来功率电子公司继IGBT之后的又一个重点发展领域。据Yole统计,目前中国已有超过50家企业以不同的方式和战略进入SiC领域。

3IGBT模块龙头,深化车规产品优势

IGBT模块国内龙头:长期以来,IGBT模块始终为斯达半导的主要收入来源,//年公司IGBT模块收入分别为9.12/15.95/22.25亿,占比分别为94.65%/93.46%/82.23%。纵观A股功率电子上市公司中,以IGBT模块收入为主的公司仅有斯达半导和宏微科技,从规模和收入占比的角度来看,斯达半导在IGBT领域为国内第一。同时根据英飞凌数据,斯达半导在年全球IGBT模块份额约为3.0%(位居全球第六,国内第一),相较于年份额提升约1.1pct,排名由全球第十提升至全球第六。

车规级功率模块先行者:在功率电子上市公司中,斯达半导为车规级功率模块头部企业,根据NE时代数据,按照保险数据口径,年乘用车主驱功率模块市场增速显著,其中年整车需求约为万辆,对应电控需求万套,其中英飞凌、比亚迪半导体、斯达半导装机量分别为.5万套、.3万套、75.9万套,占总装机量比分别为25.0%、22.9%、14.9%。其中根据NE时代数据,斯达半导年得益于小鹏G9的起量以及SiC的逐步出货,乘用车功率模块装机量同比提升46.7%。H1,斯达半导功率模块装机量17.92万套,国内市场份额约为5.8%。

深耕车规级模块产品,与深蓝汽车合资成立重庆安达半导体。根据斯达半导官微6月20日发文,深蓝汽车与斯达半导组建了全新合资公司“重庆安达半导体有限公司”,注册地址为重庆市,双方将围绕车规级功率半导体模块开展合作,共同推进下一代功率半导体的商业化应用。根据企查查,重庆安达注册资本1.5亿,斯达半导持股70%,深蓝汽车持股30%。深蓝汽车成立于年4月,原名长安深蓝,于年4月更名为深蓝汽车。目前深蓝汽车为独立新能源汽车品牌,主打增程式混动以及纯电汽车产品,目前旗下有中型轿车深蓝SL03和中型SUV深蓝S7两款在售车型。

SiC、高压芯片蓄势待发。年9月,公司非公开募集资金总额不超过35.0亿,其中拟计划投入高压特色工艺功率芯片项目15.0亿、SiC芯片研发及产业化项目5.0亿。根据公司中报显示,高压特色工艺项目及SiC项目目前仍处于建设阶段,公司预计项目完成后将形成年产30万片的6英寸V以上高压特色功率芯片生产能力和6万片的6吋车规级SiCMOSFET芯片产能。根据公司年中报,H1搭载公司自主SiCMOSFET芯片的车规级SiCMOSFET模块在主电机控制器客户完成验证并开始小批量出货。

(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。)

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