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半导体系列(九)吃到螃蟹的功率半导体(附股)

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策金财经ace 2021-10-22 20:00
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第八篇:《半导体系列(八)北方华创,国内半导体设备一哥》

01 功率半导体

功率半导体是芯片的一种,属于分立器件,它又称为电力电子器件,是电能转换和电路控制的核心,利用半导体单向导电的性质实现电路的变频、变压、整流、功率转换和直流交流电转换功能,同时具有节约能耗的功能。

拿功率半导体最有名的IGBT举例,IGBT是一种可控制电路,当控制电路显示为通,则IGBT为导体,电流可通过,反之当控制电路显示为断,则IGBT为绝缘体,电流不可通过,可作为开关使用。

另外,IGBT可以通过调制脉宽来更改电流频率和种类,可以把交流电转换为直流电也可以吧直流电转换为交流电。

这样的特性使得功率半导体广泛应用于新能源车领域。

当你想要开着你新买的新能源车出门兜风时,需要先给它充电,我们需要将家用的220V的交流电转换为36V的直流电,储存到锂电池当中,这个过程是运用了功率半导体转换电流和转换功率的功能。

当你想要将新能源车启动时,电机转动又必须用到交流电,并且通过改变电机内交流电的频率来改变电机的转速,所以这里又需要将36V的直流电转换为特定频率的交流电。

而这特定频率的不同会使电机转速启动的速度不同,通俗来说就是好的功率半导体会让新能源车的百公里起步时间缩短。

02 功率半导体分类

从功率半导体分类图中,分为二极管、晶闸管、晶体管等,而晶体管又可以分为IGBT、MOSFET、IPM等。

不同的功率半导体都具有类似的功能,只不过它们被研发出来的时间不同,所具备的性能也有参差。

从1950年代的功率二极管和功率三极管,到1960年代的晶闸管,到1970年代的平面型MOSFET,再到1980年代的沟槽型IGBT和MOSFET。功率半导体的技术越来越成熟,价值含量和技术壁垒均在不断提升。

再之后,以硅材料为底基的功率半导体会被SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)这类第三代半导体所代替,使得下游应用产品的性能更进一步。

使用碳化硅制造的功率半导体可以让电流转换的速度更快,能量转换的效率更高,还更耐用,抗压抗高温属性均有提升。特斯拉更是表明在Model3中将使用碳化硅芯片,这样可以减少一半以上的能力损耗。

四大功率半导体中,IGBT规模最大,占比36.9%,其次为二极管(32.6%),MOSFET(26.0%),晶闸管(4.5%)。

03 市场前景

2020年全球功率半导体市场规模为430亿美元,中国占全球需求的35%以上,是功率半导体第一大消费国,并且市场增速显著高于全球平均水准。

根据IHS Markit预测,到2021年年末,全球功率半导体市场规模达441亿美元,2015~2021复合年均增长率5.06%。

而根据Omida数据预测,2024年市场规模将增长至524亿美元,2021~2024复合年均增长率为5.92%,保持稳定增长。

根据电子工程世界数据,2018年全球功率半导体的主要应用场合在工控(35.08%)、消费电子(18.18%)、汽车(23.55%)和通讯(23.19%)。

这是2018年功率半导体的下游应用情况,应用分布的大头是工业控制行业,随着碳中和以及绿色能源的发展,功率半导体的市场逐渐往新能源方向倾斜。

未来几年,新能源车、光伏、轨道、白电,包括工控领域会成为功率半导体的主要需求来源。

而这些领域的发展会让IGBT和MOS管(MOSFET)成为未来5年增长最迅猛的功率半导体器件。

以IGBT为例,据集邦咨询《2019中国IGBT产业发展及市场报告》显示,2018年我国IGBT市场规模为153亿元,预计到2025年IGBT市场规模会达到522亿元,年复合增长率达19.16%。

我们分别从工控、新能源汽车、光伏等角度看下游需求增长情况。

工控

IGBT在工业控制领域被大量的应用,应用场景包括逆变器、电磁感应加热、工业电源、逆变焊机等。

目前全球工业控制领域中IGBT的市场规模为137.2亿元,我国工业控制领域IGBT市场规模为30亿元,预计到2025年全球市场规模会达到170亿元。

年均增长率为4.38%,总体来说工业控制领域的市场已经趋向饱和。

新能源汽车

新能源汽车是IGBT核心发展领域,一辆新能源汽车中所需要的功率半导体的价值是普通燃油车的5倍以上。

IGBT更是占了新能源汽车电控系统成本的37%左右,是最核心的器件之一。

因此,新能源汽车的市场快速增长会推动IGBT的大力发展。

目前我国新能源汽车IGBT市场规模为42亿元,预计到2025年市场规模会达到165亿元,年均增长率为31.48%。

光伏

IGBT同样是光伏逆变器和风力发电逆变器中的核心器件,风电和太阳能发电设备量逐渐增大,尤其是近两年在政策东风下,光伏装机量近一步提升,这也成为IGBT迅速发展的又一动力。

目前我国新能源能发电IGBT市场规模约为8.7~12.35亿元,预计到2025年市场规模会达到14.4~20.44亿元,年均增长率为10.6%。

除此之外,白电、轨道交通、充电桩、消费电子等等均需要用到IGBT,且未来增长空间很大。

国产替代

我国IGBT以及其他功率半导体市场规模的提升还有一重大因素是源自于进口替代的空间巨大。

即使我国目前的功率半导体市场规模每年以飞快的速度增长,可作为对半导体市场需求量最大的国家,我们的生产制造和消费之间仍存在缺口。

2020年我国IGBT国内自给率仅有18.4%,意味着将近80%的IGBT是进口来的,我们自己生产的IGBT只有20%。

不过随着国产替代的口号越喊越响,我国功率半导体自给率将会加速上涨,预测到2024年我国IGBT需求量为1.96亿只,而我国产量可以达到0.78亿只,国内自给率为40%。

04 相关个股

斯达半岛:

2008年开始做IGBT,算是国内最早的一批,一开始只是外购芯片,自己封装后销售,目前斯达半导的芯片自研占比为70%。

2019年斯达半导IGBT模块全球市场份额占2.5%,在全球厂商中排名第八,在国内厂商中排名第一。

士兰微:

士兰微最初是做白电产品的IGBT,针对白电的变频模块,旗下客户有格力、美的等大厂,每年在此领域的营收规模很大。

2018年之后,士兰微开始着手于工业和车载IGBT,虽然说起步较晚,但士兰微作为IDM,设计、制造、封装,均在自家厂商里,这意味着士兰微的产品迭代非常快。

Fabless厂商需要6个月迭代一次产品,而士兰微仅需要3个月,这也说明未来士兰微的潜力相较于Fabless厂商更大。

比亚迪半导体:

作为车企早在2008年就收购了宁波中玮的IDM晶圆厂开始做车载IGBT,比亚迪的优势在于自研的芯片可以导入自家比亚迪车,适配率和容错率往往是最高的。

2018年以后基本上“唐、宋”等新能源车用的IGBT都是自己的芯片,目前开始对外开始销售IGBT,因为性能略差的原因,销量还没有打出来。

捷捷微电:

捷捷微电在国内晶闸管市场市占率第一,2019年晶闸管业务占总体营收的49%,MOSFET业务第二占比25.46%。

目前公司认为业务单一,开始大力布局其他功率半导体,其余产品占比呈现上升趋势。捷捷微电的商业模式是自研芯片+自己封装,把制造环节外包。

扬杰科技:

扬杰科技是国内二极管龙头企业,早在2006年公司就开始研发功率二极管,目前全球市占率达2%。

扬杰科技注重研发投入,2021年上半年研发投入翻了一倍,积极布局二极管、MOSFET、IGBT模组以及第三代半导体材料(SiC)。

闻泰科技:

公司之前主要从事通讯终端的研发设计和生产制造服务,2017年收购安世半导体后切入功率半导体领域。

主要产品有分立器件和逻辑芯片,在二极管市场市占率第一,在车用MOSFET 市场市占率第二。

华润微:

华润微是中国本土领先的以IDM模式为主经营的半导体企业,拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力。

在功率半导体领域,公司多项产品的性能、工艺居于国内领先地位。

其中,MOSFET是公司最主要的产品之一,公司是国内营业收入最大、产品系列最全的MOSFET厂商。

05 风险提示

1.“缺芯潮”过后的产能过剩

自从车规级芯片短缺以来,各大厂商都开始扩产能,提高生产量,当“缺芯潮”风波过后,车企对芯片厂商的需求缓和,会出现供过于求以及产能过剩的情况。

2.车企开始自研芯片

越来越多的汽车制造商由于芯片的涨价和稀缺,开始尝试自己研发芯片,像比亚迪半导体一样自给自足,这会导致芯片厂商的发展生态受影响。

3.同行业竞争加剧

与国外大厂不同,他们尝试打造单个领域航母级别的厂商,而国内做功率半导体有许多小厂,加大了竞争力度,甚至出现一些恶劣竞争。

尤其像高科技公司,对于高尖端的人才、时间、金钱等等大量资源的要求苛刻,而小规模厂商的出现会阻碍大厂的发展。

(特别说明:文章中的数据和资料来自于公司财报、券商研报、行业报告、企业官网、百度百科等公开资料,本报告力求内容、观点客观公正,但不保证其准确性、完整性、及时性等。文章中的信息或观点不构成任何投资建议,投资人须对任何自主决定的投资行为负责,本人不对因使用本文内容所引发的直接或间接损失负任何责任。)

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