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最近有机构指出,现在是新一轮超级科技周期的起点。近期半导体板块走势强劲,中证半导体指数近三个月大涨40%。
在半导体板块中,尤其引人关注的是功率半导体,而功率半导体中,最吸引眼球的则是IGBT。
近日,即将分拆上市的比亚迪半导体向客户发出涨价通知函,决定从7月1日起对IPM、IGBT单管产品进行价格调整,提涨幅度不低于5%。
与此同时,已经上市的IGBT龙头斯达半导于近日创出历史新高。
股价和产品价格齐飞的背后,是IGBT产能的供需错配。在能源革命的大潮之下,IGBT需求快速攀升,然而产能不足使得交期不断延长。
缺芯危机为国产替代迎来了机遇,国内IGBT厂商能否借机上位?作为国内IGBT龙头,斯达半导能否从中脱颖而出,去挑战全球霸主英飞凌?


A
IGBT:电力电子器件里的CPU
为何IGBT如此重要?
在认识IGBT之前,首先需要了解一下什么是功率半导体。功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,它的作用类似于人类的心脏,主要用于电压、频率的调节以及直流交流转换。也就是说,凡是电路中需要进行直流交流转换、频率和电压转换,都需要配置功率半导体,因此功率半导体的应用领域非常广泛。
从最初的二极管到晶闸管到MOSFET再到IGBT,功率半导体也在不断发展演进。作为目前最新一代的功率半导体,IGBT是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品,被誉为“电力电子器件里的CPU”。
按不同电压等级,高压IGBT应用于电网、轨交、风电,中压应用于工控、新能源汽车、 光伏 、家电,低压应用于汽车零部件、3C等诸多领域。
在电动汽车领域,装上高功率的IGBT,电动车便能拥有数秒内加速至100公里每小时的“飙车”体验,是必不可少的核心零部件。

B
海归博士的强国梦
十几年前,中国厂商在IGBT领域完全是一片空白。上世纪90年代,我国曾有几家单位曾致力于IGBT的研究和生产。但由于缺乏微电子技术、后续资金和其他原因,还没有能正式投入生产就夭折了。
2008年,当王传福顶着巨大的压力,以1.71亿人民币收购了市场眼中“烂摊子”的中纬积体电路(宁波)有限公司,下决心做出国产IGBT之际,一个叫沈华的海归博士,已在浙江嘉兴为这一目标奋斗了3年。
(沈华)
沈华属于外界眼中的“天才儿童”,有媒体报道称:《我爱韶山红杜鹃》一文让14岁的沈华对毛泽东的故乡——湖南心驰神往,小小年纪即考取湖南大学机械系就读。”在大学时代沈华贪玩贪睡,常常不去上课自行其事可是成绩却始终是数一数二。
1990年,沈华考取耶鲁大学全额奖学金的资格,后获得应用科学硕士学位。1995年则获得麻省理工学院电子材料博士学位。毕业后,沈华加入西门子Components,Inc(微电子部门),1996年该部门更名为Microelectronics,Inc,1999年更名为英飞凌(Infineon)。在那里沈华做了近6年的芯片技术研发。
2000年沈华离开西门子,来到Xilinx,Inc——位于硅谷的一家著名FPGA公司,负责新产品的开发。2003年开始负责当时最先进的65纳米工艺技术。
良好的教育背景、顺利的工作经历、优厚的薪资待遇,如果沈华选择一直留在美国,无疑将有一个美好未来,但随着对IGBT愈发了解,一些行业内发生的事件深深地刺痛了沈华。
2003-2005年期间,沈华因为业务关系,频繁奔波于美国和中国台湾、日本之间,几乎每两个月就有机会回到国内作市场调查。他发现,由于国外产的模块在中国处于绝对的垄断地位,IGBT成为国内产业被外国“卡脖子”的重要环节。
当时,国内某生产商引用某种IGBT模块生产变频器,但后来该模块生产厂商以其型号老旧为由停止了模块供应,最后导致国内厂商停产。
据说一些国外厂商还有一条不成文的规定,即销售到中国的IGBT产品不能够再返销到国外,原因之一是老化测试未全部到位,这些厂商因此节省了大笔“不必要”的开支。
2005年,沈华决定回国,去实现他的人生价值和理想。归国后的沈华,努力地适应了自己的新角色,“我的思维不再是‘海归’的思维,而是一个地道的浙江老板的思维,也会和他们一样盘算着每平米三千的房价能不能再便宜点儿。”
2005年4月2日,沈华签署了《外商独资经营嘉兴斯达半导体有限公司章程》,成立了斯达半导的前身斯达有限,斯达有限投资总额为 2,480 万美元,注册资本为 1,000 万美元,其中以现汇出资 499 万美元,机械设备出资 501 万美元。
在浙江省嘉兴市科技城内,沈华拿下了占地面积约106亩的厂区,配置的是最先进的IGBT模块生产线和占地2000平方米的千级净化厂房,专业从事功率半导体器件IGBT的设计、封装和销售,成为当时国内唯一一家具有自主研发、设计和封装能力的功率半导体模块厂家。

C
国产龙头的诞生
在沈华创业一年后,国家科技部宣布将IGBT的研制列为七大课题之一,国家信息产业部产品司也召开研讨会旨在研究如何在国内发展IGBT并拨款予以扶持。一时之间,IGBT备受关注。
2008年,斯达半导获得国家发改委800万元和工信部100万元的项目资金资助。
2009年,沈华又入选首批“留学人员回国创业启动支持计划”,成为人力资源和社会保障部重点支持人选。
沈华的底气在于,一方面,斯达半导的高层成员们对国外同行的状况了如指掌,公司主要技术骨干主要来自麻省理工学院、斯坦福大学、印度理工学院、清华大学、台湾清华大学、浙江大学等国际知名高校的博士或硕士,在IGBT芯片和模块领域有着10~25年的研发和生产管理经验,很多人都曾在外企当中工作过,甚至领导过他们;另一方面,由于处于绝对的垄断地位,国外的IGBT厂商无须将性能最好的产品销往国内,这也给了斯达半导“可趁之机”。
“我们的产品和国外比,差不多,甚至更好”,在10多年前的一次访谈中,沈华就放出“狂言”。“老外除了资金实力大于我们,其他方面并不占据优势。”
功率元器件工作时的温升是衡量产品可靠性的一项十分重要的参数。温升越高,器件的其它参数将急剧恶化,轻则降低寿命,重则立即损坏。斯达的IGBT把温升当作了突破口,温升竟然比国外的同类产品还要低!
由于客户对 IGBT 模块的电路结构、拓扑结构、外形和接口有各种需求,斯达半导将“个性化定制”和“贴身服务”作为开拓市场的重要手段。斯达半导成立了专门的应用部,能够快速、准确地理解客户的个性化需求,并将这种需求转化成产品要求,目前公司已形成上百种个性化产品。与国际品牌厂商相比,斯达半导采用了直销模式,直接与客户对接,在响应客户需求的速度、供货速度、产品适应性及持续服务能力等各方面都表现出优势。
沈华总是向营销人员强调,面对客户时不要急于推销产品,要仔细了解对方的需求,掌握相关的参数,找到与之对应的产品,推荐其试用,供其选择。“从每月几个模块的购买试用到几十个(每月)到几百个(每月)再到几千个(每月),呈指数增长,才是斯达所期待的。”
根据全球著名市场研究机构IHS在2020年发布的最新报告,斯达半导是唯一进入全球IGBT市场前十的中国企业,排名第七,成为当之无愧的国产龙头。
斯达半导于 2011 年和 2015 年成功独立地研发出IGBT第四代 NPT 型芯片和第六代 FS-Trench 芯片,并量产制造成模块,成功打破了国外跨国企业长期以来对 IGBT 芯片的垄断,应用于工业控制及电源、新能源、变频白色家电等行业。

D
能源革命下的黄金赛道
新的能源革命已经到来,在全球严控碳排放的背景之下,电动汽车和光伏迎来了史无前例的发展机遇,而作为这两个领域的核心器件之一,IGBT市场空间的想象力得到了最大程度的释放。
从应用领域来看,目前全球IGBT市场工控占比37%,是最大的应用领域,随后依次是电动汽车28%、新能源发电9%、消费领域8%。
工控和家电是IGBT的两个传统应用领域。从全球视角来看,这两个市场未来的需求相对稳定。真正能打开IGBT需求增长空间的是电动汽车和新能源发电。
电动汽车
IGBT在电动汽车领域主要用在电机驱动系统中。当锂电池放电时,需要通过IGBT把直流电转变成交流电。同时,IGBT还起到了对交流电机的变频控制。特斯拉在Model S中为电机驱动系统的主逆变器配置了多达84颗IGBT。
根据Digitimes Research的数据,电机驱动系统在电动汽车总成本中的占比达15%~20%,而IGBT则占到电机驱动系统成本40%-50%,等价于IGBT占电动汽车总成本的比重高达8%。结合机构对2025年全球电动汽车销量的预测,可以测算出到2025年,全球车载IGBT市场规模将达66亿美金,相当于再造一个IGBT市场。
光伏和风电
风电和光伏中的整流器和逆变器都需要用到IGBT模块。在光伏发电中,光伏技术的成功不但取决于光伏板的效率和成本,更取决于基于IGBT构造的逆变器效率、成本和尺寸。通常一个光伏逆变器共需要6个IGBT。
在此前的气候峰会上,我国提出到2030年,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上,每年的新增装机将不低于7500万千瓦。而据BloombergNEF预测,2025年全球光伏新增装机将接近300GW。据此测算,风电和光伏2025年对应IGBT的全球需求量级在12-15亿美金。

E
国产替代历史性机遇来临
IGBT重要性正日益凸显,但我们不得不面对的一个现实是,IGBT行业几乎被国外大厂垄断。英飞凌、安森美、三菱、富士机电、意法半导体等占据了全球60%市场。
尽管斯达半导是国内IGBT龙头,但其在全球市场的占比也仅有2.5%,排名第一的英飞凌市场占有率高达 22.4%。
不过,新能源行业的历史机遇叠加疫情海外龙头缺货,以及出于供应链安全的考虑,国内IGBT厂商的国产替代正开始加速。
一方面,能源革命的到来为中国IGBT企业实现赶超提供了历史性的机遇。在新能源汽车和光伏领域,中国拥有全球最大的市场和领先的技术,为IGBT提供了巨大的市场需求前景。根据集邦咨询数据,受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加,2025 年中国 IGBT 市场规模将达到 522 亿人民币,复合增长率达 19.11%。
同时,海外巨头受疫情影响面临严峻的供给紧缺。正常情况下,IGBT交货周期在8-12周,而英飞凌目前的IGBT交货周期已延长至18-26周,最长甚至达52周。尽管国内厂商也面临供给紧缺问题,但国产产品的交期约为三个月,这为国内IGBT厂商填补产能紧缺的空白提供了机遇。
此外,中美贸易战后,越来越多的国内下游企业为保证供应链安全以及降低产品成本,开始向国内优秀的IGBT企业采购技术水平和性价比较高的IGBT产品,IGBT国产替代将不断加速。

F
斯达半导的护城河
国内IGBT的竞争格局是怎样的?
即将分拆上市的比亚迪半导体,依托比亚迪在电动汽车整车上的优势,自主研发IGBT芯片并不断进行技术更新迭代。截止2020年10月,比亚迪半导体以IGBT为主的车规级功率器件累计装车超过80万辆。但是比亚迪的IGBT以自供为主。
而在已上市的A股功率半导体上市公司中,新洁能、华润微以MOSFET产品为主,IGBT刚刚起步,占比极小;士兰微、华微电子以低端家用电器IGBT产品为主,汽车产品同样起步较晚;扬杰科技IGBT刚刚量产;捷捷微电尚未量产。
因此,一直深耕IGBT领域、主营业务97.5%是IGBT、并且已大规模应用于新能源汽车的斯达半导是目前A股中最纯正的IGBT上市公司。
业内分析人士指出,全产业链优势和技术壁垒构成了斯达半导的核心竞争力。
全产业链优势:斯达半导是国内少数集芯片设计、模块制造和测试、终端销售与服务等纵向产业链为一体的规模化半导体厂商,除了制造之外几乎覆盖了全部产业链。
相比其他国内模块厂商,斯达拥有自主研发IGBT芯片的技术,其自研IGBT芯片占芯片采购总额的比重不断提高,当前占比已超过50%。自研芯片占比提高最直接的影响,就是公司毛利率不断提升。2020年全年,斯达半导功率器件毛利率已由2019年的30.44%提升至31.43%。
技术壁垒:技术,对于IGBT厂商来说至关重要。IGBT的性能表现、稳定性和可靠性对下游客户来说至关重要,尤其是车载IGBT还对安全性提出了非常高的要求。因此,IGBT的认证周期较长,替换成本高。对于新增的 IGBT供应商,客户往往会保持谨慎态度,通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后,才会做出大批量采购决策,采购决策周期较长。
斯达半导深耕IGBT十余年,有着深厚的技术积累。创始人沈华曾在英飞凌工作,同时斯达在欧洲设有子公司和研发中心,这就使得斯达能够与国外最先进技术和最一流的人才有更多接触的机会。目前,斯达的第二代产品对标英飞凌的第四代产品,有些性能指标甚至比英飞凌好。而斯达最新的产品将对标英飞凌第七代,将于今年下半年公布。

G
新能源业务起量,
斯达半导还有多大增长空间?
依靠核心竞争力,斯达半导不断扩大市场份额,业绩增长迅速。
2020年,斯达半导实现营业收入9.6亿元,较2019年同期增长23.55%,实现归母净利润1.8亿元,较2019年同期增长 33.56%。
2021年一季度,斯达半导归母净利达0.75亿元,同比增长177.23%,环比增长61.20%,创历史新高。
尤其是在新能源增量市场,斯达半导正开始起量。2020年,斯达新能源行业营业收入为2.1亿万元,较去年增长了30.38%,显著高于其他行业增速。
具体来看,电动汽车方面,斯达生产的汽车级IGBT模块合计配套超过20万辆电动汽车。同时公司在车用空调,充电桩,电子助力转向等新能源汽车半导体器件份额进一步提高。2020年,斯达又新增多个国内外知名车型平台定点,将对 2022年-2028年公司新能源汽车模块销售增长提供持续推动力。
光伏方面,斯达使用自主IGBT芯片开发的分立器件获行业内重点组串式光伏逆变器客户的批量装机应用,有望在2021年进入大批量装机应用。
在最新的一份研报中,东吴证券预计斯达半导未来三年营收分别为13.36/17.65/22.96亿元,同比增长38.8%/32.1%/30.1%;未来三年归母净利润分别为2.56/3.52/4.63 亿元,同比增长41.5%/37.7%/31.4%。
不过,如果拿478亿市值的斯达半导对标423亿欧元(合3275亿人民币)市值的英飞凌,相比英飞凌85.67亿欧元(合662亿人民币)的营收和3.68亿欧元(合28亿人民币)的利润,斯达半导仍有很长的路要走。

H
挑战or机遇?
对于高科技行业,技术的革新对于行业原先的领先者往往是致命的。前有数码相机普及致胶卷巨头柯达陨落,后有智能手机兴盛致诺基亚出局。自英飞凌发布第四代IGBT以来,以Si(硅)为主要材料的IGBT在相关应用领域已统治长达十余年。尽管如今IGBT已发展到第七代,但并未发生革命性的变化,甚至出于稳定性考虑,第四代IGBT至今仍是主流。
然而,碳化硅SiC材料的出现,正颠覆着IGBT行业。碳化硅SiC是第三代半导体材料,与Si等传统材料制造的功率半导体相比,SiC材料的功率半导体能够降低电能转换过程中的能量损耗、更容易小型化、并且更耐高温高压。
由于具备了这些优越性能,以碳化硅SiC材料制造的MOSFET开始对传统IGBT进行替代。比如在电动汽车行业,由于动力电池重量较大,需要想方设法在其他部件上减轻重量。SiC材料的应用可以显著降低尺寸缩小体积,对于电动汽车轻量化会有非常大的帮助。
特斯拉此前在Model 3率先采用以24个SiC-MOSFET为功率模块的逆变器。比亚迪“汉”的电机控制器中也已开始应用SiC-MOSFET模块。
不过,由于高昂的成本和基于稳定性的考虑,SiC材料的功率器件想要大规模替代传统IGBT仍需时间。资料显示,SiC芯片成本是IGBT的 4-5 倍,业界预计SiC成本三年内可以下降到2倍左右。产品稳定性方面也需要更多时间的验证。因此,在未来三到五年内,传统IGBT仍然会是主流。当然,也不能排除SiC成本下降超预期的可能。
无论是功率半导体霸主英飞凌,还是国内各大功率半导体厂商,均已对SiC、GaN第三代半导体进行布局,斯达半导也不例外。
截至目前,斯达的车规级SiC模块已获得国内外多家著名车企和Tier1客户的项目定点,有望对斯达未来车规级 SiC 模块销售增长提供持续推动力。2020年6月,宇通客车宣布其新能源技术团队正在采用斯达半导和CREE合作开发的1200V SiC 功率模块,开发业界领先的高效率电机控制系统,各方共同推进 SiC 逆变器在新能源大巴领域的商业化应用。
2021年3月,斯达公告2021年度非公开发行预案,拟募集资金35亿元加码高压特色工艺功率芯片和SiC芯片研发及产业化项目,以及功率半导体模块生产线自动化改造项目。项目达产后,斯达预计将形成年产36万片功率半导体芯片的生产能力。
对斯达半导来说,第三代半导体既是挑战更是机遇,能否守住国内的龙头地位是挑战,而能否利用第三代半导体弯道超车国际大厂,则是更大的机遇。

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