斯达半导:IGBT国内领军者,聚焦新能源汽车市场
核心观点
国内IGBT行业领军企业,深耕IGBT技术多年:斯达半导主营IGBT业务,2019年在全球IGBT模块市场排名第8,是唯一进入前10的中国企业。公司客户包括英威腾、汇川技术、巨一动力,上海电驱动股份、合康新能等知名企业。2020年上半年受疫情冲击海外大厂交付受限,公司在工控等大客户方面国产替代进程加速。而下半年新能源汽车市场回暖,同时公司在新能源客户处也取得突破进展。公司整体业绩保持高速增长态势。前三季度,公司实现营收6.68亿元,同比增长18.14%,归母净利1.34亿元,同比增长29.44%。
IGBT国产替代加速追赶,新能源汽车为IGBT贡献新活力:IGBT应用前景广泛,下游包括电机、轨交电网、家电、光伏风电、新能源汽车等,是功率半导体黄金赛道。且新能源汽车打开IGBT市场新增量,据YOLE统计,2018年全球新能源汽车用IGBT模组市场规模达9.09亿美元。预计到2024年将增长到19.10亿美元,年复合增速13.17%。
IGBT市场主要被国外巨头垄断,其中英飞凌以超30%的市占率绝对领先。国内仅斯达半导和士兰微分别进入全球模块厂商和分立器件前十榜单。当前由于海外缺货以及供应链安全需求,下游终端客户正加大对上游供应商扶持力度,国产供应商进入大客户难度大大降低,也给国内厂商带来加速追赶机遇。
IGBT先发优势明显,客户认证为核心壁垒:在变频家电、新能源汽车等放量下IGBT需求无虞,且当前国内终端厂商对IGBT国产化的扶持力度进一步加大,集邦咨询预计至2025年,中国IGBT市场规模将达522亿元,发展空间巨大、确定性凸显。众多厂商亦纷纷投身这一赛道,参与竞争。那么谁能先拔头筹,在众多竞争者中脱颖而出?
我们认为当前国产IGBT行业仍处突破期,先发优势明显。而斯达半导凭借超前的客户验证进展、领先的IGBT技术、较为充足的产能供应及前瞻布局SiC模块的战略眼光,有望稳固公司业内龙头地位。
1)IGBT行业先发优势明显,客户认证壁垒为公司护城河。公司在多领域均取得领先客户进展,如变频器领域已成为英威腾、汇川等主要供应商;新能源汽车领域已打入长城、江淮等供应体系;光伏风电领域也已打入阳光电源等客户。尤其在新能源汽车领域跻身主要供应商之列,产品配套超20家汽车品牌。新能源汽车领域客户认证壁垒较高,供应商为进入市场需首先通过下游电控厂及整车厂长达1-2年以上的验证周期,客户更换意愿较低。
2)IGBT技术业内领先,募投项目加强新一代IGBT芯片研发。公司自主研发的第二代Trench芯片对标英飞凌第4代沟槽栅+场截止产品,且公司具备英飞凌第5代和第6代技术能力,目前向第7代微沟槽+场截止型IGBT看齐,技术水平业内领先。且为进行新一代IGBT芯片的研发,公司募投项目特购置氢/氦离子注入机、中束流离子注入机等工艺设备4台,助力IGBT核心工艺难点的研发突破。
3)公司产能供应无虞,缺货行情助力产品放量。IGBT长期供需缺口大,影响下游整车厂交货节奏,因此业内供给为核心矛盾。公司晶圆供应商主要为华虹、上海先进,同时也在积极寻求开拓晶圆供应商确保产能供应,且后续也有望通过收购产线方式向IDM转型。模块方面,公司募投扩产项目投产后可达年产120万个新能源汽车用IGBT模块。当前缺货行情有望带动公司业绩提升,并助力产品加速认证突破。
4)前瞻布局碳化硅模块,持续强化新能源汽车领域布局。为持续维持业内领先优势,公司于2015年起便已布局碳化硅模块,近年来产品在机车牵引辅助供电系统、新能源汽车电控、光伏等得到推广应用。且2020年公司SiC 汽车级模块通过宇通客车定点,将于2021年开始大批量装车。
盈利预测与投资评级:我们预计公司20/21/22年营收为9.70亿/13.01亿/17.53亿元,归母净利润分别为1.89/2.69/3.58亿元,对应2月19日收盘价PE估值为214/150/113倍。公司在国内IGBT领域客户进展领先,且未来在新能源汽车领域具有长足发展空间,我们看好公司长期发展。首次覆盖,给予“增持”评级。
风险因素:技术迭代不及预期的风险、新能源汽车市场波动风险
与市场不同之处:
我们系统地梳理了当前IGBT行业发展趋势及竞争格局,在变频家电、新能源汽车等放量下IGBT需求无虞,且当前国内终端厂商对IGBT国产化的扶持力度进一步加大,集邦咨询预计至2025年,中国IGBT市场规模将达522亿元,发展空间巨大、确定性凸显。众多厂商亦纷纷投身这一赛道,参与竞争。那么谁能先拔头筹,在众多竞争者中脱颖而出?
作为国内较早进军IGBT赛道的领军厂商,斯达半导在全球IGBT模块市场排名第8,且目前在多领域均取得不俗客户进展,如变频器领域已成为英威腾、汇川等主要供应商;新能源汽车领域已打入长城、江淮等供应体系;光伏风电领域也已打入阳光电源等客户。我们认为当前国产IGBT行业仍处突破期,先发优势明显。而斯达半导凭借超前的客户验证进展、领先的IGBT技术、较为充足的产能供应及前瞻布局SiC模块的战略眼光,有望稳固公司业内龙头地位。
国内IGBT行业领军企业,深耕IGBT技术多年
1国内IGBT行业的领军企业,深耕行业多年
斯达半导成立于2005年4月,公司总部位于浙江嘉兴,在上海和欧洲均设有子公司,并在国内和欧洲设有研发中心,是目前国内IGBT领域的领军企业。据IHS数据显示,2019年斯达半导体在全球IGBT模块市场排名第8,是唯一进入前10的中国企业。
公司主要产品为功率半导体元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等。公司成功研发出了全系列IGBT芯片、FRD芯片和IGBT模块,实现了进口替代。其中IGBT模块产品超过600种,电压等级涵盖100V~3300V,电流等级涵盖10A~3600A。产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、SVG、白色家电等领域。下游主要客户有英威腾、汇川技术、巨一动力,上海电驱动股份、合康新能等公司。
公司股权结构较为集中,实控人与公司利益深度绑定。沈华、胡畏夫妇通过斯达控股及香港斯达直接和间接持有公司44.54%的股份,为公司实际控制人。其余持股5%以上股东仅有浙江兴得利和富瑞德投资,其中富瑞德投资为公司员工持股平台。
技术+管理的双重结合。实控人之一的沈华先生担任公司董事长,也是公司的核心技术人员。在功率半导体领域有着丰富的经验积累,其于1995年获得美国麻省理工学院材料学博士学位。曾任西门子半导体部门(英飞凌前身)高级研发工程师,后续任XILINX公司高级项目经理。胡畏女士,于1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位。并先后任美国汉密尔顿证券商业分析师、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。
2
收入、利润持续高速增长,未来充分受益新能源大势
公司营业收入持续维持高速增长,2016至2019年营业收入年复合增速37.30%。2016至2019年,公司分别实现营收3.01亿、4.38亿、6.75亿、7.79亿,年均复合增速37.30%。归母净利润分别为0.21亿、0.53亿、0.97亿、1.35亿,年均复合增速85.94%。2020年,受疫情冲击海外大厂交付受限,而国内疫情控制得当,顺利复产。借此契机,公司在工控等大客户方面国产替代进程加速,公司整体业绩保持高速增长态势。而下半年新能源汽车市场回暖,同时公司在新能源客户处也取得突破进展。2020年Q1-Q3,公司实现营收6.68亿元,同比增长18.14%,归母净利1.34亿元,同比增长29.44%。
利润率水平持续提升。2016至2020Q1-Q3,公司毛利率分别为29.97%、30.60%、29.41%、30.61%和32.76%,保持稳中有升的态势,主要得益于公司IGBT模块芯片自给率持续提升;同时,在期间费用率持续优化下,公司归母净利率也得以稳步攀升,2016至2020Q1-Q3分别为为7.14%、12.04%、14.32%、17.35%和20.07%。
公司管理运营效率不断提升,费用率不断降低。公司2016至2020年Q1-Q3的管理费用率分别为5.42%、4.56%、3.25%、3.06%和2.59%;销售费用率分别为2.75%、2.58%、2.24%、1.96%和1.49%;财务费用率分别为3.80%、1.66%、1.36%、1.32%和-0.21%。
公司营收主要来自IGBT模块销售,近年来IGBT模块营收占比均保持在98%以上,其中1200V IGBT模块的销售收入占主营业务收入的比例在70%以上。其他产品则包括MOSFET模块、整流及快恢复二极管模块等。按下游市场来看,公司销售产品在工业控制及电源领域的应用占比最高,历年来占比稳定在70%以上。此外,得益于国家政策红利,新能源领域收入增长迅速,占比也从2016年的11.97%稳步上升至2019年的21.23%。
分析公司业绩稳定增长原因,我们认为主要有以下几方面:(1)公司下游市场稳定增长,驱动公司产品需求逐年提升。具体来看,近年来新能源汽车、新能源发电等领域发展迅速,同时工业控制及电源行业市场保持稳步增长,下游市场趋势向好推动IGBT模块放量。(2)公司核心竞争力不断提升。2015年,斯达半导成功研发出市场上主流FS-Trench型IGBT芯片,并实现规模化量产。同时自研芯片的推出加强了公司的市场影响力和客户粘性,有利于公司不断扩张市场占有量。(3)当前国家正大力扶持国内半导体企业,实现进口替代,公司作为国内唯一一家进入全球前十的IGBT模块供应商,深度受益进口替代趋势,营收规模稳步提升。
3
高技术实力铸就竞争壁垒,持续投入研发保持技术优势
公司的核心技术为IGBT芯片和快恢复二极管芯片的设计、工艺和测试及IGBT模块的设计、制造和测试。其中,IGBT芯片技术包括IGBT芯片场终止设计、IGBT芯片高压终端环设计、超薄片工艺、大功率半导体器件的串并联技术及动静态均流均压技术;快恢复二极管芯片技术包括局部和全局少子寿命控制技术的协调设计,场终止层的优化设计,高压终端区域和阳极设计相匹配的离子注入和扩散工艺以及高可靠性的钝化层淀积工艺;IGBT模块制造技术包括IGBT模块的结构设计技术、IGBT模块的生产工艺及对功率半导体器件的静态、动态电参数及热参数测试的技术等。
公司的核心技术均为自主研发创新,目前针对上述核心技术已成功申请了99项专利,其中包括28项发明。
公司高度重视产品的研发与创新,截止2019年12月共有研发人员145名,占员工总数的22.55%。自2006年开始功率半导体模块的研发工作以来,公司完成了多个研发项目,有部分研发项目已经实现了产品的大批量生产并实现收入。目前公司又开展了下一代新型功率半导体产品的研发,为公司的持续发展打下基础。
公司持续大力投入研发,保持竞争优势。2016至2020Q1-Q3,公司投入研发费用分别为0.29亿元、0.38亿元、0.49亿元、0.54亿元和0.52亿元,研发费用率分别为9.53%、8.77%、7.26%、6.93%和7.84%。今年前三季度的研发投入已接近2019年全年的投入,研发资金得持续投入将保障公司的竞争优势。
二
IGBT国产替代加速追赶,新能源汽车贡献新活力
1IGBT应用前景广泛, 是功率半导体黄金赛道
IGBT是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件,与MOSFET(绝缘栅型场效应管)结构功能相似,可控制的电压范围更高。IGBT可以被认为是一个MOSFET和一个BJT(双极型三极管)混合形成的器件,但相比于MOSFET制造难度更高、结构更复杂,可承受的电压也更大。一般MOSFET器件或模组的可承受电压范围为20-800V,而IGBT可承受1000V以上的高电压,因而是电力电子领域较为理想的开关器件。
IGBT生命周期较长,产品迭代速率不追求摩尔定律。对于IGBT产品而言,行业内没有统一的技术标准,厂商各代产品之间并不完全对应。以行业内龙头厂商英飞凌的产品标准来看,目前已发展到第七代微沟槽+场截止型IGBT。相比以往产品,IGBT 7饱和压降更低,损耗更小,可实现最高175℃的暂态工作结温。不过,与数字芯片不同的是,IGBT使用周期较长。虽然老一代产品损耗较大,但其芯片面积大,稳定性较好,因此部分领域仍会选择使用旧代产品。目前,英飞凌各代产品中,除第一代平面栅+PT型IGBT已退出市场外,其余各代产品仍有客户使用。
各代IGBT的主要发展趋势主要为降低损耗与生产成本,总结来看大致可分为三大主要技术阶段。第一阶段是第一、第二代IGBT为代表的平面栅型IGBT。其中第一代由于工艺复杂且成本高,已基本被淘汰。而第二代部分类型产品目前仍有销售。第二阶段是以第三代、第四代IGBT为代表的沟槽栅型IGBT。该类型产品通过创新的沟槽设计,大大减小了IGBT的体积和使用功耗,因此被广泛使用。目前第四代IGBT为市场最主流应用产品。此后又出现了第五代、第六代的IGBT,属于对沟槽栅型的改进,结构并未有很大的变动。英飞凌第五代电压范围更高,主要应用于动力牵引、风电等场合。第六代则开关频率更快,主要应用于家用电磁炉等,且主要以单管为主。此外,该阶段还出现了第三阶段的过渡型产品Trench Stop。第三阶段是2018年以后出现的第七代微沟槽型IGBT,该类型产品更大程度地减小了器件的体积和功耗,目前英飞凌等厂商技术已达量产水平。
IGBT最常见的应用形式是模块,其可靠性更强。IGBT模块是由IGBT与快恢复二极管芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。相比单管而言,IGBT模块主要具备以下几大优势:(1)模块采用几个IGBT芯片并联的方式,可以使IGBT整体电流规格更大;(2)多个IGBT芯片按照半桥、全桥等特定的电路形式组合,可以减少外部电路连接的复杂性;(3)通过将多个IGBT芯片封装在同一个金属基板上,相当于在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板,可以使IGBT整体性能更可靠;(4)模块中多个IGBT芯片经过模块制造商的筛选,其参数一致性比单管好;(5)与多个分立形式的单管进行外部连接相比,IGBT模块电路布局更好,引线电感更小。另外,虽然单管的价格远低于模块,但由于单管的可靠性远不及模块。全球除特斯拉和一些低速电动车外,绝大部分都是使用IGBT模块。
由于模块主要采用多个IGBT芯片并联方式,因此模块内IGBT芯片用量主要与整体电流、电压规格相关。按结构来看,IGBT模块可分为SG(单管)、HF(半桥)、FF(三相桥)、 PIM(七单元)等类型,分别对应1、2、6、7个单元IGBT。不过由于各厂商所开发电流规格不同,具体IGBT用量亦有差异。如其中电动车用模块通常采用“六合一”三相全桥电路,单桥臂普遍采用2-4 个IGBT 芯片并联来提高电流容纳能力。
IGBT产品应用广泛,新能源汽车是最大下游领域。IGBT能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,实现精准调控的目的,被广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。按电压分布来看,消费电子领域所用IGBT产品主要集中在600V以下,新能源汽车常用IGBT产品电压为600-1200V,动车组常用的IGBT模块为3300V和6500V,轨道交通所使用的IGBT电压在1700V-6500V之间;智能电网使用的IGBT通常为3300V。据TrendForce数据显示,从中国市场来看新能源汽车相关领域是IGBT最大应用领域,市场占比达31%,其次为消费电子、工业控制及新能源发电等,占比分别为27%、20%、11%。
斯达半导IGBT主要有两个大的应用方面,一是传统的工业控制,一是新能源产业。工业控制主要包括变频器和逆变器,这部分是目前IGBT的主要应用领域。新能源产业包括新能源汽车、光伏、风电产业。其中新能源汽车将成为未来IGBT市场的主要驱动力。
2
新能源汽车打开IGBT新增量
IGBT是新能源汽车的核心器件。在新能源汽车中,IGBT主要应用于电机驱动、车载充电器(OBC)、电空调驱动等环节。IGBT在其中直接控制驱动系统直、交流电的转换,决定电动车最大输出功率和扭矩等核心指标,因而被称为汽车电子电力的“CPU”。在接入充电器后,电动汽车通过车载充电器中功率器件进行交直流转换和高低压变换,为电池充电,而运行过程中,又将高压电池的直流电转换为交流电驱动三相电动机。此外车载空调等也需要IGBT用于电机的驱动。
传统燃油车中,仅有少量IGBT位于发动机点火器中,而电动汽车相比于传统燃油车多了电池、电机、电控三大核心器件以及电空调驱动、车载充电器等电力电子器件,所需要的功率级别更高。如门槛最高的主电机驱动部分,由于其所需驱动功率一般在20-150kW,平均功率在70kW,电压电流规格一般在600-1200V/120-800A左右,以比亚迪F3DM为例,其电池的工作电压为330V,驱动电机功率为50KW,加速过程中,输出电流峰峰值在1500A以上,所以采用自制1200V/600A额定电压电流的IGBT模块。同时如车载充电器部分,为了加快充电速度,需要充电器开关管有更高的开关频率,通常采用10-40kW的IGBT。
IGBT占整机总成本5%以上,是除电池之外成本第二高的元器件。电机和电机控制器是新能源汽车的核心零部件,直接决定汽车的行驶性能。在电机驱动中,IGBT主要存在于逆变器模块。逆变器的功能主要是将直流转变为交流从而提供给驱动电动机。根据北斗航天汽车数据,电机和电机控制器分别占整车成本的4%和9%左右。而在电机控制器内部,IGBT模块约占其成本的37%。因此,IGBT模块在整车成本中占5%左右。若加上车载空调控制系统中IGBT,则成本占比更高。此外,高功率电动汽车对于IGBT的要求也会越来越高,这将间接提升整个新能源汽车中IGBT的成本。
新能源汽车迎来高速发展期,IGBT市场空间达百亿级别。据EVTank预测,2025年全球新能源汽车销量将超1200万辆,2019-2025年年均复合增长率将达32.6%。新能源车的发展同样将给IGBT带来快速发展机遇。根据YOLE的统计,2018年新能源汽车及混合动力车中的功率半导体的市场规模大约是11.98亿美元,其中仅IGBT模组就占了就有9.09亿美元。预计到2024年,IGBT模组的市场规模将会增长到19.10亿美元,年复合增速13.17%。
充电桩保有量持续增加带动充电桩用IGBT需求提升。除了应用于新能源汽车本身之外,IGBT也在智能充电桩中充当开关元件使用,并直接影响充电桩的传输效率。平均来看,IGBT模块占充电桩成本的20%左右。据充电联盟数据显示,截至2020年9月,我国公共充电桩保有量达到60.6万台,目前仍在持续快速增加。随着新能源汽车保有量的增长、使用频率的增加和使用范围的延伸,充电需求将持续提升,这也将带动包括充电桩在内的充电基础设施的快速推广。同时带动充电桩用IGBT需求持续提升。
3
变频器、电焊机等传统市场支撑IGBT稳步发展
(1)变频器产业
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开关来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。
IGBT模块在变频器中不仅起到传统的三极管的作用,亦包含了整流部分的作用。控制器产生的正弦波信号通过光耦隔离后进入IGBT,IGBT再根据信号的变化将380V(220V)整流后的直流电再次转化为交流电输出。
变频家电加速普及,IGBT需求凸显。当前,国家、企业全力推进节能减排技术的发展及应用,尤其家电行业“变频化”成为行业和消费者共识。家电的变频化目前主要集中在冰洗空三大白电领域,其他品类的变频产品占比较少,变频化进程也慢,收益附加值不高。根据产业在线的数据,三大白电中,家用空调的变频化程度最高,2019年的变频占比是59.4%;其次为洗衣机,2019年变频占比为46.8%;而冰箱变频比例在三大白电里属于占比最低,2019年为39.7%。
白电中具有变频功能的核心控制部件是其内部的IPM模块,它将IGBT、驱动电路以及保护电路封装在同一模块中,从而使变频家电拥有较低的功耗和较高的可靠性。据产业在线统计,三大白电领域,家用空调功率模块IPM产品渗透率达100%;冰箱功率模块IPM渗透率3%,其余方案为分立器件;洗衣机产品IPM渗透率94%。
根据内部功率电路配置的不同,IPM可分为四类:H型(内部封装1个IGBT)、D型(内部封装2个IGBT)、C型(内部封装6个IGBT)和R型(内部封装7个IGBT)。小功率的IPM使用多层环氧绝缘系统,中大功率的IPM使用陶瓷绝缘。
消费升级趋势及节能环保的大力推行,成为推动中国智能变频家电发展的主要红利。以当前超过16亿台家电存量规模来看,未来持续稳定的更新需求成为提升变频家电销量的重要驱动力。
(2)逆变焊机产业
逆变式弧焊电源,又称弧焊逆变器,是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频(50赫兹)交流网路电压,先经输入整流器整流和滤波,变成直流,再通过大功率开关电子元件(IGBT)的交替开关作用,逆变成几千赫兹至几万赫兹的中频交流电压,同时经变压器降至适合于焊接的几十伏电压,后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。根据国家统计局数据,2020年我国电焊机产量为1108.93万台,同比2019年增加了158.87万台。电焊机市场的持续升温亦将保证IGBT需求量逐步增大。
IGBT长期被海外垄断,国产替代趋势下动能强劲
IGBT门槛较高,长期以来主要由英飞凌、富士电机等垄断。IGBT主要分为模组和分立器件两种产品形式,2019年IGBT模组市场规模约33.1亿美元,IGBT器件的市场规模约为14.4亿美元。市场竞争方面,英飞凌占据了绝对的领先地位,其模组产品市占率35.6%、分立器件产品市占率32.5%。斯达半导是唯一进入IGBT模组市占率全球前十的中国企业,士兰微也挺进了IGBT分立器件的前十。
IGBT门槛主要体现于技术壁垒较高、客户验证周期长、资金要求较高。从技术壁垒来看,与数字芯片不同,功率半导体作为成熟制程产品,核心技术壁垒在于产品的性能表现,可行性、稳定性要求至关重要。因此,对于新进IGBT供应商而言,下游客户往往持谨慎态度,不仅需综合评价供应商水平,而且通常需经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节测试,应用端验证周期长。一般在1-2年以上,甚至可长达5年之久,因而投入产出的周期较长。不过,当前基于产品供货需求以及供应链安全问题,下游终端客户正加大对上游供应商扶持力度,对IGBT供应商验证要求有所放松,国产供应商进入大客户难度大大降低。
国内IGBT产业化水平大为提升,新参与者也不断涌入。IGBT新参与者主要分为三类:一是老牌功率器件厂商逐渐向IGBT等高端业务扩展业务,如扬杰科技于2018年3月控股一条宜兴6英寸生产线,目前已开始量产用于电磁炉等小家电的IGBT芯片,华微电子也募投建设一条8英寸生产线;二是终端厂商向供应链上游拓展,如比亚迪于2005年进入IGBT产业,目前其推出的IGBT 4.0产品在电流输出、综合损耗及温度循环寿命等许多关键指标上超越了英飞凌等主流企业的产品,并实现了对外供应;三是新创企业进入IGBT赛道,如芯聚能半导体于2019年9月开启25亿元的投资项目,目标面向新能源汽车用功率模块。
三
斯达半导:IGBT先发优势明显,客户认证为核心壁垒
斯达半导自2005年成立以来一直专注于IGBT及模块的自主设计研发、生产和销售。公司目前已成为少数实现IGBT大规模生产的国内企业之一,先发优势明显。同时,公司针对细分行业客户对IGBT模块产品性能、拓扑结构等的不同要求,开发了不同系列的IGBT模块产品,在变频器、新能源汽车及逆变电焊机等细分市场领域形成了一定的竞争优势。
IGBT应用前景广阔,在变频家电、新能源汽车等放量下需求无虞,且当前国内终端厂商对IGBT国产化的扶持力度进一步加大,集邦咨询预计至2025年,中国IGBT市场规模将达522亿元,发展空间巨大、确定性凸显。众多厂商亦纷纷投身这一赛道,参与竞争。那么谁能先拔头筹,在众多竞争者中脱颖而出?
我们认为当前国产IGBT行业仍处突破期,先发优势明显。而斯达半导凭借超前的客户验证进展、领先的IGBT技术、较为充足的产能供应及前瞻布局SiC模块的战略眼光,有望稳固公司业内龙头地位。
IGBT行业先发优势明显,公司多领域客户不断突破
对于IGBT领域而言,先发优势尤为明显。由于下游应用对IGBT使用周期要求较长,对产品可靠性、稳定性要求高,下游客户更换意愿较低。公司产品率先进入市场后,更易获得客户使用,同时一旦建立品牌知名度后,更容易占据更多市场份额。在持续获得现金流贡献的同时,公司可进一步加大新产品研发或是产能建设,进而提高竞争对手进入门槛,使得公司自身掌握更多话语权,从而形成发展壮大的正向循环。
斯达半导率先实现IGBT模块国产化突破,并逐步实现IGBT芯片自给。斯达半导成立于2005年,起初专攻于IGBT模块开发,于2007年便成功完成IGBT模块关键技术工艺开发,成功推出第一款IGBT模块,并不断攻克IGBT模块核心技术难题。此后,为摆脱国外供应商依赖,实现核心芯片自主供应,公司成功独立研发出了平面栅NPT 型 IGBT 芯片,并于 2012年实现量产。2015 年,公司成功独立研发出了最新一代 沟槽栅场截止FS-Trench 型 IGBT 芯片,与市场主流的进口芯片性能相当,并于 2016 年底实现量产。2020 年上半年,公司基于第六代 Trench Field Stop 技术的 1700V IGBT 芯片及配套的快恢复二极管芯片在风力发电行业、高压变频器等行业继续推广,市场份额进一步提高。
多领域客户不断突破,市场份额不断扩大。在变频器领域,公司目前已经成为国内英威腾、汇川等多家知名变频器企业的IGBT模块主要供应商。2019年,公司IPM模块(智能功率模块)在国内白色家电行业、工业变频器、伺服机等行业加速开拓,多家主流厂家已经完成测试并批量购买;在新能源汽车领域,公司已成功跻身于国内汽车级IGBT模块的主要供应商之列,与国际企业同台竞争,市场份额不断扩大。2019年,公司生产的汽车级IGBT模块配套了超过20家终端汽车品牌,合计配套超过16万辆新能源汽车。2020年上半年,新增多个国内外知名车型平台定点,将对未来公司新能源汽车模块销售增长提供持续推动力;在逆变电焊机领域,公司是少数可以提供适合于不同种类电焊机的多系列IGBT模块的供应商。在光伏风电领域,公司推出的用自主IGBT芯片开发的适用于集中式光伏逆变器的大功率模块系列和组串式逆变器的Boost及三电平模块系列得到进一步推广,2020年上半年市场份额得到进一步提高。光伏行业推出的各类SiC模块得到进一步的推广应用。此外,公司基于第六代Trench Field Stop技术的1700V IGBT芯片及配套的快恢复二极管芯片在风力发电行业、高压变频器等行业继续推广,2020年上半年市场份额得到进一步提高。
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新能源汽车为业内厂商必争之地,客户认证壁垒成为公司护城河
IGBT作为下游产品中的核心器件,替代成本较高,因此客户对供应商产品可靠性、稳定性要求高。过去IGBT供应以海外英飞凌等厂商为主,国内终端厂商基于品牌和消费者认可度等原因不会轻易采用国产器件。当前由于海外缺货以及供应链安全问题,下游客户加大试用力度。加之如斯达半导等国产器件供应商技术水平、产品质量不断提高,也开始逐渐获得下游大客户认可。如前文所述,公司在国内各下游客户方面已有不俗进展,在经历较长认证期后,成功进入诸多一线客户供应商名列。终端客户对供应商严苛的产品可靠性要求,及较长的产品验证周期也反之铸就公司客户壁垒,在已有客户中地位稳固并有望进一步扩大品牌知名度。
尤其在新能源汽车领域,客户认证壁垒更为显著。汽车IGBT产业链主要分为上游元器件,中游电控和下游整车厂环节。电控作为新能源整车中重要环节,控制着汽车的运行和动力输出。而为保证电控系统长时间稳定运行,上游IGBT模块的重要性不可忽视。新能源汽车对IGBT寿命要求高且新能源汽车工况较为复杂,对IGBT模块的散热性、可靠性等提出了较高要求。IGBT模块供应商为进入市场,需首先通过下游电控厂及整车厂长达1-2年左右的验证周期,确保安全性、可靠性等必备要素基础上方有望大批量放量。
有低导通损耗、低开关损耗和高可靠性等优势。公司功率器件产品的全面性及高性能确保了其能够满足不同客户的广泛应用需求。
客户方面,公司新能源车电控客户包括英威腾、汇川技术、上海电驱动、巨一动力、合康新能等。据NE时代数据,其中如汇川技术、上海电驱动均位列TOP10名单,占比分别为10.60%,4.9%。其中如汇川技术,商用车方面,宇通客车为其最大客户;乘用车方面,汇川已突破广汽、长城、吉利、奇瑞等客户,海外已有三家车企定点,并成为理想、威马、小鹏等多家造车新势力主供。公司与知名电控厂的多年合作关系,也为公司的产品质量达成很好的背书效果,助力公司的品牌知名度提升,从而导入更多整车厂。
国内其余IGBT供应商中,也有比亚迪半导体、中车时代电气打入新能源汽车用IGBT模块供应商前十。从客户进展来看,斯达半导生产的汽车级IGBT模块已配套超过20家终端汽车品牌,合计配套超过16万辆新能源汽车,进展最为领先。中车时代电气中低压新能源汽车用IGBT正在发力,已有一汽、长安、东风等厂商部分品牌使用。而比亚迪半导体以自供为主,凭借母公司整车厂优势,装车辆最多。
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IGBT技术业内领先,募投项目进一步加强新一代 IGBT 芯片研发
IGBT技术业内领先。如前文所述,IGBT行业内没有统一的技术标准。以英飞凌的产品标准来看,公司自主研发的第二代Trench芯片对标英飞凌第四代沟槽栅+场截止产品,且公司具备第五代和第六代技术能力,目前向国际先进的第七代微沟槽+场截止型IGBT看齐,技术水平业内领先。
IGBT核心工艺难点主要在于薄片工艺、背面工艺和封装工艺。模组是IGBT常用形式,其封装工艺和结构更加复杂,需要实现多芯片电气互联,同时要考虑高温失效和散热问题。而芯片层面,技术难题则在于芯片的减薄和背面工艺。
√ 薄片工艺:芯片越薄,芯片热阻越低,散热性能越高。一般正常的8英寸晶圆厚700多um,需要减薄至100um左右,甚至如英飞凌可低至40um。
√ 背面工艺:包括了背面离子注入,退火激活,背面金属化等工艺步骤。由于正面金属的熔点的限制,这些背面工艺必须在低温下进行(不超过450°C),退火激活难度极大。且离子注入过程中晶圆极易形成翘曲或碎片。
斯达半导以模块生产、销售起家,近年来加大芯片自给率,其代工交由华虹半导体和上海先进。华虹是国内唯一拥有IGBT全套背面加工工艺的晶圆代工企业,包括背面薄片、背面离子注入、背面激光退火,背面金属等。华虹IGBT工艺早期以1200V LPT、1700V NPT/FS 为主;目前集中于600/1200 V场截止型(FS)工艺上,同时其3300V~6500V 高压段工艺的技术开发已经完成,正在进行产品验证。且从2003年开始华虹宏力提供8英寸薄片的背面金属化业务。可提供对厚片的正面金属化及薄片的背面金属化业务,正面/背面金属化采用蒸发方式,可提供Al、Ti、Ni、Ag、Au 5种金属膜及多层膜结构的组合,薄片作业极限可以对应到155um(Normal式样)、60um(Taiko式样)。
募投项目进一步加强新一代 IGBT 芯片研发。IGBT的制造工艺过程需要相应专用设备配套,如背面离子注入环节中离子注入机的参与必不可少。为进行新一代 IGBT 芯片的研发,提高工艺技术水平,在斯达半导募投项目规划的技术研发中心扩建项目中,公司特地购置氢/氦离子注入机、中束流离子注入机等工艺设备4台。该项目的实施有助于提升公司核心竞争力,进一步缩小与国际领先企业的差距。
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公司产能供应无虞,缺货行情助力产品放量
IGBT长期供需缺口大,影响下游整车厂交货节奏。IGBT应用前景广阔,尤其在新能源汽车等放量下需求无虞。而如前文所述,目前国内下游市场仍以进口英飞凌等海外厂商IGBT为主,国内IGBT市场存在巨大的供需缺口。且长期以来,国外IGBT供应商交货周期长期延长,严重影响下游电控及整车厂交货节奏。且短期由于全球均面临缺芯困境,IGBT交货周期更是再度延长。正常情况下,IGBT的交货周期一般为8-12周,而据富昌电子2021年Q1报告,英飞凌、安森美IGBT交货周期延长至18-26周,IXYS周期更是达26-30周。
在国内IGBT长期供不应求的情况下,供给成为核心矛盾。且由于英飞凌等厂商长期响应不及时,国内终端车企有动力扶持培养上游IGBT供应商,凭借着更为密切的本土供应链配套优势,目前国内车规级IGBT供应商迎来空前机遇。从产能供应来看,中车时代电气和比亚迪半导体均为IDM模式。中车时代电气一期年产12万片芯片、100万只IGBT模块的自动化封装测试能力(以轨道、电网等高压为主);二期2020年量产第6代IGBT,8英寸IGBT生产线可年产24万片(以新能源车中低压为主)。比亚迪半导体IGBT产能达5万片/月,新一条车用IGBT项目于20年4月在长沙开工,年产能达25万片。而斯达半导当前则主要采用Fabless模式,其晶圆供应商主要为华虹、上海先进。模块方面,公司募投新能源汽车用IGBT模块扩产项目,投产后可年产120万个新能源汽车用IGBT模块。芯片代工方面,除华虹、先进外,公司也在积极寻求开拓晶圆供应商,确保产能供应无忧。
不过对于功率半导体厂商而言,IDM运营模式在产品交付、研发进展、产品工艺等多方面均具备较强优势,早期斯达半导发展受制于资金等限制,后续也有望通过收购产线或自建产线的方式加大产能供应。
缺货行情下带动公司业绩提升,且助力产品加速认证突破。前期由于疫情逐渐受控,消费电子、新能源汽车等下游快速复苏,据英飞凌数据,相比于普通燃油汽车,混合动力及纯电动车功率半导体增加达330美元/辆,是其5倍以上。而8英寸晶圆厂产能紧缺,招致功率半导体供不应求,近期,由于日本东北地震、美国德州暴风雪侵袭等因素,更是造成多家晶圆厂宣布停工,英飞凌、恩智浦等车用半导体公司芯片供应均受波及,短期将进一步加剧汽车芯片缺货趋势。短期严重缺货情况下,凭借较为充足的产能供应,不仅带来营收业绩的快速提升,更有助于公司产品加速认证突破。
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前瞻布局碳化硅模块,持续强化新能源汽车领域布局
碳化硅是第三代化合物半导体材料,与硅基器件相比,碳化硅模块具有损耗更低、体积更小、耐温更高等优势。尤其在电动车领域,由于单个电池容量难进一步提升,为提高续航需尽可能增加电池个数。碳化硅器件的使用可降低功耗,减小电控等部件体积,从而使得电池安排游刃有余。同时,由于碳化硅开关频率更高,在高压充电桩中采用碳化硅器件也可使得充电时间大大减小。
前瞻布局SiC模块,20年通过宇通客车定点。虽然当前SiC成本仍较高,且技术层面仍有一定挑战。但长期来看新能源汽车领域,碳化硅器件有望逐步替代硅基IGBT。因此,为持续维持业内领先优势,斯达半导也于2015年便攻克了银浆烧结、铜线键合等技术,研发出公司碳化硅模块系列。近年来,公司在机车牵引辅助供电系统、新能源汽车行业控制器、光伏行业推出的各类 SiC 模块得到进一步的推广应用。公司应用于新能源客车的 SiC 汽车级模块通过国内龙头大巴车企宇通客车定点,将于2021 年开始大批量装车。
投资建设碳化硅模块产线,强化新能源汽车布局。20年12月份,公司发布公告拟投资2.3亿元建设全SiC功率模块产业化项目,将建设年产8万颗车规级全SiC功率模组生产线和研发测试中心。我们认为,公司此次投资建设碳化硅模块产线,一方面系为配套宇通客车电控用SiC模块需求,另一方面,碳化硅模块产线的建设,将进一步提高公司在汽车级全碳化硅功率模组的技术水平,提高供货能力,为公司进一步拓展新能源汽车市场,提高市场占有率打下坚实的基础。
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盈利预测、估值与投资评级
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盈利预测
我们预计,随着新能源汽车保有量的增长,变频家电加速普及,以及传统工业控制及电源行业的稳步发展,中国IGBT市场规模将持续增长。公司作为国内IGBT模块领军企业,具备先发优势,尤其在新能源汽车用IGBT领域建立了一定的品牌知名度,随着新能源汽车的快速发展,公司将最为受益。同时未来随着募投项目的顺利实施,公司产能亦将获得大幅扩张,保障公司产品充足供应。我们预计,2020/21/22年公司总营收为9.70亿/13.01亿/17.53亿元,营收增速分别为24.48%/34.07%/34.79%。
毛利率方面,我们认为公司毛利率将略有提升,预计2020/21/22年分别为33.10%/33.60%/33.60%,背后的核心假设为:(1)公司自主研发IGBT芯片占比逐步提升,甚至完全自供,且成本较外购产品低,IGBT模块整体成本有所降低。(2)下游新能源车需求向好,同时公司1700V产品市场份额进一步提升,公司产品单价仍存提升空间。(3)公司产能规模扩大,规模效应下制造成本等降低,助力毛利率提升。
因此,结合以上营收及毛利率假设,我们预计2019/20/21年公司归母净利润分别为1.89/2.69/3.58亿元,对应发行后EPS 1.18/1.69/2.24元,对应2月19日收盘价PE估值为214/150/113倍。
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估值分析与投资评级
估值方面,我们选取新洁能,华润微,士兰微作为可比上市公司,其中新洁能与公司同为Fabless模式,华润微、士兰微为IDM模式。根据Wind的盈利预测及一致预期,我们计算得到A股可比公司2021年平均动态市盈率为77.63倍。公司在国内IGBT领域客户进展领先,且未来在新能源汽车领域具有长足发展空间,我们看好公司长期发展。首次覆盖,给予“增持”评级。
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风险因素
1、技术迭代不及预期的风险
若公司对于技术及产品发展趋势判断失误、技术研发进度延误、 研发成果未达预期、 技术成果转化不力,可能导致新技术、新产品研发失败或者投入市场的新产品无法如期为公司带来预期收益等情况。
2、新能源汽车市场波动风险
公司新能源汽车领域投入了大量研发经费,包括募集资金投资项目在内仍将继续加大该领域投入,如果未来如果受到产业政策变化、配套设施建设和推广速度以及客户认可度等因素影响,导致新能源汽车市场需求出现较大波动,将会对公司的盈利能力造成不利影响。
本文选自信达证券近期报告《斯达半导:IGBT国内领军者,聚焦新能源汽车市场》,具体内容欢迎咨询信达电子团队
方 竞 fangjing@cindasc.com S1500520030001
李少青 lishaoqing@cindasc.com S1500520080004
刘志来 liuzhilai@cindasc.com
童秋涛 tongqiutao@cindasc.com
感谢王羽展对本报告的支持与付出。