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汽车半导体深度-功率器件:SiC时代,产业公司梳理

汽车半导体深度-功率器件:SiC时代,产业公司梳理

一、汽车功率器件:电动化核心增量

功率半导体本质上是起到开关作用,实际应用中可通过多个功率开关组合,控制拓扑电路中电流的开闭、流向、大小,进而通过调速、调频对执行部件进行控制和驱动。不同材料(Si、SiC、GaN)、不同类型的功率器件(MOSFET、IGBT分立器件或模块)均有其适合的工作电压、功率和开关频率范围,关键的性能参数指标包括开关及导通损耗、热量损耗、开关频率、晶圆面积、封装尺寸等。



总结汽车上涉及到功率转换的场合包括:

  • 1)传统燃油车上的各类执行器和负载(12V/24V系统)。电控子系统中直流电机、电磁阀、继电器、LED等负载驱动(栅极驱动器IC+低压MOS管),和多种功率IC(芯片电路中电压转换、稳压器等)。
  • 2)48V轻混系统中新增的DC/DC、BSG驱动。BSG电机驱动(栅极驱动器IC+MOS管),和48V/12V DC/DC拓扑电路。
  • 3)强混、插混或纯电动车型中新增的逆变器、车载充电机、DC/DC。驱动电机逆变器(IGBT、SiC MOS),OBC拓扑电路(高压MOS、SiC MOS),高压至12VDCDC拓扑电路(高压MOS、SiC MOS)。



1功率半导体:高壁垒、强盈利、大市值

认为汽车功率半导体是非常优质的投资方向,主要原因在于:

  • 1、汽车电动化拉动功率半导体需求大幅增长,单车价值量从70美元(汽油车)攀升至400美元(纯电动汽车);
  • 2、技术壁垒高,规模效应强,盈利能力突出,毛利率普遍超过35%;
  • 3、除汽车市场外,还有工业、消费、电网、光伏、风电等诸多下游应用;
  • 4、汽车供应链稳定,技术更迭比消费电子慢,投资回报风险小;
  • 5、目前的功率半导体企业中已出现英飞凌、安森美、意法等大市值的巨头。







2电动化拉动需求倍增

电动化、智能化、网联化作为未来汽车行业变革的主旋律,其中大部分的技术创新都与半导体紧密相连,带动包括传感、功率、MCU、模拟、逻辑、存储在内的整个汽车半导体市场需求快速增长。其中,功率器件作为控制及驱动模块弱-强电、交-直流电能转换的核心,在电路中起到整流、放大及开关的作用,在电控系统、电驱动系统等场合获得广泛应用。



根据英飞凌的数据,目前汽油车单车半导体平均价值量约420美元,功率半导体(分立器件、模组及IC)合计占比17%,约70美元。我们判断未来汽车功率器件核心增量来自两大趋势:

  • 第一,混动以及新能源汽车销量快速增长(高压、大功率)。根据英飞凌援引Strategy Analytics的数据,48V MHEV、PHEV、BEV在燃油车基础上单车功率半导体分别新增90、305、350美元价值量,占所有新增半导体价值量的比例高达80%;其中BEV功率半导体单车价值较汽油车增长4-5倍。
  • 第二,汽车电控子系统渗透率提升。比如EPS、ESP、iBooster等安全类应用,LED自适应大灯、天窗、座椅控制等车身及舒适性应用等,新电控功能的渗透往往伴随着功率半导体价值的提升。







二、低压MOS:市场高度成熟,面临电动化冲击

1低压MOS:汽油车应用的主要功率器件

目前汽油车普遍采用12V低压为负载供电,因此使用Si MOSFET作为电控系统的功率开关。我们估计目前平均每台车配备约120个MOSFET,绝大多数为硅基低压MOSFET,英飞凌预计未来高端纯电动汽车上高低压MOSFET总数量有望达到400个。以最典型的电动助力转向系统EPS为例来说明MOSFET的工作原理:车辆运行过程中,方向盘扭矩及转角传感器监测方向盘转角及扭矩信息,轮速传感器监测车轮转速,控制器(ECU)通过CAN总线实时获取传感器信号,MCU根据特定逻辑实时处理信号,计算得到一个理想的助力力矩并输出数字信号,通过三相半桥功率MOSFET来控制直流无刷电机的开关、正反转及加减速,最终实现助力效果。除此之外,MOSFET还在该电路中起到防电源反接、过流保护、相切断等功能。



总结功率MOS主要有三大应用场合:直流电机、电磁阀、LED等负载的驱动;电源防反接、防过流等电路保护;电源模块中Buck、Boost、Cuk等电压转换。

1)判断直流电机、电磁阀、LED等负载驱动是目前功率MOS最常应用的场合,未来持续增长主要得益于三个方面:汽车上直流电机数量持续增加、直流无刷电机BLDC逐步替代有刷电机、功率MOSFET逐步取代继电器。根据英飞凌的数据,汽车上直流电机数量稳步增长,过去几年复合增长率为5%-6%。目前汽车上平均有30多个直流电机,而豪华车型上直流电机数量高达70个,英飞凌预计2022年全球汽车直流电机出货量有望达到42亿个。



判断汽车上新增直流电机需求主要有两大动力:一是油耗、排放要求不断提高,体现为水泵、燃油泵、润滑油泵、液压油泵等机械泵逐步切换至电子泵;二是整车智能化水平提升,机械执行部件电子化,体现为底盘、车身等电控功能不断增加,并且渗透率逐步提升,EPS、ESP、EPB、iBooster、自适应大灯、电动天窗、座椅调整及加热、自动空调、后视镜等配臵需求持续增长,进而拉动电机出货量。



汽车直流电机,包括有刷电机BDC、无刷电机BLDC、步进电机三类。有刷电机构造简单、易操控且成本低廉,是目前汽车上应用最多的直流电机类型,但缺点在于效率较低、控制精度较差、电刷和换向器损耗大且电气噪声较大;直流无刷电机BLDC能够精确控制所需扭矩和旋转数、寿命长,但控制端成本及难度增加较多,目前主要在中高端车型上应用于安全性相关的系统,如EPS、ESP等;步进电机通过控制脉冲个数来控制角位移量,使其按照固定角度一步步运行,达到准确定位,常用于机械仪表、空调风门电机、电子后视镜、AFS大灯、HUD等需要角度位臵控制的场合。

汽车直流电机驱动所需MOS管的性能和数量随场景应用差异较大,比如空调系统鼓风电机一般为单向运行,如果使用BDC仅需要1个MOS管作为开关,而车窗、天窗等电机需要双向运行,如使用BDC则需要4个MOS管形成全桥控制。单极或多极、单相或多相步进电机需要的功率MOS数量也各不相同,目前普遍使用双极两相步进电机,需要8个MOS管作为驱动开关。而BLDC作为三相电机,一般用6个MOS管进行驱动控制。

2)电源防反接、防过流等电路保护;

低压MOS的另一大应用场合是在电路的防反接、防过流保护方面,普遍采用PMOS来实现保护功能。估计单车用于电路保护的MOS管数量大概在20个左右。

3)电源模块中Buck、Boost、Cuk等电压转换电路。

燃油车的电源来自12V/24V蓄电池,但电器负载的工作电压范围广泛,有低至5V的芯片,还有在85V电压稳态运行的氙气灯等高压系统,需要各种各样的电压转换电路来满足应用需求,常用的包括Buck降压、Boost升压等。

统计目前燃油车上平均有接近120个低压MOS管,其中动力传动系统、座舱娱乐系统及车身舒适性等系统数量分布较为均匀,但根据系统功率、工作环境、电压等级(40-100V)的不同,单价水平存在明显差异。从总体价值量来看,我们估计目前包括发动机、变速器在内的动力传动系统占比最高,基本接近50%。认为,低压MOS管市场已经成熟,舒适性系统新增需求落地较为缓慢,48V作为过渡方案有望贡献阶段性增量,但同时正面临电动化的冲击,预计未来3-5年内仍将保持低速稳定增长,长期看市场规模将有所萎缩。



2技术迭代:尺寸小、功耗低、散热佳

MOSFET(金属氧化物半导体场效应电晶管,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)分为栅极(Gate)、源极(Source)和漏极(Drain)三个管脚,按照导电沟道可分为N沟道MOS和P沟道MOS,按照栅极电压幅值可分为增强型及耗尽型,按照应用场合所需功率及电流等级可分为功率型和小信号型。目前常用MOS管包括增强型的N沟道及P沟道功率MOSFET,其中NMOS特性为当VGS高于一定值时源极及漏极间导通,比较适合源极接地的低边驱动场景,而PMOS特性则相反,VGS低于一定值时源极及漏极间导通,比较适合源极接VCC的高边驱动场景。由于PMOS导通电阻较高,一般仅作为防反接保护、高边驱动和同步buck电路,我们估计同等规格价格是NMOS的1.5-2倍。因此功率NMOS为目前最主流的应用。



在MOS管前端晶圆的通用结构经历了平面→栅极→超级结的迭代的同时,单位die面积上对应的导通内阻大幅下降,晶片面积及MOS管尺寸也得以不断缩小。当器件自身的导通内阻已大幅下降至非常低的水平,封装带来的内阻开始逐渐显著,成为降低内阻的另一改良方向。



3市场:外资重心转向高压,国内车规有望突破

2018年全球MOSFET分立器件市场规模约76亿美元,我们估计其中不到30%应用于汽车行业,前五大厂商合计市场份额超过60%,前十大厂商中除闻泰科技收购的Nexperia以外,基本被外资垄断。



低压MOSFET市场已经较为成熟,国际厂商纷纷加码超级结MOS、IGBT、SiCMOS等高压器件,力求抓住增长机遇。比如,安森美于2016年以24亿美元收购Fairchild,获得其高压Si及SiC MOS技术,并丰富自身高压IGBT产品线。我们判断高、低压的产品线具备良好的协同效应,一方面低压产品出货量大,分摊产能折旧,另一方面也能为客户提供高、低压场景所需的综合解决方案。考虑到低压MOS的技术迭代速度放慢,国产供应商有望进一步缩小与外资的差距,实现进口替代。

目前国内涌现出一批MOSFET厂商,集中在消费、工业领域,我们总结大致分为三类:第一类是从二极管、晶闸管等扩展至MOS的IDM厂商,MOS的销售规模不大,晶圆尺寸多为4或6英寸,与8英寸代工产品相比,生产效率、器件产量规模及价格上并无优势,比如扬杰科技、捷捷微电、华微电子等;第二类是芯片设计能力较突出,采用Fabless模式,在华虹宏力、上海先进等代工厂进行8英寸代工,我们判断销售规模与代工厂产能协议相关度较大,毛利率也会被代工环节有所削弱,比如无锡新洁能;第三类则是全线布局低/高压MOS、IGBT芯片乃至模块的IDM厂商,自建8英寸晶圆厂逐步填充产能,高投入、高风险,但一旦设计及工艺能力突破,将具备绝对性优势,其中最具代表性的厂商是士兰微。

本土MOSFET企业虽然已经在消费和工业领域站稳脚跟,但汽车供应链配套经验很少,尤其缺乏下游汽车电子一级供应商的支持,随着企业投入不断加大,无论产品设计,还是生产工艺均有望逐步缩小与外资的差距。同时考虑到低压MOS的单价较低,市场增长有限,外资具备降价空间,国内汽车电子一级供应商能力较弱,我们判断进口替代的过程将比较缓慢。



三、电动车功率器件:高压、高频、高价值

1IGBT、高压MOS:电动车应用的主要功率器件

与燃油车相比,电动汽车的动力系统由发动机、变速器等机械零部件转变为电池、电机、逆变器、DCDC、OBC等电气零部件,功率器件的性能要求更高,单车用量和价值也大大提升。

总结目前电动车新增功率器件的需求,主要有三个方面:

  • 1)逆变器中的IGBT模块。目前乘用车多采用功率80-150kW及以上的交流驱动电机,要求逆变器中功率器件至少能承受400V/500A的工作电压和电流,并维持良好的温度稳定性。由于传统的Si MOS在高压状态下漂移区阻抗和系统损耗大幅提升,因此采用IGBT模块来应对高电压、大电流的需求。
  • 2)OBC、DC/DC中的高压MOS管。车载OBC和DC/DC属于功率较低但频率要求高的零部件,是非常适合超级结中高压MOS管的应用领域。
  • 3)辅助电器中的IGBT分立器件。比如空调系统中的PTC加热器、空调压缩机、鼓风机、冷却风机,以及电池冷却系统中的水泵、润滑油泵等,驱动电机功率普遍在1-5kW之间,对频率要求不高,一般采用IGBT分立器件进行驱动。



2IGBT模块:电机逆变器核心部件

电动汽车的电机逆变器由功率模块、高压薄膜电容、控制板、驱动板、母线、电流传感器等部件构成,其中功率模块占总成本比例约40%,是系统中的最核心部件。IGBT功率模块大多采用“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,并且会并联快恢复二极管FRD以保护IGBT不被反向电压击穿。



IGBT模块制造过程复杂,需要通过晶圆制造→芯片切割及测试→芯片挑选→芯片焊接及接线→散热器安装→外壳装配→模块测试等多个步骤,最终保证整个功率模块的一致性及可靠性。IGBT模组的静态及开关性能、功率损耗、散热性能、疲劳特性等一方面受制于IGBT及FRD芯片的性能,另一方面也与模块的连接和封装密切相关。



3IGBT分立器件:中等功率电机驱动开关

IGBT分立器件在电动车上的应用主要集中在以下两方面:

1)少数电动车厂家的电机逆变器采用IGBT分立器件并联的方案,最具代表性的是特斯拉。以Model S后臵320kW的电机逆变器为例,单桥臂采用14个IGBT管并联,共使用84个分立器件。我们判断其原因在于特斯拉追求加速性能,电机驱动功率远超过常规IGBT模块工作功率(一般在80-150kW),需要多模块并联才能实现300kW以上的功率要求,但这种方式造价高、一致性相对较差、体积上不占优势,因此特斯拉选择采用标准TO-247封装的IGBT分立器件来自行搭建。

2)IGBT分立器件最主要的应用还是在空调系统的PTC、压缩机、鼓风机、冷却风机以及电池冷却系统中的水泵、润滑油泵的驱动电路中。这些电机功率普遍小于5kW,高压动力电池直接供电,采用600V的IGBT分立器件作为驱动开关。

4超级结MOS:最适宜充配电系统

超级结MOS凭借其更快的开关频率特性,主要应用于电动汽车车载充电机及DC/DC电路中。以英飞凌CoolMOS为例,主要有600/650/800V三个电压等级。车载OBC的核心作用是将电网中的交流电进行整流、整压来为电池充电。目前中低端车型的OBC功率多为单相3.7、7.4kW,随着电池容量逐步增加,同时要压缩充电时间,部分中高端车型已开始采用三相11kW、甚至22kW的OBC功率配臵。同时,OBC也逐渐往双向充电的方向去发展。我们估计这两大趋势带动OBC中的超级结MOS管用量从目前5-8个最多可增加至14个。DC/DC的核心作用是将电池包300-400V的高压转换为车载电器所需的12V电源,功率普遍为1.8/3.7kW,一般在高压侧需要用到4个超级结的MOS管,低压侧可以选择40V的二极管或者MOS管。

5IGBT市场:外资基本垄断,斯达崭露头角

根据英飞凌援引IHSMarkit的数据,2018年全球IGBT市场规模高达62亿美元,其中模块、分立器件及IPM分别占比52%、21%及27%。分下游来看,我们估计汽车行业模块及分立器件的用量占比均在25%的水平。

目前IGBT芯片基本都被外资垄断,各厂商在不同电压等级各有侧重。英飞凌、安森美、ST主要集中于应用最广的1200V及电动汽车当前所在的600-650V领域,而三菱电机、日立、ABB等主要在2500V以上的高压市场展开竞争。这些主流厂商均具备从IGBT芯片到模块的IDM能力。从模组端竞争格局来看,除IGBT芯片巨头以外,涌现出Semikron、Danfoss、Vincotech、斯达半导等一批以模块封装为主业的厂商,凭借在模块封装层面的技术积淀进入全球前十行列。









四、SiC:性能优越,势不可挡

1性能优越,电动车应用加速落地

SiC与Si相比,在耐高压、耐高温、高频等方面具备碾压优势,是材料端革命性的突破。1)耐高压:SiC击穿场强是Si的10倍,这意味着同样电压等级的SiC MOS晶圆的外延层厚度只需要Si的十分之一,对应的漂移区阻抗大大降低,而且禁带宽度是Si的3倍,导电能力更强;2)耐高温:SiC热导率及熔点非常高,是Si的2-3倍;3)高频:SiC电子饱和速度是Si的2-3倍,能够实现10倍的工作频率。

认为,SiC应用到电动汽车的逆变器、OBC、DC/DC时,更低的阻抗带来更小的尺寸,更高的工作频率可以有效的降低电感、电容等被动元器件的尺寸,更耐高温可以减小冷却系统的尺寸,最终带来的是系统级别体积的缩小和成本的降低。



估计目前SiC功率器件的价格是Si的5-10倍,但考虑到系统成本的节省(被动元件、散热器等),车载OBC已基本能够打平。而在逆变器层面,根据Cree的测算,SiC逆变器能够提升5-10%的续航,节省400-800美元的电池成本(80kWh电池、102美元/kWh),与新增200美元的SiC器件成本抵消后,能够实现至少200美元的单车降本;根据罗姆的测算,到2026年几乎所有搭载800V动力电池的车型采用SiC方案都将更具成本优势。





2芯片及模组技术具备升级空间

目前SiC MOS仍存在平面型及沟槽型两类技术路线的分化,但从中长期看,我们判断沟槽型结构是SiC MOS芯片发展的确定性方向。Cree旗下Wolfspeed的1/2/3代、ST的1/2代、三菱电机的1/2代SiC MOS均采用平面型结构。Rohm于2015年发布全球首个量产沟槽型SiCMOS,从第3代产品开始坚定走沟槽型结构路线(3代Trench MOS相比2代PlanarMOS导通内阻降低50%);Infineon于2016年推出了首款沟槽型SiC MOS,Denso也已研发出沟槽型SiC产品;ST计划从第4代产品开始转向沟槽型结构;Cree也表示其沟槽型MOS正处于研发阶段。

3市场:龙头扩产,拉低器件价格

目前制约SiC功率器件大规模应用的核心原因依然是成本,主要源于低效的晶体生长过程。传统硅晶圆制作是将多晶硅在1500°C左右融化后,将籽晶放入其中边匀速旋转边向上提拉形成约2m的硅锭,再进行切割、倒角、抛光、蚀刻、退火等步骤形成晶圆。而SiC晶锭的制作相比Si则低效很多,普遍采用PVT法,将固态SiC加热至2500°C升华后再在温度稍低的高质量SiC籽晶上重新结晶,核心难点在于:1)加热温度高达2500°C,且SiC生长速度很慢(<1mm/h);2)生长出的晶锭尺寸远远短于Si;3)对籽晶要求很高,需要具备高质量、与所需晶体直径一致等特点;4)SiC晶锭硬度较高,加工及抛光难度大;

从产业链分工的角度来看,总结目前Cree、Rohm、ST都已形成了SiC衬底→外延→器件→模块垂直供应的体系。而Infineon、Bosch、OnSemi等厂商则购买SiC衬底,随后自行进行外延生长并制作器件及模块。Infineon在收购Wolfspeed失败后,做出战略调整,认为衬底研发高风险、高投入、耗时久,希望在保持低CAPEX的同时提高衬底的利用效率,因此收购德国Siltectra,借助其Cold Split技术有效降低每片SiC衬底晶圆的厚度,芯片产量至少提升一倍。目前SiC市场的供给牢牢把控在衬底厂商手里,Cree、II-VI及Si-Crystal(Rohm旗下)合计占据了90%的出货量,而器件及模组的供应商中Cree、Rohm、Infineon及ST合计占据了超过70%的市场份额(2017年)。国内厂商在SiC领域还处于相对落后的阶段,在衬底端,天科合达(TankeBlue)、山东天岳(SICC)合计出货量仅有2%,中车时代6英寸SiC器件生产线于2018年2月通线,器件和模组端逐步向商业化推进。







五、国内汽车功率半导体的机遇

总的来讲,汽车功率半导体是一个增量市场,受益于混动和新能源汽车销量快速增长。随着排放、油耗法规愈发严苛,以及新能源双积分政策奏效,国内汽车功率半导体将保持旺盛的市场需求,主要产品是IGBT以及中长期的SiC MOS。考虑到国内功率半导体产业链与国外相比起步较晚,工艺水平仍有提升空间,供应链基础相对薄弱,认为对于本土企业存在以下机遇:

  • 1、低压MOS:低压MOS在汽油车上已得到广泛应用,未来增速并不突出,并且长期看会受到电动化的冲击,但低压MOS是功率芯片企业进入车规供应链一个很好的突破点,有助于未来向高压MOS、IGBT、SiC进一步升级。相比代工模式,我们更看好IDM的长期优势,尤其在汽车行业的应用,国内企业需要的是长期投入的耐心和决心。
  • 2、IGBT:标准模块和IPM约占到整个市场的80%,国产替代一定是按照先模组再芯片的顺序,一方面模组与芯片相比技术壁垒较低,另一方面国产芯片的导入大概率必须要通过国产模块。因此,能够及时打入国产模块的市场是先发优势,奠定了短中期公司成长的基础,而且能够基于IGBT模块的经验继续切入SiC模块市场。
  • 3、SiC MOS:以大中客、中重卡为代表的纯电动商用车(纯电动和燃料电池均可)通常搭载200kW及以上的电机,且成本接受度高,可靠性、寿命要求低于乘用车,SiC MOS模组和芯片均可作为国内企业的切入点,积累量产经验,再进一步突破乘用车客户。

六、国内重点关注公司

认为汽车功率半导体行业存在两类投资机会:

  • 1)全球市场的SiC趋势:现阶段SiC产业链的突破重点由Si体系的芯片设计和工艺向上游的衬底材料转移,建议关注衬底供应商Cree,以及SiCMOS供应商ST,国内企业中有山东天岳、天科合达、泰科天润等;
  • 2)国内市场的进口替代:Si IGBT模块、IGBT及MOS芯片。判断目前本土企业IGBT模块已开始进入车规体系,IGBT及MOS芯片已进入工业体系并开始车规认证,预计3-5年取得量产突破。建议关注斯达半导、士兰微、闻泰科技、华虹半导体,国内相关公司还有宁波达新等。

1斯达半导(603290.SH):紧抓IGBT模块机遇,同步夯实芯片能力

斯达半导体于2005年4月成立,总部位于浙江嘉兴。自成立起,持续围绕功率半导体深耕细作,核心产品包括全系列的IGBT模块、IGBT芯片及FRD芯片等,打破外资垄断实现进口替代,已成为国内第一大、全球第八大IGBT模块厂商。目前IGBT模块产品超过600种,成功应用于新能源汽车、工业变频器、逆变焊机、UPS、光伏及风力发电、白色家电等多个下游领域,核心客户包括英威腾、汇川技术、巨一动力、上海电驱动等国内工业变频及新能源汽车电机控制器龙头,并已进入奇瑞、长安、江淮、宇通、金龙等整车厂供应体系。公司不断贴近下游市场需求,全面开发600-1700V各系列模块,并持续专注于IGBT及FRD芯片的自主研发设计,在华虹宏力、上海先进等代工厂进行流片,持续提升模块产品中自研芯片的占比,IGBT及FRD芯片的外协数量比例2019H1已提升至54%,产业链的主动权掌握在自己手里。从芯片技术方面来看,公司于2011年和2015年分别独立研发出NPT型和最新一代的FS-Trench型IGBT芯片,并分别于2012年和2016年底实现量产,2017年也成功量产FRD芯片,并解决了包括8英寸晶圆减薄、背面高能离子注入、沟槽栅挖槽成型等芯片制造关键技术。2018年底公司已量产所有型号IGBT及FRD芯片,真正实现了从芯片到模组的垂直体系供应。

2闻泰科技(600745.SH):低压MOS龙头

2019年11月,闻泰科技实现对安世集团的控股,而安世集团核心资产为收购的NXP的标准产品事业部Nexperia。Nexperia主营业务包括双极性晶体管和二极管、逻辑及ESD保护器件、MOSFET三大块,其中MOSFET全球市占率接近4%,汽车类MOS出货量仅次于英飞凌。采用IDM模式,目前在英国曼彻斯特和德国汉堡各拥有一座前端晶圆加工厂,在广东、马来西亚、菲律宾各拥有一座后端封测工厂。我们认为,Nexperia来自外资正规体系,多年研发投入及产品质控能力奠定在汽车、工业等领域龙头地位,自NXP分拆后有望借助国内渠道及资源,进一步提升在国内的分立器件市占率。



3士兰微(600460.SH):坚持IDM,持续扩张产能

士兰微成立于1997年,2003年A股上市,自成立起逐步将LED芯片、驱动及封装、功率模块及芯片、MEMS传感器及磁传感器等多产品品类纳入主营范围。在功率半导体领域,士兰微2010年开始进入功率模块封装领域,2011年发布首款采用自主芯片的变频电机功率模块,随后围绕着IGBT、超结MOSFET、智能功率模块IPM的设计研发和工艺技术方面持续布局。2018年出货超过300万颗IPM用于国内变频白电,2019年在杭州青山湖开工建设汽车级功率模块封装厂。士兰微坚持走IDM模式,持续扩张晶圆产能。≤6英寸的芯片制造产能排在全球第五位。2017年正式投产8英寸产线,是国内首家拥有8英寸产线的设计公司,已将高压集成电路、高压MOS、低压MOS、肖特基管、IGBT等多个产品导入量产,2018年产出接近30万片芯片。2019年计划投资15亿元用于8英寸芯片生产线二期项目,新增43.2万片芯片产能。同时2017年与厦门市海沧区政府达成战略合作,共投资220亿元,规划建设两条12英寸特色工艺晶圆生产线(MEMS及功率器件)及一条先进化合物半导体生产线,其中12英寸一期产线预计2020年投产。

4宁波达新:致力IGBT芯片国产化

宁波达新半导体于2013年成立,主要从事IGBT、MOSFET、FRD等功率半导体芯片的设计、制造和销售,总部位于浙江余姚,在上海及杭州分别设有芯片设计中心及模块生产线。其创始人陈智勇博士有12年的美国IR公司芯片工艺开发及产业制造经验,并率先在国内实现IGBT芯片的量产销售。目前公司在6寸及8寸晶圆上同时开发出二代(平面型NPT)、三代(平面型FS)、四代(沟槽型NPT)及五代(沟槽型FS)全部IGBT芯片技术,涵盖600V、1200V和1700V电压范围,核心指标接近国际最先进的产品指标。而且已成功开发多种IGBT模块产品,电压等级涵盖600V~3300V,可应用于逆变焊机、变频器、感应加热、大功率电源、UPS、新能源汽车、太阳能/风力发电、SVG等多领域。

5华虹半导体(01347.HK):国内功率代工龙头

华虹半导体全资子公司华虹宏力致力于特色工艺技术的代工服务,早在2002年就进入功率半导体代工领域,是全球首家、最大的功率分立器件8英寸代工厂,掌握深沟槽超级结(Deep Trench Super Junction)、场截止型IGBT(Field Stop,FSIGBT)等核心技术,拥有背面薄片、背面高能离子注入、背面激光退火以及背面金属化等一整套完整的FS IGBT的背面加工处理能力。目前华虹宏力代工的MOSFET已应用于汽车的油泵系统、AC/DC转换器以及ESP等系统。2019年9月,总投资100亿美元的华虹无锡集成电路研发和制造基地(一期)12英寸特色工艺生产线顺利建成投片,也是全国第一条12英寸功率器件代工生产线。2020年1月1日,华虹无锡厂举行首批功率器件晶圆投片仪式,并与无锡新洁能现场签约。

6Cree(CREE.O):全球SiC衬底绝对龙头

Cree成立于1987年,多年致力于SiC/GaN功率及射频、LED及照明三大业务板块的发展。Cree早在1991年就发布了全球首款商用SiC晶圆,并分别于2002年及2011年发布全球首款SiC JBS肖特基二极管及SiC MOS,2016年引领行业进入6英寸SiC晶圆时代。过去22年内全球96.5%SiC衬底均由Cree供应,目前仍占据了60%以上的份额,是第三代宽禁带半导体的绝对龙头。2019年9月,Cree宣布计划2019-2024年投资7.2亿美元将SiC材料及晶圆产能扩充30倍,包括建造一座车规级8英寸功率及射频晶圆工厂,以及扩产超级材料工厂,计划2022年量产,完全达产后器件能够满足550万辆BEV需求,衬底能够满足2200万BEV需求。

7意法半导体(STM.N):SiC器件配套特斯拉,势头强劲

意法半导体作为传统功率半导体龙头,在MOSFET领域领先优势明显,而在电动汽车目前价值量最高、需求最大的IGBT领域并不算突出。但借助在MOS领域多年积淀,紧抓SiC MOS发展机遇,为特斯拉Model 3逆变器定制SiC小模块方案,成为目前全球唯一具备SiC电机控制器量产经验的厂商。ST目前在意大利Catania拥有一座6英寸SiC晶圆厂,2017年已量产,2019年已扩产至2017年的3倍。随着特斯拉Model 3全球范围内销量大幅攀升,以及传统整车厂大多计划在2022/23年推出基于SiC方案的豪华BEV,对SiC芯片需求成倍增加,ST计划在亚洲进行第二座SiC晶圆厂的建设,并于2021年以后转向8英寸方案。在衬底端,一方面与Cree、SiCrystal达成超过6亿美元的供货协议,另一方面已完成瑞典SiC晶圆厂商Norstel100%股权收购形成垂直供应体系,我们预计ST将在第三代半导体革命中凭借SiC先发优势把控龙头地位。

8山东天岳:SiC衬底能力获华为肯定

山东天岳成立于2010年11月,是以SiC衬底材料为主营业务的高新技术企业。目前已投资15亿元建成SiC单晶衬底材料产业化基地,在国外设有4个研发中心,拥有十余名博士领衔的国内研发团队和国内外60余位行业专家,已于2017年自主研发4英寸半绝缘型衬底材料。根据天眼查,2019年8月获华为旗下哈勃科技投资。

9天科合达:依托中科院,SiC衬底扩产

北京天科合达于2006年9月由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立,专业从事第三代半导体SiC晶片研发、生产和销售。总部公司设在北京市大兴区生物医药基地,拥有一个研发中心和一个集晶体生长、晶体加工、晶片加工、清洗检测的全套SiC晶片生产基地,全资子公司新疆天科合达蓝光半导体有限公司主要进行碳化硅晶体生长。2018年实现营业收入7813万元,归母净利润351万元。2019年12月,全资子公司江苏天科合达半导体SiC项目正式于徐州市投产,总投资5亿元,占地面积26000平方米,车间内共配备250套SiC单晶生长炉及其配套切、磨、抛设备的SiC衬底生产线,可实现年产4-8英寸碳化硅衬底6万片。

10泰科天润:SiC器件已批量出货,6英寸工厂即将量产

泰科天润于2011年4月在北京海淀区成立,2012年3月SiC工艺线就开始试流片,2012年第一代1200V/20A的SiC肖特基二极管便研发成功,2016年1200V/10A的SiC MOS样品试制成功,2018年12月取得IATF16949的质量体系认证。根据半导体行业观察,公司目前在北京拥有一条4英寸SiC晶圆产线,2019年3月6英寸SiC器件生产线项目正式签约落户九江经开区,总投资10亿元,规划年产能达到6万片。

发布于 03-18

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