我国《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》提出新能源汽车发展愿景,计划到 2025 年,国内新能源汽车渗透率达到 20%。国际上,欧洲多国二氧化碳限排政策,新能源汽车补贴政策双管齐下,以应对全球气候变暖的压力,汽车电动化路线愈加明显。在欧盟,ACEA 汽车温室气体排放协议规定,到 2030 年以前,汽车二氧化碳排放量需低于每公里 59 克。根据英飞凌测算,欧盟新能源汽车渗透率将在 2030达到 40%。
电动化带动功率半导体单车价值大幅提升,纯电车用功率半导体 ASP 达 330 美元是传统燃油车的 4.6 倍。以电力系统作为动力源的新能源汽车,对电子元器件功率管理,功率转换能力提出了更高的要求。在传统汽车中,功率半导体主要应用于车辆启动,发电和安全领域,低压低功率电子元器件即可满足其工作需求。而在新能源汽车中,电池输出的高电压需要进行频繁的电压变换,电流逆变,这些电路大幅提高了汽车对 IGBT、MOSFET 等功率半导体的需求。根据英飞凌数据,传统燃油车中,功率半导体含量为 71 美元,全插混/纯电池电动车中,功率半导体价值量为 330 美元,是传统燃油车的 4.6 倍。
根据 Yole 预计,2025 年全球功 率半导体市场规模将达到 225 亿美元。智研咨询统计 2019 年全球功率半导体市场中汽车领域 占比 35.4%,假设该比例维持不变,则预计 2025 年全球汽车功率半导体市场规模将达到 79.65 亿美元。
随着新能源汽车渗透率的逐步提高,作为新能源汽车重要配套设施的充电桩数量也需要同步提升。根据麦肯锡统计,2020 年中美欧新能源汽车充电需求约为 180 亿千瓦时,预计到 2030年,新能源汽车充电需求量将达到 2710 亿千瓦时,年复合增速 31.2%。新能源汽车充电设施需求的快速增长,也将带动充电桩关键零部件 IGBT 用量的大幅提升。
根据麦肯锡预计,中国、美国、欧盟三个地区需要在 2020-2030 十年间分别投入 190 亿/110 亿/170 亿美元资金建设新能源汽车充电桩 2000 万/2000 万/2500 万座,用以填补新能源汽车充电需求缺口。单个充电桩中,IGBT 占总成本比例约 20%.。由此可以推算出,未来十年中美欧新能源汽车充电桩用 IGBT 市场将有 94 亿美元增量空间。
IGBT 在汽车内有四种不同应用,第一是主逆变器核心器件,主逆变器将电池输出的直流电逆变为交流电驱动汽车电机;第二应用在辅助逆变电路中,用来为其他汽车电子供电;第三应用在 DC/DC 直流斩波电路中,用来输出电压不同的电流;第四应用在 OBC(充电/逆变)中,将外部输入的交流电逆变为直流电为新能源汽车电池充电。在电动化程度较低的汽车中,由于其电池输出电压低,功率器件工作的功率范围不高,可以用 MOSFET 替代辅助逆变电路、DC/DC 直流斩波电路、OBC 中的 IGBT ,以达到控制成本的目的。
IGBT 是 Insulated Gate BipolarTransistor 的缩写,即绝缘栅极双极型晶体管。它是 BJT 和 MOSFET 组成的复合功率半导体器件,集合了 MOSFET 开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小和BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。在新能源汽车中,IGBT 模块主要用于大功率逆变器,以逆变直流电为交流电从而驱动汽车电机;还用于辅助功率逆变器,为车载空调等汽车电子设备供电。
IGBT 按照不同应用环境,可分为 IGBT 单管,IGBT 模块和 IPM 智能模块。IGBT 单管是 N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管,通过向 PNP 型晶体管提供基极电流,导通整个电路。由于其适用电流较小,通常在 100A 以下,适用功率较低。但 IGBT 单管外部电路复杂,封装难度高,能体现 IGBT 制造商技术、工艺水平。IGBT 模块是由 IGBT 芯片与 FWD(快速回复二极管)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,多芯片通过绝缘方式并联集成封装在模块中,其安全性、可靠性得到有效提升,更适合在高压大电流场景中工作。IPM 智能模块是将 IGBT 器件与驱动电路、保护电路集成在一个模块上,由于其具有自我电路诊断、保护的功能,相比普通 IGBT 模块更智能化,常用于变频家电中。
根据 Yole 数据,2019 年全球新能源汽车 IGBT 市场规模为 6 亿美元。EV Sales Blog 数据公布 2019 年全球插电式混合动力汽车和纯电池电动车的销量约为 220 万辆,由此可推算出 IGBT 单车平均价值量为 273 美元(占单车功率半导体价值量 83%),考虑到目前全球半导体晶圆代工产能紧张,预计今年新能源汽车功率半导体价格仍将保持在较高水平,且未来单车价值将随着电动化趋势及双电机渗透率的增加逐步提升,乘以 EV tank 给出的未来各年全球新能源汽车的销量预测,预计全球新能源汽车 IGBT 市场规模将从 2020 年约 6 亿增长至 2025 年 44 亿美元,复合增速约 48.8%。
据 Omdia 2019 年统计数据显示,全球 IGBT 模块前十大供应商占据市场份额的 75.6%,市场格局集中,竞争格局较好。根据 NE 时代数据,2019 年中国共装配 108 万套车用 IGBT 模块,其中英飞凌以 62.8 万套装配数量占据了 58.2%的份额,处于市场领先地位。比亚迪微电子排名第二,共装配 19.4 万套,份额占比为 18%。三菱电机、赛米控分列第三、第四,份额为 5.2%和 3%。斯达半导位列第五,份额占比为 1.6%。另一家国内厂商中车时代电气位列第九,份额占比为 0.8%。2019 年新能源汽车 IGBT 模块前 4 大厂商份额合计 81.4%,呈现寡头垄断格局。而国内厂商仅有比亚迪微电子、斯达半导及中车时代电气三家企业入围市场份额 TOP10,占比 20.4%,国产化率较低。
从电压覆盖看,国产企业 IGBT 产品线覆盖日趋完善。国内厂商斯达半导目前拥有国内最全面的 IGBT 模块产品线之一,广泛覆盖高压(3300V)至中低压(600V)的应用领域;中车时代电器则以高铁、动车等细分领域为主,目前主要在 4500V 以上高压领域具备一定竞争力。英飞凌的产品完整覆盖了下游全电压等级应用领域,ABB 则主要面向高压和最高电压等级产品。整体看来,内资企业 IGBT 产品覆盖低压至高压的全市场,低压领域布局较为完善,但与国外厂商相比,我国功率分立器件在高压领域仍需加强。
2019 年中国新车销量达 2575 万辆,约占全球新车销量的 28.5%,是全球最大的汽车消费市场。虽然我国目前汽车保有量超过 2.6 亿量,但人均汽车保有量与发达国家仍有较大差距。根据世界银行数据显示,2019 年我国人均汽车保有量为 0.173 辆;美国为 0.837 辆,是中国的 4.8 倍;日本为 0.591 量,是中国的 3.4 倍,预计未来中国汽车销量仍将持续提升。广大的汽车消费市场为我国 IGBT 企业的发展提供了广阔空间,奠定了良好的发展基础。
燃油车方面,我国由于起步较晚,在传统燃油汽车行业竞争力偏弱,2020 年前三季度我国乘用车销量 1338 万辆,其中国产品牌乘用车销量占比仅约 36%。而在新能源汽车行业,我国抢抓布局,已建立起不俗的技术、市场优势。2020 年前三季度,中国新能源乘用车销量 62 万辆,其中自主品牌/造车新势力/外资合资厂商占比分别为 55%、15%、30%,国内厂商占比合计达到 70%,较传统燃油车提升明显。未来随着新能源汽车渗透率的逐步提升,预计国内汽车厂商的市场份额也将随之提升,迎来弯道超车。在贸易摩擦加剧背景下,国内新能源厂商出于供应链安全考虑,预计将更多使用国产IGBT,带动国产 IGBT 份额提升。
与国外竞争对手相比,国内 IGBT 厂商与汽车厂商的沟通成本低,供货速度快,服务能力强,能够快速响应下游客户需求,具有快速响应的优势。此外,国内功率半导体厂商还具有高性价比优势以及较低的物流和人工成本,契合新能源汽车厂商提升渗透率、市占率要求下的降本增效需求。
斯达半导
深耕 IGBT 十五年,IGBT 技术处于行业领先地位。公司在 IGBT 技术中深耕多年,打破了欧美日功率半导体巨头在 IGBT 技术、市场领域的垄断局面,开发出覆盖了 600V-3300V 电压等级、10A-3600A 电流等级的 600 余款 IGBT 模块产品,成为目前国内 IGBT 模块型号最齐全的厂商,可以为工控变频、电动车、新能源发电、变频家电等下游应用领域提供定制化服务。为提升毛利率,公司持续投入 IGBT 芯片研发以提升芯片自给率,降低芯片外购成本。根据公司招股说明书数据,芯片自给率从 2017 年 35.7%提升到了 2019 年 54.1%,未来有望进一步得到提升。
受益国产替代,工业控制 IGBT 市场份额有望提升。根据中国产业信息网,2018 年中国工业控制 IGBT 市场规模为 32.38 亿元,2018 年斯达半导工业控制领域收入 5.26 亿元,市占率 16.24%。受到中美贸易摩擦冲击供应链安全影响,预计 IGBT 国产替代进程将进一步加速。斯达半导在工业控制 IGBT 领域布局早,并且可以向客户提供成熟的高、中、低压变频器全套解决方案,预计公司在工业控制 IGBT 的市场份额将得到提升。
新能源车高速增长,带来 IGBT 量价齐升。2016 年公司成功量产 FS-Trench IGBT 模块,成为了国内少数可大规模生产车规级 IGBT 模块的厂商,2019 年共为 16 万辆新能源汽车装配FS-Trench IGBT 模块,约占国内市场份额 13%。目前公司主要为国产 A 级、A00 级汽车装配IGBT 模块,单机价值量较低。随着未来公司产品竞争力的提高,市占率将进一步提升,产品也将逐步导入到 B/C 级高端轿车,车用 IGBT 模块将迎来量价齐升。
布局车规级 SiC 模组,进一步开拓新能源汽车市场。2020 年,公司与 CREE 合作开发1200VSiC 模块已通过宇通客车认证,预计将于 2021 年开始装配。2020 年 12 月 18 日公司发布公告将投资 2.29 亿元建设年产 8 万颗车规级 SiC 模组产业化项目,继续加大新能源汽车领域投入。
中车时代电气
国内轨交装备电气系统龙头。株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车二级子公司,是我国轨道交通行业内具有领导地位的牵引变流系统供应商。公司坚持以技术研发为核心,在“同心多元化”战略指导下,从轨道交通业务出发,布局功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备等领域,打造新的业绩增长点。
以轨交 IGBT 为切入口,逐步打开新能源汽车、电网 IGBT 市场。公司 IGBT 产品定位于高端电力电子行业,目前已经实现 650V-6500V 全电压范围覆盖,是国内唯一自主掌握高铁动力 IGBT 芯片及模块技术的企业。2015 年,有公司自主研发的 IGBT 变流器首次走向海外,取得了印度 100 辆机车的订单,公司 IGBT 技术受到国际市场的认可;在输配电领域,公司生产的 IGBT 已经应用于乌东德工程、厦门柔直、渝鄂柔直、苏南 STATCOM、江苏 UPFC 等多个项目,随着公司电网 IGBT 技术的成熟,未来将获得更多订单;在新能源汽车领域, 公司目前已经在向长安、江淮、一汽供应 IGBT,产品主要由 2014 年 6 月竣工投产的 8 英寸 IGBT晶圆生产线(一期)生产,该产线年产量为 12 万片。由公司建设的国内首条 8 英寸车规级IGBT 芯片生产线(二期)也于 2020 年 9 月 26 日下线,年产量达 60 万片,这将为公司进一步打开新能源汽车 IGBT 市场。
闻泰科技
全球 ODM 龙头企业,收购安世半导体进军半导体行业。闻泰科技是全球领先的 ODM 制造商,从事移动终端、智能硬件等产品的研发、制造业务。2018 至 2019 年通过收购安世半导体股权,实现对安世的控股,进入半导体领域。
受益 5G 浪潮,ODM 迎来业绩增长。公司是全球手机 ODM 龙头,2019 年出货 1.13 亿台,占全球市场 27.6%的份额。2020 年,各大手机厂商密集推出新款 5G 机型,12 月 5G 手机销量占比达到 68.4%。作为已率先布局 5G 的行业龙头,闻泰科技将在 5G 手机渗透逐步提升的过程中充分受益。
安世半导体汽车业务有望为公司带来丰厚业绩。汽车是安世半导体产品最大的下游应用领域, 2019 年安世实现收入 103 亿元,其中汽车板块业务收入 43 亿元,占比 42%。对于车规级半导体产品,产品本身的可靠性与供应的稳定性是客户的核心需求。安世半导体在汽车领域已通过 ACE-Q100 和 Q101 两项汽车标准认证测试,产品受到博世、比亚迪、大陆、德尔福、电装等客户的认可,建立了长期的合作关系,构筑成强生态壁垒。随着未来汽车电动化程度加深,新能源汽车渗透率提高,汽车半导体将迎来量价齐升,安世半导体汽车业务有望为公司增厚业绩。
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