功率半导体乘风新能源,国产代替即将实现?

电子学者 2022-03-29

新能源半导体英飞凌

2901 字丨阅读本文需 7 分钟

功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心。功率半导体是一种广泛用于电力电子装置和电能转换和控制电路的半导体元件,可通过半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。功率半导体具有能够支持高电压、大电流的特性,主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等。除保障电路正常运行外,因其能够减少电能浪费,功率半导体还能起到节能、省电的作用。

功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类。

功率分立器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类,其中晶体管市场规模最大,常见的晶体管主要包括IGBT、MOSFET、BJT(双极结型晶体管)。

功率IC是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路,是系统信号处理部分和执行部分的桥梁。

IGBT、MOSFET等全控器件主要用于汽车、逆变器、轨交等结构相对复杂的应用领域。功率半导体种类较多,根据可控性分类可以将功率半导体分为不可控型(二极管)、半可控型(晶闸管为主)及全控型(IGBT、MOSFET为主)。

二极管、晶闸管等传统器件在较复杂的高频率下应用较为困难,但优势在于成本较低,生产工艺相对简单,主要适用于结构相对简单的产品领域。IGBT、MOSFET等器件更多应用于高压、高可靠性领域,工艺结构相对复杂且生产工艺难度较高,成本也相对较高,在汽车、逆变器、轨交等领域广泛使用。

功率半导体下游应用广泛,新能源汽车、可再生能源发电贡献增量市场空间。功率半导体下游应用主要包括消费电子、白色家电、工业控制、新能源汽车等。针对不同应用场景对应的功率和频率,各领域产品选择使用相应的功率器件。功率MOSFET因其开关高频、低损耗特性,主要应用于手机、相机、PC、车载、照明、TV等领域。IGBT因其耐压高、开关速度快特性,主要应用于变频家电、新能源汽车、工业领域。

高速、微型化的集成模块逐渐成为制造商更好的选择。早期的功率半导体主要以结构相对简单的二极管为主;60-70年代各类型晶闸管有了很大的发展;20世纪80年代以后,功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET,常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路为主。伴随功率半导体的发展,设计工艺不断进步,高速、微型化的集成模块成为制造商更好的选择。根据目前国内在研项目和产品布局看,国内企业开始向价值量更高的中高端产品转型。

对工业有所了解的人来说,英飞凌的大名都如雷贯耳。脱胎于西门子半导体部门的英飞凌,经过20余年的发展,已经逐渐成长为全球功率半导体的绝对龙头,其产品渗透到各个细分领域;尤其是它的IGBT在新能源汽车、光伏、风电、轨道交通和工控领域占据着难以撼动的垄断地位。

但引起我们深度关注英飞凌是由于一组引人深思的数据:

过去十年,凭借优秀的产品性能,英飞凌在中国区收入比重从15%左右提升到现在的接近40%,成为其最大的收入来源地。而英飞凌实现的这一惊人数字,靠的却是极少的本地化,其在中国的资产(注:可以简单理解为厂房和产能)占比仅仅1%,员工人数占比也将将5%。

我们知道,收割中国市场的外资半导体品牌,多在国内铺陈了大量的资源,比如三星、海力士等等,或多或少的布局本地化/当地化。而英飞凌的这一组数据,显然是反映了其在供需关系中极其强势的位置,作为最重要的市场,英飞凌对中国的“重视度”明显不够,言下之意是,“东西我可以卖给你,生产你就别掺和了”。

而在今年的2月14日,英飞凌表示,由于供不应求及上游成本的增加,公司无力承担溢出的成本,计划涨价。这就意味着在2021年已经涨价一整年后,2022年年初,英飞凌再度由于市场火爆选择涨涨涨。

如果只是单纯涨价也就忍了,毕竟价格是市场供需的结果;但根据我们跟踪的产业情况来看,不少企业表示英飞凌交期延长到52周、也就是一年以上,甚至有车企、光伏逆变器企业说到拿不到货。英飞凌修改了商业规则,从“顾客就是上帝”变成了“供应商才是爸爸”。

缺货不是功率半导体的专属,在过去一年多的时间,由于全球供应链受到疫情的影响,我们听到一大堆匪夷所思的缺货断供故事:光伏缺硅料,锂电池缺碳酸锂,海运缺集中箱,发电企业缺煤……

对于其他产品来说,缺货只是短期供需失衡造成的边际挤压,而功率半导体(尤其是IGBT)的短缺,折射出中国工业的供应链硬伤。因为功率半导体扮演的是精密管控电力的角色,因此是大量工业设备、家电、汽车、高铁等等中的核心零部件,可以说,如果没有高效的功率半导体,大量的装备都会趴窝。

更为关键的是,功率半导体未来的最大下游,正是我国重点发展的新能源行业,涵盖了新能源汽车、光伏、风电和储能。为了配合新能源的大发展,我国势必要保障功率半导体供应链的稳定与安全,这也正是当前摆在我们面前的难题,而且还不得不做。

热度催生产业链的崛起

正是由于巨大的供需差,且参与门槛相对于其他半导体产品低,功率芯片成为国内企业争相布局的领域。

在A股两市上市的半导体公司数量其实不算多,到目前为止仅有92家,而其中主业为功率半导体的公司数量高达17家,占比接近20%,而上文也提到,功率半导体只占半导体行业整体规模的10%不到。显然是被“超配”的。

再看下市值分布,最小的仅40亿,最大的闻泰科技超过1200亿元(注:闻泰科技是双主业公司,手机ODM业务仍价值几百亿),也就意味着各种类型的公司都有,如果我们再考虑到没有上市的公司,就立马能够感知到这个领域的热度,大象蚂蚁都纷至沓来。

在媒体报道中,我们时常听到xx半导体公司投资xx亿元,其实很多都跟功率半导体相关。

如果再结合产业链配套以及非上市公司,我们可以清晰地看到目前国内的功率半导体已经完整地覆盖了从晶圆制造、设计到模块封测的全部环节,还有不少公司比如中车时代电气、比亚迪、士兰微等等是IDM(即全产业链一体化的)。

根据我们的跟踪研究,当前作为产业链整体来说,国内功率半导体已经具备了相当不错的水平。技术壁垒相对低的产品比如二极管、晶闸管、中低压MOSFET都基本上完成了对外资品牌的替代,IGBT基本上能够对标英飞凌4-5代的产品水平,华虹半导体也成功突破了在12寸线上制造功率半导体的难题。

仍然以车用的IGBT为例,越来越多的功率企业通过了车规级认证,比如斯达半导、中车时代电气、士兰微、比亚迪半导等等。只要产能和技术不掉队,这几年在车用领域,国产化率将直奔50%,可能英飞凌一家独大的日子将所剩不多了。

【2】流派云集的华山比武

中国功率半导体显然已进入了从10到100的阶段,我们对于这个细分领域的成功抱有相当高的期待,因此相信产业链将精彩纷呈,未来值得持续跟踪。

天下苦英飞凌久矣,我们看到各流派都在发起冲锋,为了加深大家的理解和记忆,我们将国内这10多家上市公司进行划分。

根据核心技术的来源,可以简单分为海归派和本土派:

(1)“海归派”

这类公司要么核心创始人来自海外,要么资产来自海外,这样能够确保早期技术能够突破,算是走了捷径,逐渐已经成为国内的中坚力量。

包括斯达半导(董事长沈华曾在英飞凌工作)、中车时代电气(技术来自收购英国丹尼克斯)、闻泰科技(技术来自收购安世半导体)、东微半导体(核心创始人龚轶和王鹏飞都曾在英飞凌工作)。

(2)“本土派”

经过20年的发展,本土公司也通过埋头苦干,生长出不少优秀的公司,虽然技术研发的过程筚路蓝缕,但是积淀下来扎实的公司文化,也保障了技术的自主性。

其中最为行业内津津乐道的就是有“七君子”故事的士兰微,其他代表公司还有捷捷微电、华润微、宏微科技等。

根据产能的来源,可以简单分为死磕派和突击派:

(1)“死磕派”

半导体产能的投资耗资大、周期长,且不确定性非常高,因此历史上愿意投资功率半导体产能的都是少数,都经历过不小的亏损。包括有中车时代电气、比亚迪半导体和士兰微。

好在这些公司已经都完成扭亏或者即将扭亏,过去产能是累赘压制财务报表,而未来将成为核心的竞争优势。

(2)“突击派”

产能是把双刃剑,在发展的早期,如果没有产能的束缚,公司能够跑得更快,能够快速的抢占市场,实现轻步兵的极限穿插战术。这种代表公司就有斯达半导、东微半导、宏微科技等。

文章来源: 锦缎,未来智库

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