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第三代半导体SIC:爆发式增长的明日之星

第三代半导体SIC:爆发式增长的明日之星

2021-11-18 15:52

主要观点

 

SIC功率器件:性能优异,10年20倍增长

功率半导体的技术和材料创新都致力于提高能量转化效率(理想转化率100%),基于SIC材料的功率器件相比传统的Si基功率器件效率高、损耗小,在新能源车、光伏风电、不间断电源、家电工控等有广阔的应用前景。目前SIC行业发展的瓶颈主要在于SIC衬底成本高(是Si的4-5倍,预计未来3-4年价格会逐渐降为Si的2倍),同时SIC MOS为代表的SIC器件产品稳定性需要时间验证。我们认为国内外SIC产业链日趋成熟,成本也在持续下降,产业链爆发的拐点临近,Yole预计SIC器件空间将从2019年4.8亿美金到2025年30亿美金2030年100亿美金,即10年20倍增长。

 

SIC晶片:国内外差距缩小,行业高增+国产替代同时进行

SIC晶片主要用于SIC功率器件和5G GaN射频器件,未来10年市场空间随着下游SIC功率器件+GaN高频射频器件的增长而增长,我们预计SIC晶片市场将从2019年30亿RMB到2027年超过150亿RMB;

行业高增长+国产替代,天科合达/山东天岳有望成为SIC晶片领域的沪硅产业:相比于普通硅片分布在日韩美五个巨头手中,SIC晶片龙头70%以上的份额都在美国CREE和II-VI等公司,国产化也更迫切;目前国内的SIC晶片龙头山东天岳、天科合达等已经初具规模,第三代半导体SIC国内外差距较之前传统半导体领域有所减小,这一次 SIC晶片产业爆发和国产替代会同时进行,相关公司将充分受益这一波第三代半导体产业红利。

 

投资建议

SIC产业链会有一些新的公司进入,但是原来的IGBT龙头以及其他传统功率器件公司也都会是SIC功率器件的重要玩家,并充分受益于这一波十年以上的产业趋势。

建议关注:

1)国内IGBT龙头顺势切入SIC领域,关注斯达半导和未上市的比亚迪半导体/中车时代半导体

2)传统功率器件往SIC器件升级切入,包括闻泰科技,华润微、捷捷微电、扬杰科技、新洁能;以及较纯正SIC器件厂商泰科天润等;

3)布局SIC设备和材料的露笑科技,第三代半导体SIC/GaN全布局的三安光电

4)SIC晶片领域的天科合达、山东天岳

 

风险提示

SIC成本降低不达预期;

SIC器件稳定性可靠性指标不及预期;

国内SIC产业链跟国外差距进一步拉大的风险;

宏观经济导致行业景气下降的风险。

 

推荐关注公司盈利预测与评级:

 

正文目录

1 第三代半导体SIC:性能优异,爆发前夜

    1.1 第三代半导体SIC材料的性能优势

   1.2 第三代半导体SIC器件的性能优势

   1.3 政策支持VS产业成熟度提升

   1.4 SiC产业链总结

2 SIC器件:10年20倍成长,国内全面布局

   2.1 应用:新能源车充电桩和光伏等将率先采用

   2.2 门槛:SIC器件的壁垒和难点

   2.3 空间&增速:SIC器件未来5-10年复合40%增长

   2.4 格局:SIC器件的竞争格局

3 SIC晶片:高成长高壁垒,国产奋起直追

   3.1 成长分析

   3.2 壁垒分析

   3.3 竞争分析

   3.4 价值分析

4 投资建议

   4.1 天科合达

   4.2 山东天岳

   4.3 斯达半导

   4.4 三安光电

   4.5 华润微

   4.6 捷捷微电

   4.7 扬杰科技

   4.8 露笑科技

风险提示

 

一、第三代半导体SIC:性能优异,爆发前夜

1.1   第三代半导体SIC材料的性能优势

      第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料,应用极为普遍,包括集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用;

      第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb),主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件(LED),是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。

      Si基器件在600V以上高电压以及高功率场合达到其性能的极限;为了提升在高压/高功率下器件的性能,第三代半导体材料SiC (宽禁带)应运而生;

      第三代半导体主要是SIC和GaN,第二代和第三代也称作化合物半导体,即两种元素组成的半导体材料,区别于硅/锗等单质半导体:

      SIC材料具有明显的性能优势。SiC和GaN 是第三代半导体材料,与第一二代半导体材料相比,具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势,所以又叫宽禁带半导体材料,特别适用于5G射频器件和高电压功率器件。

 

 

1.2   第三代半导体SIC器件的性能优势

      SIC的功率器件如SIC MOS,相比于Si基的IGBT,其导通电阻可以做的更低,体现在产品上面,就是尺寸降低,从而缩小体积,并且开关速度快,功耗相比于传统功率器件要大大降低。

      在电动车领域,电池重量大且价值量高,如果在SIC器件的使用中可以降低功耗,减小体积,那么在电池的安排上就更游刃有余;同时在高压直流充电桩中应用SIC会使得充电时间大大缩短,带来的巨大社会效益。

       根据Cree提供的测算: 将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SIC时, 大概可以减少整车功耗5%-10%;这样可以提升续航能力,或者减少动力电池成本。

       总结来说,SiC器件具备的多种优势将带动电动车续航能力的提升:

       1).高电能转换效率:SiC属于宽能隙材料, 击穿场强度大比Si基半导体材料更适用在高功率的应用场景;

       2).高电能利用效率:SiC属于宽能隙材料, 击穿场强度大比Si基半导体材料更适用在高功率的应用场景;

      3).低无效热耗:开关频率高, 速度快, 所产生无效的热耗减少, 使的电路、散热系统得以简化。

       2019年国际上的功率半导体巨头不断推出新的基于SIC材料的功率器件,且推出的几款SiC SBD及MOSFET均符合车规级(AEC-Q101)标准,这些产品应用于新能源车或者光伏领域等功率器件需求场景,将显著减少功耗,提高转化效率。

 

1.3   政策支持VS产业成熟度提升

1.3.1全球对第三代半导体均展开全面战略部署

       2014年初,美国宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,期望通过加强第三代半导体技术的研发和产业化,使美国占领下一代功率电子产业这个正出现的规模最大、发展最快的新兴市场,并为美国创造出一大批高收入就业岗位。

       日本建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟”由大阪大学牵头,协同罗姆、三菱电机、松下电器等18 家从事SiC 和GaN 材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心;

       欧洲启动了产学研项目“LAST POWER”,由意法半导体公司牵头,协同来自意大利、德国等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心,联合攻关SiC 和GaN 的关键技术。

1.3.2国内政策支持持续加强

       我国的“中国制造2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。2015年5月,中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地,抢占第三代半导体战略新高地;国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA),对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。

1.3.3制约产业发展的主要瓶颈在于成本和可靠性验证

       行业发展的瓶颈目前在于SIC衬底成本高:目前SIC的成本是Si的4-5倍,预计未来3-5年价格会逐渐降为Si的2倍左右,SIC行业的增速取决于SIC产业链成熟的速度,目前成本较高,且SIC器件产品参数和质量还未经足够验证;

       SIC MOS的产品稳定性需要时间验证:根据英飞凌2020年功率半导体应用大会上专家披露,目前SiC MOSFET 真正落地的时间还非常短,在车载领域才刚开始商用(Model 3中率先使用了SIC MOS的功率模块),一些诸如短路耐受时间等技术指标没有提供足够多的验证,SIC MOS在车载和工控等领域验证自己的稳定性和寿命等指标需要较长时间;

       根据Yole预测,SIC和GaN电力电子器件(注意是GaN在电力电子中的应用,不包括在高频射频器件)2023年在整体功率器件渗透率分别为3.75%和1%;驱动因素是新能源汽车新能源发电以及快充。

       我们认为目前国内外SIC产业链日趋成熟,成本持续下降,下游接受度也开始提升,目前整个产业链处于行业爆发的前夜。

 

1.4   SiC产业链总结

1.4.1 SIC产业链三大环节:

SIC产业链分为三大环节:上游的SIC晶片和外延→中间的功率器件的制造(包含经典的IC设计→制造→封装三个小环节)→下游工控、新能源车、光伏风电等应用。目前上游的晶片基本被美国CREE和II-VI等美国厂商垄断;国内方面,SiC晶片商山东天岳和天科合达已经能供应2英寸~6英寸的单晶衬底,且营收都达到了一定的规模(今年均会超过2亿元RMB);SiC外延片:厦门瀚天天成与东莞天域可生产2英寸~6英寸SiC外延片。

国外SIC功率器件玩家:

传统的功率器件厂商包括英飞凌、意法半导体、三菱电机、富士电机;借助SIC材料介入SIC器件的CREE;

国内SIC功率器件玩家:泰科天润,中电科55所,基本半导体,三安集成,华润微等。

SIC晶片、外延和设备:国外CREE和II-VI占据了SIC片70%以上的份额,国内山东天岳天科合达已经初具规模;露笑科技2019年11月公告,露笑科技将为中科钢研、国宏中宇主导的碳化硅产业化项目定制约200台碳化硅长晶炉,设备总采购金额约3亿元,同时露笑科技另外2020年8月公告计划与合肥合作投资100亿元建设第三代半导体产业园,从SIC设备切入衬底和外延等环节。

 

 

二、SIC器件:10年20倍成长,国内全面布局

2.1 应用:新能源车充电桩和光伏等将率先采用

       SiC具有前述所说的各种优势,是高压/高功率/高频的功率器件相对理想的材料,所以SiC功率器件在新能源车、充电桩、新能源发电的光伏风电等这些对效率、节能和损耗等指标比较看重的领域,具有明显的发展前景。

       高频低压用Si-IGBT,高频高压用SiC MOS,电压功率不大但是高频则用GaN。当低频、高压的情况下用Si的IGBT是最好,如果稍稍高频但是电压不是很高,功率不是很高的情况下,用Si的MOSFET是最好。如果既是高频又是高压的情况下,用SiC的MOSFET最好。电压不需要很大,功率不需要很大,但是频率需要很高,这种情况下用GaN效果最佳。

       以新能源车中应用SIC MOS为例,根据Cree提供的测算:将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SIC时, 大概可以减少整车功耗5%-10%;这样可以提升续航能力,或者减少动力电池成本。

       同时SIC MOS在快充充电桩等领域也将大有可为。快速充电桩是将外部交流电,透过IGBT或者SIC MOS转变为直流电, 然后直接对新能源汽车电池进行充电,对于损耗和其自身占用体积问题也很敏感,因此不考虑成本,SIC MOS比IGBT更有前景和需求,由于目前SIC的成本目前是Si的4-5倍,因此会在高功率规格的快速充电桩首先导入。在光伏领域,高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势,因此基于性能更优异的SIC材料的光伏逆变器也将是未来重要的应用趋势。

       SIC肖特基二极管的应用比传统的肖特基二极管同样有优势。碳化硅肖特基二极管相比于传统的硅快恢复二极管(SiFRD),具有理想的反向恢复特性。在器件从正向导通向反向阻断转换时,几乎没有反向恢复电流,反向恢复时间小于20ns,因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率,在相同频率下具有更高的效率。另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数,随着温度的上升电阻也逐渐上升,这使得SIC肖特基二极管非常适合并联实用,增加了系统的安全性和可靠性。总结来看,SIC 肖特基二极管具有的特点如下:1)几乎无开关损耗;2)更高的开关频率;3)更高的效率;4)更高的工作温度;5)正的温度系数,适合于并联工作;6)开关特性几乎与温度无关。

       根据CASA的统计,业内反应SiC SBD实际的批量采购成交价已经降至1元/A以下,耐压600-650V的产品业内批量采购价约为0.6元/A,而耐压1200V的产品业内批量采购价约为1元/A。

       如上表所示,2019年部分SIC肖特基二极管产品价格实现了20%-35%的降幅,SIC二极管价格的持续降低以及和Si二极管价差的缩小将进一步促进SIC二极管的应用。

 

2.2   门槛:SIC器件的壁垒和难点

       SIC难度大部分集中在SIC晶片的长晶和衬底制作方面,但是要做成器件,也有一些自身的难点,主要包括:

      1、外延工艺效率低:碳化硅的气相同质外延一般要在1500℃以上的高温下进行。由于有升华的问题,温度不能太高,一般不能超过1800℃,因而生长速率较低。液相外延温度较低、速率较高,但产量较低。

      2.欧姆接触的制作:欧姆接触是器件器件制作中十分重要的工艺之一,要形成好的碳化硅的欧姆接触在实际中还是有较大难度;

       3.配套材料的耐高温:碳化硅芯片本身是耐高温的,但与其配套的材料就不见得能够耐得住600℃以上的温度。所以整体工作温度的提高,需要不断的进行配套材料方面创新。

       SIC的优异性能大家认识的较早,之所以最近几年才有较好的进展主要是因为SIC片和SIC器件两个方面相比传统的功率器件均有一些难点,器件生产的高难度高成本加上碳化硅片制造的高难度(后面会提及),两者互为循环,一定程度上制约了过去几年SIC应用的推广速度,我们认为随着产业链逐渐成熟,SIC正处于爆发的前夜,拐点渐行渐近。

 

2.3   空间&增速:SIC器件未来5-10年复合40%增长

      IHS预计未来5-10年SIC器件复合增速40%:根据 IHSMarkit 数据,2018 年碳化硅功率器件市场规模约3.9 亿美元,受新能源汽车庞大需求的驱动,以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升,预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元,18-27年9年的复合增速接近40%。

      渗透率角度测算SIC MOS器件市场空间:(SIC MOS只是SIC器件的一种)SIC MOS器件的下游和IGBT重合度较大,因此,驱动IGBT行业空间高成长驱动因素如车载、充电桩、工控、光伏风电以及家电市场,也都是SIC MOS功率器件将来要涉足的领域;根据我们之前系列行业报告的大致测算,2019年IGBT全球58亿美金,中国22亿美金空间,在车载和充电桩和工控光伏风电等的带动下,预计2025年IGBT全球120亿美金,中国60亿美金。

        SIC MOS器件的渗透率取决于其成本下降和产业链成熟的速度,根据英飞凌和国内相关公司调研和产业里的专家的判断来看,SIC MOS渗透IGBT的拐点可能在2024年附近。预计2025年全球渗透率25%,则全球有30亿美金SIC MOS器件市场,中国按照20%渗透率2025年则有12亿美金的SIC MOS空间。即不考虑SIC SBD和其他SIC功率器件,仅测算替代IGBT那部分的SIC MOS市场预计2025年全球30亿美金,相对2019年不到4亿美金有超过7倍成长,且2025-2030年增速延续。

 

2.4 格局:SIC器件的竞争格局

       目前,碳化硅器件市场还是以国外的传统功率龙头公司为主,2017年全球市场份额占比前三的是科锐,罗姆和意法半导体,其中CREE从SIC上游材料切入到了SIC器件,相当于其拥有了从上游SIC片到下游SIC器件的产业链一体化能力。

       国内的企业均处于初创期或者刚刚介入SIC领域,包括传统的功率器件厂商华润微、捷捷微电、扬杰科技,从传统的硅基MOSFET、晶闸管、二极管等切入SIC领域,IGBT厂商斯达半导、比亚迪半导体等,但国内当前的SIC器件营收规模都比较小(扬杰科技最新披露SIC营收2020年上半年19.28万元左右);

       未上市公司和单位中做的较好的有前面产业链总结中提到的一些,包括:

      泰科天润:可以量产SiC SBD,产品涵盖600V/5A~50A、1200V/5A~50A和1700V/10A系列;并且早在2015年,泰科天润就宣布推出了一款高功率碳化硅肖特基二极管产品,是从事SIC器件的较纯正的公司;

       中电科55所:国内从4-6寸碳化硅外延生长、芯片设计与制造、模块封装实现全产业链的单位;

       深圳基本半导体:成立于2016年,由清华大学、浙江大学、剑桥大学等国内外知名高校博士团队创立,专注于SIC功率器件,也是深圳第三代半导体研究院发起单位之一,目前已经开始推出其1200V 的SiC MOSFET产品。

 

 

三、SIC晶片:高成长高壁垒,国产奋起直追

3.1 成长分析

3.1.1 SIC晶片对应的下游器件

       如前分析所述,碳化硅晶片主要用来做成高压功率器件和高频功率器件:SIC片主要分为两种类型:导电型的SIC晶片经过SIC外延后制作高压功率器件;半绝缘型的SIC晶片经过GaN外延后制5G射频器件(特别是PA);

 

3.1.2   SIC晶片的下游器件未来市场空间及增长

       碳化硅晶片主要用于大功率和高频功率器件:2018年氮化镓射频器件全球市场规模约4.2 亿美元(约28 亿元人民币),随着5G 通讯网络的推进,氮化镓射频器件市场将迅速扩大,Yole 预计到2023 年,全球射频氮化镓器件市场规模将达到13 亿美元(约91 亿元人民币);继续引用前面IHS的预测,则SIC功率器件将由2019年的4.5亿美元到2025年接近30亿美元。

       第三代半导体在功率器件领域的市场规模:(这里的GaN是用于功率器件)

       第三代半导体GaN在高频射频领域的市场规模:根据Yole的数据,2017年氮化镓射频市场规模为4亿美元,将于2023年增长至接近13亿美元,复合增速为22%,下游应用结构整体保持稳定,以通讯与军工为主,二者合计占比约为80%。而整体射频器件的市场空间在2018-2025在8%左右,GaN射频器件增速远远高于射频器件整体市场的增长。

3.1.3 SIC晶片本身的市场空间及增速

       导电型碳化硅单晶衬底材料是制造碳化硅功率半导体器件的基材,根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的测算:

2017-2020年市场需求:2017年4英寸10万片、6英寸1.5万片预计到 2020 年4英寸保持10万片、6英寸超过8万片。

2020-2025年市场需求:4英寸逐步从 10万片市场减少到5万片,6英寸晶圆将从8万片增长到20万片;

2025~2030年:4英寸晶圆逐渐退出市场,6英寸晶圆将增长至 40万片。

       半绝缘碳化硅具备高电阻的同时可以承受更高的频率,主要应用在高频射频器件;同样根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的测算:

       2017年市场需求:全球半绝缘碳化硅晶片的市场需求约4万片;2020年:4英寸半绝缘SIC维持4万片、6英寸半绝缘SIC晶片5万片;

       2025年市场需求:预计4英寸半绝缘到2万片、6英寸到10万片;

       2025-2030年市场需求:4英寸半绝缘衬底逐渐退出市场,而6 英寸需求到20万片。

       我们预计,整体SIC晶片全球市场空间预计从2020的30亿RMB增长至2027年150亿元RMB,作为对比,2018年全球硅片市场90亿美元,国内硅片市场约130亿元(近8年复合增长5%-7%)。

 

3.2 壁垒分析

       SIC晶片的壁垒较高,主要体现在:

       SIC晶片的核心参数包括微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等。在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长、同时控制参数指标是复杂的系统工程,将生长好的晶体加工成可以满足半导体器件制造所需晶片又涉及一系列高难度工艺调控;随着碳化硅晶体尺寸的增大及产品参数要求的提高,生产参数的定制化设定和动态控制难度会进一步提升。因此,稳定量产各项性能参数指标波动幅度较低的高品质碳化硅晶片的技术难度很大,主要体现在下面几个方面:

      1.精确调控温度:碳化硅晶体需要在 2,000℃以上的高温环境中生长,且在生产中需要精确调控生长温度,控制难度极大;

      2.容易产生多晶型杂质:碳化硅存在 200 多种晶体结构类型,其中六方结构的 4H 型(4H-SiC) 等少数几种晶体结构的单晶型碳化硅才是所需的半导体材料,在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数,否则容易产生多晶型夹杂,导致产出的晶体不合格;

       3.晶体扩径难度大:气相传输法下,碳化硅晶体生长的扩径技术难度极大,随着晶体尺寸的扩大,其生长难度工艺呈几何级增长;

       4.硬度极大难切割:碳化硅硬度与金刚石接近,切割、研磨、抛光技术难度大, 工艺水平的提高需要长期的研发积累;

 

3.3 竞争分析

3.3.1 海外基本垄断市场

       目前,碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。以导电型产品为例,2018 年美国占有全球碳化硅晶片产量的 70%以上,仅 CREE 公司就占据60%以上市场份额,剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。

3.3.2 后进者难度较大

       由于碳化硅材料特殊的物理性质,其晶体生长、晶体切割、 晶片加工等环节的技术和工艺要求高,需要长期投入和深耕才能形成产业化生产能力,行业门槛很高。

       后进入的碳化硅晶片生产商在短期内形成规模化供应能力存在较大难度,市场供给仍主要依靠现有晶片生产商扩大自身生产能力,国内碳化硅晶片供给不足的局面预计仍将维持一段时间。

3.4 价值分析

       上游SIC晶片主要用于SIC功率器件和5G 高频射频器件,未来10年市场空间随着下游SIC功率器件+高频射频器件的增长而增长,我们预计将从2020年30亿RMB到2027年接近150亿RMB;

       行业高增长+国产替代+高壁垒:天科合达/山东天岳可简单类比于SIC晶片领域的沪硅产业,而且传统硅片分布在日韩美五个巨头,而SIC晶片龙头70%+的份额都在美国CREE和II-VI等公司,国产化也更迫切;在过去十年下游半导体的成长中,国内上游硅片商参与的有限;而这一次,未来10年的SIC器件和5G高频射频器件中,国内的SIC晶片龙头将积极参与其中,行业爆发增长和国产化同时进行,可持续享受较高估值。

 

四、投资建议

 

4.1 天科合达

4.1.1 公司概况:SIC晶片领军企业,成长速度快

      天科合达是国内第三代半导体材料SIC晶片的领军企业:公司成立于2006年9月12日,2017 年4月至2019年8月在全国股转系统挂牌转让,2020年7月拟在科创板市场上市。

       公司成长速度极快,2017-2019年公司收入由0.24亿增长至1.55亿元,两年复合增长率154%。

4.1.2 营收构成:SIC晶片占比约为一半

       公司营收由三部分构成:碳化硅晶片占比48.12%,宝石等其他碳化硅产品占比36.65%,碳化硅单晶生长炉占比15.23%。

4.1.3 设备自制:从设备到SIC片一体化布局

       公司以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料,采用物理气相传输法(PVT)生长碳化硅晶体,加工制成碳化硅晶片;其中的碳化硅晶体的生长设备-碳化硅单晶生长炉公司也能完成自制并对外销售。

4.1.4 管理层

       (1)刘伟先生,出生于1967年3月,中国国籍,无境外永久居留权,正高级工程师,毕业于西安交通大学电气工程专业,硕士研究生。1990年7月至2001年3月,历任石河子热电厂生产技术科专工、锅炉分厂主任、检修分厂副主任、热力分公司经理、生产技术科科长、副厂长、厂长;2001年3月至2008年12月, 任天富热电副总经理兼热电厂厂长、东热电厂厂长、 南热电厂书记和厂长;2008年12月至2019年6月,历任天富集团党委委员兼天富热电党委副书记和南热电厂厂长、董事长,天富集团党委副书记、 党委书记、 董事长兼天富热电(天富能源)党委书记、副董事长;2019年6月至今,任天富集团党委书记、董事长、天富能源党委书记、董事长。2015年3月至2015年10月,任天科合达有限董事长;2015年10月至今,任公司董事长。

      (2) 杨建先生,出生于1976年9月,中国国籍,无境外永久居留权,毕业于中国科学院大学项目管理专业,硕士研究生。1999年7月至2001年12月, 任新疆众和股份有限公司财务部会计;2002年1月至2006年12月, 任北京天富科技有限公司财务部经理;2007年1月至2011年9月,任天科合达有限财务总监;2012年1月至2013年8月,任掌金科技(北京)有限公司副总经理。2013年9月至2015年10月,历任天科合达有限副总经理、董事兼总经理;2015年10月至今,任公司董事、总经理。

 

4.1.5 公司毛利率

       公司产品毛利率随着规模增大而显著增加,从2017年度的-12%增长到2020年Q1的29.45%。

4.1.6 公司产能与产量

       公司2019年SIC产能37525片,产量36879片,产能利用率超过98%,过去两年产能利用率也都维持高位。

注:
        1、碳化硅晶片产品产能和产量统一折合成4英寸产品的数量;
        2、沈阳分公司成立于2018年8月31日,2018年10月开始从事碳化硅单晶生长炉销售业务。产能为25台/月。

 

4.1.7 公司销量与单价

       天科合达SIC片的销售均价2017/2018/2019/2020Q1分别为2002.95元/2420.57元/2286.75元/3042.96元,均价呈现稳中有升的态势。

4.1.8 行业格局与公司地位

       公司地位:2018年,以导电型的SIC来看,天科合达以1.7%的市场占有率排名全球第六,排名国内导电型碳化硅晶片第一。

4.1.9 公司前五大客户

       公司前五大客户,大多是国内SIC产业链公司,包括三安集成、中电化合物、东莞天域等。

4.1.10 研发投入与技术水平

       公司研发投入:2018年研发投入:1262万;2019年研发投入:2919万;2020年1-3月:568万;公司技术研发人员共75人,占公司员工总数的13.7%,其中核心技术人员5名;公司拥有已获授权的专利34 项,其中已获授权发明专利33项(含6 项国际发明专利);公司先后荣获“十一五” 国家科技计划执行优秀团队奖、新疆生产建设兵团科学技术进步奖一等奖等重要奖项;

       公司产品和研发的阶段:阶段一:06-07年:2寸导电型、半绝缘型研发成功;08-11年:3英寸导电型、半绝缘型产品研发成功并少量销售;阶段二:12-16年:4英寸导电/半绝缘型研发成功并少量销售;阶段三:2017年:4英寸导电型规模化量产;2018年:6英寸半绝缘型研发成功;2019:4英寸半绝缘型产品规模量产;2020年:8英寸的产品开始启动研发。

4.1.11 未来发展规划和募投产能:

募投项目:公司在现有产能的基础上,拟对主营业务碳化硅衬底材料进行扩产。内容包括主要建设一个包括晶体生长、晶片加工和清洗检测等全生产环节的生产基地。

项目目标:项目投产后年产12万片6英寸碳化硅晶片,其中6英寸导电型碳化硅晶片约为8.2万片,6英寸半绝缘型碳化硅晶片约为3.8万片。

项目投资:本项目总投资金额95,706.00万元,其中固定资产投资88,438.00万元,流动资金7,268.00万元。项目建设期2年。

 

4.2 山东天岳

       1、半绝缘SIC片的领军企业:公司成立于2010年,专注于碳化硅晶体衬底材料的生产;公司产品主要在半绝缘型的SIC片。公司投资建成了第三代半导体材料产业化基地,具备研发、生产国际先进水平的半导体衬底材料的软硬件条件,是我国第三代半导体衬底材料行业的先进企业。

       2、成长能力:据了解,公司收入从2018年收入1.1亿左右增加至2019年超过2.5亿总收入(其中也有约一半是SIC衍生产品宝石等),同比增长100%以上。公司的SIC片主要集中在半绝缘型,而天科合达主要集中在导电型。

     3、华为入股:华为旗下的哈勃科技投资持股山东天岳8.17%。

       4、生产能力(公司采用的是长晶炉的数量进行表征):山东天岳的产能主要由长晶炉的数量决定,2019 年产线上长晶炉接近250台,销售衬底约2.5 万片,预计年底前再购置一批长晶炉,目标增加至 550台以上;

       5、销售价格:2018 、2019年公司衬底平均销售价格大数大约在6300元/片、8900元/片,预计今年的平均价格将会突破9000元,价格变动的主要原因是2,3 寸小尺寸衬底、N 型等相对低价的衬底销售占比逐步降低,高值的4 寸高纯半绝缘产品占比逐步提升导致单位售价提高。

       6、技术实力:山东天岳的碳化硅技术起源于山东大学晶体国家重点实验室,公司于2011 年购买了该实验室蒋明华院士专利,并投入了大量研发,历经多年工艺积累,将碳化硅衬底从实验室的技术发展成为了产业化技术;山东天岳除30 人的研发团队外,还在海外设有6 个联合研发中心;公司拥有专利近300 项,其中先进发明专利约50 多项,先进实用性专利约220 项,申请中的发明专利约50 多项。

 

4.3 斯达半导

      1、斯达半导97.5%的收入均是IGBT,是功率半导体已上市公司中最纯正的IGBT标的,2019 收入7.8亿(yoy+15.4%),归母净利润1.35(yoy+39.8%),IGBT模块全球市占率2%,排名全球第八;

      2、斯达半导在积极进行第三代半导体SIC的布局。公司SiC相关的产品和技术储备在紧锣密鼓的进行:

      3、公司在未来重点攻关技术研发与开发计划:

       主要提到三项重要产品开发:1、全系列FS-Trench 型IGBT 芯片的研发;2、新一代IGBT 芯片的研发;3、SiC、GaN 等前沿功率半导体产品的研发、设计及规模化生产:公司将坚持科技创新,不断完善功率半导体产业布局,在大力推广常规IGBT模块的同时,依靠自身的专业技术,积极布局宽禁带半导体模块(SiC 模块、GaN模块),不断丰富自身产品种类,加强自身竞争力,进一步巩固自身行业地位。

      4、公司和宇通客车等客户合作研发SIC车用模块

       2020年6月5日,客车行业规模领先的宇通客车宣布,其新能源技术团队正在采用斯达半导体和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。

       宇通方面表示,“斯达和CREE在SiC方面的努力和创新,与宇通电机控制器高端化的产品发展路线不谋而合,同时也践行了宇通“为美好出行”的发展理念,相信三方在SiC方面的合作一定会硕果累累。”

       我们在之前发布的斯达半导深度报告中测算斯达在不同SIC渗透率和不同SIC市占率情境下2025年收入弹性,中性预计2025年斯达在国内的SIC器件市占率为6-8%。预计2023-2024年国内SIC产业链如山东天岳、三安光电等更加成熟后,SIC将迎来替代IGBT拐点,但是IGBT和SIC MOS等也将长期共存,相信国内的技术领先优质的IGBT龙头斯达半导能够不断储备相关技术和产品,积极拥抱迎接这一行业创新。

 

4.4 三安光电

      1、公司主要从事化合物半导体材料的研发与应用,以砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业,产品主要应用于照明、显示、背光、农业、医疗、微波射频、激光通讯、功率器件、光通讯、感应传感等领域;

       2、公司主业LED芯片,占公司营收的80%以上,LED是基于化合物半导体的光电器件,在衬底、外延和器件环节具有技术互通性;

      3、公司专注于化合物半导体的子公司三安集成,2019年业务与同期相比呈现积极变化:

      1)射频业务产品应用于2G-5G 手机射频功放WiFi、物联网、路由器、通信基站射频信号功放、卫星通讯等市场应用,砷化镓射频出货客户累计超过90 家,客户地区涵盖国内外;氮化镓射频产品重要客户已实现批量。生产,产能正逐步爬坡;

      2)2020年6月18日公司公告,三安光电决定在长沙高新技术产业开发区管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链,投资总额160亿元,公司在用地各项手续和相关条件齐备后24个月内完成一期项目建设并实现投产,48个月内完成二期项目建设和固定资产投资并实现投产,72个月内实现达产;

      3)三安集成推出的高功率密度碳化硅功率二极管及MOSFET 及硅基氮化镓功率器件主要应用于新能源汽车、充电桩、光伏逆变器等电源市场,客户累计超过60 家,27种产品已进入批量量产阶段。

      4)三安集成19年实现销售收入2.41 亿元,同比增长40.67%;三安集成产品的认可度和行业趋势已现,可以预见未来在第三代材料SiC/GaN的功率半导体中发展空间非常广阔。

 

4.5 华润微

      1、公司是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业,产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域;

      2、产品与制造并行:公司2019年收入57亿元,其中产品与方案占比43.8%,制造与服务占比55%,制造与服务业务主要是晶圆制造和封测业务;产品与方案主体主要是功率半导体,占比90%,包括MOSFET、IGBT、SBD和FRD 等产品;

       3、公司目前拥有6英寸晶圆制造产能约为247 万片/年,8英寸晶圆制造产能约为133 万片/年,具备为客户提供全方位的规模化制造服务能力;

      4、SIC领域积极布局:在2020年7月4日,公司进行了SIC产品的发布会,发布了全系列的1200V/650V的SIC二极管产品,公司有望通过IDM模式在SIC材料的各个功率半导体产品领域深耕并持续受益于产品升级和国产替代。

 

4.6 捷捷微电

      1、公司是国内晶闸管龙头,持续布局MOSFET和IGBT等高端功率半导体器件。按照公司年报口径,2019年功率分立器件收入占比75%,功率半导体芯片收入占比23%;公司的功率分立器件,50%左右业务是晶闸管(用于电能变换与控制),还有部分二极管业务,其余是防护器件系列(主要作用是防浪涌冲击、防静电的电子产品内部,保护内部昂贵的电子电路);

        2、公司于2020年2月27日与中芯集成电路制造(绍兴)有限公司(简称“SMEC”)签订了《功率器件战略合作协议》,在MOSFET、IGBT等相关高端功率器件的研发和生产领域展开深度合作;公告披露,捷捷微电方保证把SMEC作为战略合作伙伴,最大化的填充SMEC产能,2020年度总投片不低于80000片,月度投片不低于7000片/月。

        3、公司长期深耕晶闸管和二极管等分立器件,这些客户和MOSFET和IGBT等相关高端功率器件有重叠,公司从晶闸管领域切入到MOS后,在这两个产品大类上也将积极应用第三代半导体SIC,为后续提升自身器件性能和产品竞争力做好准备。

 

4.7 扬杰科技

      1、公司是产品线较广的功率分立器件公司。公司产品主要包括功率二极管、整流桥、大功率模块、小信号二三极管,MOSFET,也有极少部分的IGBT产品。按照公司年报口径,2019年功率分立器件收入占比80%,功率半导体芯片收入占比13.8%,半导体硅片业务占比4.55%。

       2、公司第三代半导体SIC器件目前收入较少。公司积极布局高端功率半导体,筹备建立无锡研发中心,和中芯国际(绍兴)签订保障供货协议,持续扩充8寸MOS产品专项设计研发团队,已形成批量销售的Trench MOSFET和SGT MOS系列产品。

       3、SIC产品目前占比小:公司2020年9月公告,目前主营产品仍以硅基功率半导体产品为主,第三代半导体产品的销售收入占比较小,2020年1-6月,公司碳化硅产品的销售收入为19.28万元。

       4、我们认为同捷捷微电一样,公司是中低端功率器件利基市场龙头,虽然目前SIC产品的占比较小,主要是由于国内产业链成熟度的拐点刚刚到来;未来公司将积极布局各种基于SIC材料的功率器件,从而提高其产品性能并实现市场占有率持续稳步提升,打开业务天花板和想象空间。

 

4.8 露笑科技

       1、传统主业是电磁线产品:公司是专业的节能电机、电磁线、涡轮增压器、蓝宝长晶片研发、生产、销售于一体的企业,公司主要产品有各类铜、铝芯电磁线、超微细电磁线、小家电节能电机、无刷电机、数控电机、涡轮增压器和蓝宝石长晶设备等产品。公司是国内主要电磁线产品供应商之一,也是国内最大的铝芯电磁线和超微细电磁线产品生产基地之一。

       2、SIC长晶设备已经开始对外供货:露笑科技基于蓝宝石技术储备,经过多年研发已快速突破碳化硅工艺壁垒,在蓝宝石基础上布局碳化硅长晶炉和晶片生产。碳化硅跟蓝宝石从设备、工艺到衬底加工有较强的共同性和技术基础,例如精确的温场控制、精确的压力控制、精确的籽晶晶向生长以及基片加工等壁垒。公司在多年蓝宝石生产技术支持下成功研发出碳化硅自主可控长晶设备,并在2019年开始对外供货SIC长晶设备。

       3、公司布局SIC的人才优势:公司引进具有二十多年碳化硅行业从业经验的技术团队,开展碳化硅衬底及外延技术研究,加码布局碳化硅产业。2020年4月,公司发布非公开募集资金公告,拟募集资金总额不超过10亿元,用于新建碳化硅衬底片产业化项目、碳化硅研发中心项目和偿还银行贷款。随着公司碳化硅产品研发并量产,公司有望取得一定的市场份额。

       4、与合肥合作打造第三代半导体SIC产业园:2020年8月8日与合肥市长丰县人民政府在合肥市政府签署《合肥市长丰县与露笑科技股份有限公司共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园的战略合作框架协议》。包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目,包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计100亿元。

       同时建议关注其他未上市的SIC产业链相关厂商比亚迪半导体、中车时代半导体、泰科天润等优质功率半导体公司。

 

 

风险提示

SIC成本降低不达预期;

SIC器件稳定性可靠性指标不及预期;

国内SIC产业链跟国外差距进一步拉大的风险;

宏观经济导致行业景气下降的风险。

 

来源:华安电子 华安证券研究所

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纳设智能:SiC业绩增长10倍,持续优化迭代助力产业发展 2024-04-16
纳设智能:SiC业绩增长10倍,持续优化迭代助力产业发展
回首2023,碳化硅和氮化镓行业取得了哪些进步?出现了哪些变化?2024将迎来哪些新机遇和新挑战?   为更好地解读产业格局,探索未来的前进方向,行家说三代半、行家极光奖联合策划了《行家瞭望——2024,火力全开》专题报道。 本期嘉宾是纳设智能副总经理、首席营销官 李小天。 新产线加速SiC设备交付 6吋&8吋发力,业绩增长10倍   行家说三代半:过去一年,贵公司主要做了哪些关键性工作? 李小天:过去一年,是纳设快速发展的一年。2023年,我们在江苏南通设立了全资子公司,南通子公司以生产交付、工艺验证为主,新产品研发为辅,这将大大增加了我们的生产能力,缩短交货周期,提高产品品质,确保满足不同产品、不同区域客户的交付和响应支持。 行家说三代半:2023 年贵公司取得了哪些成绩?你们实现增长的战略是什么? 李小天:2023年,纳设智能6英寸的碳化硅外延设备批量出货给多家外延客户,也获得了批量验收,业绩相较于2022年增长了10倍,标志着我们的产品已经得到市场的认可。 同时,我们紧跟碳化硅产业向更大尺寸发展的趋势,研发并交付了8英寸碳化硅外延设备,其具备独特的反应腔室设计、可独立控制的多区进气方式等特点,将更好的提高外延片的均匀性,降低外延缺陷及生产中的耗材成本。目前,该设备已销售多个客户。 作为设备厂商,我们注重技术创新和市场需求的紧密结合,在产品设计开发阶段我们会充分听取客户的意见,站在使用者的角度出发,以确保我们的新产品和技术升级能够更好地解决客户的实际问题。同时,在服务客户的时候我们也积极的捕捉客户的需求变化和潜在问题点,基于客户反馈,我们持续对设备功能进行优化升级,对服务流程进行改进,以确保不断增强客户的满意度和忠诚度,从而为公司的长远发展奠定坚实基础。 8英寸SiC趋势增强 以研发创新实现差异化   行家说三代半:您认为 2023 年整个行业取得了哪些新的进步(包括市场、技术等)? 李小天:随着电动汽车和可再生能源应用的增长,对高效、高性能的半导体材料需求上升,碳化硅在市场上的地位得到了进一步的巩固和扩张。晶圆扩径可以从源头上大幅度降低碳化硅的器件成本,因此碳化硅6英寸向8英寸过渡是产业发展的趋势。8英寸碳化硅产业的发展一方面取决于材料端快速的成熟,另一方面就是晶圆产线的完善。 在衬底端,截至2023年,中国已有16家企业发布了8英寸衬底,国内已经实现了8英寸从0到1的突破,并且头部厂商已经实现了小批量的供货。 在外延端,国际器件大厂已经开始批量采用国产外延片来生产车规级的SiC MOSFET,国产外延片实现了上车的突破。 在器件端,碳化硅产业新建的产线基本都是6&8英寸兼容,也证明了国内8英寸碳化硅的发展趋势在不断加强。   行家说三代半:在降本增效方面,2023 年最值得关注和重视的新变化是什么? 李小天:在碳化硅产业链中,衬底部分占据主要价值份额,当前碳化硅晶体的制备效率较低,这直接影响了碳化硅衬底的成本,随着晶体制备技术提升,包括PVT、液相法,HTCVD技术的进步,以及晶锭切割新技术都为碳化硅晶体的商业化生产提供了新的动力。最近,天岳先进公司也宣布使用液相法成功制备出低缺陷的8英寸晶体,随着这些技术的优化和创新,碳化硅晶体制备的效率有望提高,从而降低成本。 行家说三代半:成本是把双刃剑,行业规模化发展需要接近硅器件的低成本,但也要防止被低价所反噬,您如何看待行业的低价和同质化竞争?贵公司有哪些好的做法和建议? 李小天:低价和同质化竞争在许多成熟产业中是一种常见现象。碳化硅行业目前面临着越来越激烈的竞争,一方面低成本能够加速碳化硅市场的扩展和碳化硅下游新应用的推广,同时也会加速行业的整合,加速碳化硅产业的成熟。但恶性低价和同质化竞争也会带来潜在的负面影响,会阻挠企业的健康发展,限制其在研发和技术创新上的投资能力,从而不利于整个碳化硅产业的持续长远发展。 持续的技术创新是避免同质化和维持价格稳定的关键,纳设智能在应对同质化竞争上,不断的围绕客户需求大胆创新,如在耗材成本、维护频次等方面进行设备的持续优化,实现与友商产品的差异化。 对于产业,我们认为竞争并不可怕,可怕的是无底线的恶性竞争,产业的健康持续发展需要大家共同努力,我们可以通过制定和遵守碳化硅行业标准,保证产品和服务的质量,避免陷入因降低成本而牺牲质量的恶性竞争。同时我们鼓励推动碳化硅行业技术创新和产品升级,提升产品附加值,推动整个碳化硅产业的创新发展。 国产SiC需提升良率和稳定性 多方位优化迭代 助力产业发展   行家说三代半:经过前些年的铺垫,SiC / GaN 技术目前在许多应用场景都很活跃,展望 2024 年,您认为行业最大的机会在哪里?贵公司将如何开拓这些市场? 李小天:碳化硅上车依旧是整个行业的热点问题,2023年碳化硅车型阵容又进一步扩大,截至2023,全球已知的碳化硅车型合计超过142款,而车规级的碳化硅器件壁垒比较高,国内目前还在努力突破,这是行业难点同时也是机会点。   行家说三代半:未来几年,整个行业将面临的挑战有哪些?贵公司将如何面对并解决挑战? 李小天:随着近两年投入的碳化硅衬底、外延项目的批量出货,国内产品与海外产品对比来看,在产品性能参数上,国内碳化硅衬底外延与海外产品基本一致,而不足主要在于良品率和稳定性。 在器件端,国内碳化硅二极管已经过剩了,但是SiC MOSFET才开始进入工业领域,目前国产的车规级SiC MOSFET还在不断验证中,暂未批量上车。 作为一家设备企业,承载着碳化硅晶圆材料制造的核心技术和工艺,因此提升设备可靠性和稳定性至关重要,如我司的碳化硅外延设备,我们从机械结构设计、传感精度、控制算法等多方面着手,围绕设备的整机性能不断的优化迭代,确保设备稳定可靠;另外我们进一步优化技术支持和售后服务体系,快速有效响应客户需求,进一步不断助力产业的发展。 行家说三代半:2024 年,贵司定下来了哪些规划和目标? 李小天:2024年,纳设将完成南通新生产基地的建设与投产,将重点确保新基地所有生产线的顺利运行,让产能能够得到有效提升。同时,我们也加强供应链管理和内部体系建设,不断完善企业内部管理,确保产品的高质交付。 同时,我们也会通过市场研究和技术评估,识别新的机会,特别是在第三代半导体、新型光伏材料、纳米材料等先进材料的高端设备领域,将继续投资于人才和技术,通过与业界合作伙伴加强相关合作,加快技术创新和产品开发,以适应快速变化的市场需求。
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