2023年斯达半导研究报告:IGBT模块先驱,持续深耕新能源领域

1 业绩短期承压,新能源业务进展顺利

公司收入规模在过去几年增长迅猛:2018~2022 年,公司营业收入由 6.75 亿提升 至 27.05 亿,期间 CAGR 约为 41.49%;归母净利润由 0.97 亿提升至 8.18 亿,期 间 CAGR 约为 70.41%。根据斯达半导 2023 中报,2023H1 公司实现营收 16.88 亿, 同比增长 46.25%;归母净利润 4.30 亿,同比增长 24.06%。其中 2023Q2 单季度 实现营收 9.08 亿,yoy 48.44%,qoq 16.41%;归母净利润 2.24 亿,yoy 14.57%, qoq 8.74%。2023 上半年,公司在各细分行业中实现收入稳步增长,其中: 在工业控制和电源行业中,2023H1 收入为 6.04 亿,yoy 6.78%; 在新能源行业中,2023H1 收入为 9.92 亿,yoy 81.46%。其中公司生产的应 用于主电机控制器的车规级 IGBT 模块持续放量,2023H1 配套超 60 万辆新 能源汽车,其中 A 级车超 40 万辆。 在白色家电及其他领域中,2023H1 收入为 0.91 亿,yoy 124.42%。 同时公司海外业务进展顺利,2023H1 子公司斯达欧洲实现营业收入 1.38 亿, 同比增长 263.58%,预计 2023 年下半年还将继续保持高速增长势头,其中 车规级产品在欧洲一线品牌 Tier1 大批量出货。

我们认为,公司近年来发展迅猛收入规模化逐渐体现,同时公司作为国内 IGBT 模 块龙头公司,模块产品在核心领域进展顺利。短期内由于受到一定上下游供需压 力,业绩增速有一定放缓,未来依托公司在模块领域的积累以及海外市场的发力, 叠加下游需求复苏,公司业绩有望保持高速增长态势。

从毛利率的角度来看,公司 2018~2022 年间综合毛利率由 29.41%提升至 40.30%, 4 年内提升 10.89pct;净利率由 14.29%提升至 30.34%。2023H1 公司综合毛利率 36.18%,同比下降 4.71pct;净利率 25.71%,同比下降 4.44pct。费用方面, 2018~2022 年期间公司销售费用率由 2.24%下降至 1.14%;管理费用率由 3.25%下 降至 2.64%。 我们认为,伴随公司 IGBT 模块产品在高利润领域的持续放量,近年来公司利润 率持续提升,同时伴随规模化的体现,相关费用率也在持续优化中。短期内由于 受到下游需求的相对疲软以及上游成本端的压力,公司利润率短期承压,未来伴 随公司海外市场的进一步开展以及新能源汽车、光伏、储能、充电桩等核心领域 带动的需求回暖,公司毛利率有望企稳。

收入结构来看,自 2018 年起 IGBT 模块便成为公司主要收入来源,2022 年公司 IGBT 模块产品收入 22.25 亿,占比 82.23%。分产品毛利率来看,主营产品 IGBT 模块毛利率稳定提升,2018~2022年间IGBT模块毛利率由29.44%提升至39.65%。

伴随公司规模的提升,公司研发费用率维持相对高位。2018~2022 年,公司研发 费用率维持在 6.4%以上。2023H1 公司研发费用 1.13 亿,yoy 44.45%,研发费用 率 6.69%。目前公司研发方向涵盖 IGBT 芯片、快恢复二极管芯片和 IGBT 模块的 设计、工艺开发、产品测试、产品应用等领域。

2 功率电子:产品结构为核心看点

2.1 多领域推动功率电子市场

从产品升级迭代的角度去看。回顾功率电子发展史,在上世纪 80 年代之前,传 统电力电子时代(第一代电力电子技术)以半控型晶闸管为核心器件。晶闸管是 一种半控制器件,用于控制电流的通断,但在控制电压方面有一些限制。从 80 年 代开始,随着全控型功率器件如 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和 IGBT(绝缘栅双极性晶体管)的出现,现代电力电子时代逐渐兴起。这些全控型 功率器件具有更好的控制能力,能够实现更高效、更精确的功率控制。MOSFET 和 IGBT 等器件的广泛应用使得电力电子技术在能量转换和电力控制方面取得了重 大的突破和进步。

从应用领域的角度去看。我们可以发现不同的时间阶段出现了不同的高增速应用 场景为行业的发展提供支撑,根据 Yole 的统计数据:从 1970 年到 2000 年期间,工业制造领域经历了快速发展,也成为功率电子 的重要应用领域。 2000 年后手机和笔记本电脑的普及和升级,消费电子领域成为引领功率电 子继续发展的推动力。 2010 年之后,光伏产业随着装机量的提升而对功率电子市场产生了显著影 响。 2015 年起,新能源汽车的持续渗透为功率电子市场注入了持续的动力。 根据 Yole 的预测,未来随着工业自动化、新型通信技术的发展、光伏装机量的 持续增加、新能源汽车的不断渗透等场景将为功率电子行业提供持续的增长机遇, 直到 2030 年整个功率电子市场有望保持增长态势。

根据 Yole 的统计数据,全球功率电子市场正在稳步提升:2020 年,由于外部环 境因素对终端需求产生短期影响,功率电子市场出现停滞。然而,随着相关因素 逐步缓解,2021 年全球功率半导体市场规模达到 192.79 亿美元,同比增长 9.5%。 同时 Yole 预测到 2026 年,全球功率电子市场规模有望达到 262.74 亿美元,复 合年均增长率为 6.9%。然而,如果只考虑高增长的器件,如 IGBT 模块、SiC(碳 化硅)/GaN(氮化镓)等,而剔除增速较慢的老一代产品,整体复合增长率将显 著提升。 我们认为,尽管 2020 年功率电子市场受到短期影响,但随着相关因素的缓解, 市场已经恢复增长势头。未来几年,全球功率电子市场将继续稳步增长,特别是 在新一代高增长的器件领域,如 IGBT 模块、SiC/GaN 等。这些新技术的引入将推 动功率电子市场的发展,并提供更高效、高性能的解决方案。

依托高压环境,模块产品增速高于行业。根据 Yole 的数据,2021 年全球功率模 块市场规模达到 60.21 亿美元,相较于 2020 年同比增长 15.25%。预计到 2026 年,全球功率模块市场规模将达到 97.49 亿美元,2020 年至 2026 年的复合增速 为 11.0%。功率模块产品在功率器件市场中呈现出较快的增速。模块产品相较于 单管的分立器件而言,在大电流和电压的场景中具有更高的可靠性、高集成度和 高效率。未来增速较快的应用领域,如新能源汽车、光伏和储能等,对满足大电 流/电压下的可靠性和高效性有着迫切需求。因此,我们认为随着新能源汽车、光 伏和储能等领域的快速发展,功率模块将通过提供高可靠性和高效率的解决方案, 满足大电流/电压应用的需求,同时助力功率模块产品的需求将继续增长。

未来 Mos 管、IGBT 模块、SiC 模块主导功率电子市场。如果从材料来区分,目前 功率器件主要分为三种:硅基(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),目前硅基 功率器件依旧是市场的主流;碳化硅器件受益于大电压、高功率新能源汽车带动,成长势头较强;氮化镓器件目前的主要用途仍是消费级电源。根据 Yole 预测, 到 2028 年功率电子结构将以硅基 Mos 管、IGBT 模块、SiC 模块为主导,三者按 收入将分别占据约 30%、23%、19%的功率电子市场份额。

全球持续扩展进行时。根据 Yole,目前中国地区、亚太地区、欧洲市场为功率电 子的主要买家,目前受益于新能源为主的下游需求带动,全球功率电子依旧在进 行扩产,如英飞凌、博世、东芝等企业正在积极扩展 12 吋产线;比亚迪、英飞 凌、株洲中车时代、Wolfspeed 等企业正在建设新 8 吋产线或将原有 6 吋线升级 为 8 吋。

2.2 IGBT:模块为核心竞争力

IGBT——电子的“CPU”。IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的缩写, 其作为一种绝缘栅双极型晶体管,具有优良的性能和广泛的应用,被誉为电子行 业的"CPU"。IGBT 是一种复合功率半导体器件,由 BJT(双极型晶体管)和 MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)组成。它继承了 MOSFET 开关速度快、输入 阻抗高、控制功率小、驱动电路简单和开关损耗小的优点,同时还具备了 BJT 导 通电压低、通态电流大和损耗小的优点。简单来说,IGBT 在高压、大电流和高速 等方面具有其他功率器件无法比拟的优势。归功于 IGBT 在功率控制和能量转换 方面的卓越性能,IGBT 是电力和电子领域中较理想的开关器件。目前 IGBT 主要 应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超声波感应加热等领域。

在 IGBT 的应用中,模块(Module)是最常见的形式。通过将多个芯片以绝缘方式 组装到金属基板上,并使用高压硅脂或硅脂等绝缘材料进行封装。通过将多个 IGBT 芯片通过特定的电路形式组合在一起,可以减少外部电路连接的复杂性,但 同时对于 IGBT 芯片的一致性有较高的要求。IGBT 模块的设计使得它在高功率应 用中具有重要的优势:其结构简化了系统设计和制造过程,提高了整体的可靠性 和稳定性。同时模块还提供了更好的散热性能。目前 IGBT 模块在高功率、高电 压和高可靠性应用场景中得到大量应用。

IGBT 的发展经历了多次技术突破: 一、首代 IGBT 采用了在 MOSFET 背面的漏电极增加 P+层的简单设计。然而,由 于导通电阻和关断功耗较高,无法广泛应用。 二、次代 PT-IGBT 在 P+层与 N-drift 层之间引入了 N+缓冲层,在 600V 以上电压 范围内有一定优势,但不适用于 1200V 以上的应用。 三、第三代 NPT-IGBT 放弃了外延生长技术,采用了立子注入技术来形成 P+集电 极。这一技术相对成熟,在稳态和开关损耗之间取得了良好的平衡,被广泛 采用。 四、第四代Trench-IGBT采用了Trench结构,并延续了第三代的P+集电极技术。 这使得其导通电阻更小,同时具备较高的耐压能力。 五、第五代 FS-IGBT 和第六代 FS-Trench 是在前面四次技术改进的基础上重新组 合各种技术措施。第五代产品结合了第四代的"透明集电区技术"和"电场中 止技术", 六、第六代产品在第五代基础上改进了沟槽栅结构。 七、目前,IGBT 产品已经迭代至第七代,芯片面积相较于首代产品大幅缩小,工 艺线宽也从 5 微米减少至 0.3 微米。

其中我们发现,目前第七代 IGBT 芯片最大的优势在于提升性能的同时相较于上 一代产品减少了约 16.7%的相对面积(24 到 20)。根据斯达半导招股书,目前 IGBT 模块中,芯片成本占比约为 70%。我们认为,纵观硅晶圆发展历程,4 吋、6 吋、 8 吋晶圆都在不同时期作为市场主力,目前晶圆尺寸升级趋势明显,全球 12 吋产 能扩充积极,根据电子发烧友网数据,12 吋晶圆相较于 8 寸晶圆可使用面积提高 超过 2 倍,未来第七代 IGBT 芯片叠加 12 吋晶圆,将在很大程度上优化 IGBT 系 列产品成本,或将使其进一步下沉至部分低预算、低压应用场景,提高渗透率的 同时也将进一步优化 IGBT 企业成本。

IGBT 在新能源车中扮演着重要的角色。我们可将其比喻为新能源汽车的"中央处 理器",它是新能源汽车的核心组件,直接负责控制驱动系统中直流和交流电的 转换,对新能源汽车的最大输出功率和扭矩等核心数据起着决定性的作用。

在新能源汽车中,IGBT 模块的价值非常高。根据 OFweek 的数据,电机驱动系统 在整个新能源汽车的制造成本中占 15%至 20%,而其中 IGBT 的成本约占电机成本 的 50%。因此,可以计算出 IGBT 在整车成本中的占比为 7%至 10%。根据新浪汽车 的数据,在特斯拉的双电机全驱动版车型 Model X 中,使用了 132 个 IGBT 管: 其中前电机和后电机分别使用了 36 个和 96 个,总价值大约为 650 美元。同时根 据斯达半导招股书,芯片约占 IGBT 模块成本近 70%,则我们可以大致测算出 IGBT 芯片约占新能源车电机成本约 10.5%~14.0%。

新能源汽车月度销量维持高位。根据中国汽车工业协会数据,2023 年 8 月我国新 能源汽车销量达到 84.6 万辆,同比增长 27%,环比增加 8.5%,市占率达 32.8%; 2023 年 1~8 月我国新能源汽车总销量达 537.4 万,同比增长 39.2%,市占率达到 29.5%。我们认为,目前新能源汽车销量维持在历史高位水平,相关需求正在持续 回暖,未来依托行业电动化趋势不断加深,新能源汽车市场或将持续保持活力。

IGBT 在光伏等新能源领域也经历了快速的发展,并在智能电网领域得到广泛应 用。近年来,以风能和太阳能为代表的新能源产业蓬勃发展。风能和太阳能发电 所产生的电力需要经过逆变器进行并网使用,而 IGBT 模块则是逆变器的核心电 子元器件。因此,未来新能源领域的迅速发展将推动 IGBT 行业的快速发展。 此外,IGBT 还广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端和用电端。在发电 端方面,风力发电和光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用 IGBT 模块。在输 电端方面,特高压直流输电中的 FACTS 柔性输电技术需要大量使用 IGBT 等功率 器件。在变电端方面,IGBT 是电力电子变压器(PET)的关键器件。在用电端方 面,家用电器、微波炉、LED 照明驱动等都对 IGBT 有大量需求。

根据 Yole 的数据,2020 年全球 IGBT 市场规模约为 54 亿美元。在这个市场规模 中,IGBT 的主要应用场景及其占比为:工业控制(31%)、家电(24%)、电动汽车 /混合动力汽车(EV/HEV)新能源汽车(9%)、轨道交通(6%)、光伏(4%)、直流 充电设备(1%)。同时根据 Yole 的预测,到 2026 年全球 IGBT 市场规模将达到约84 亿美元。其中,EV/HEV 新能源汽车领域的市场规模将达到 17 亿美元,占比提 升至 20%。从 2020 年到 2026 年,IGBT 在新能源汽车领域的市场规模复合增长率 (CAGR)将达到 23%。我们认为,随着新能源汽车市场的快速发展,IGBT 在该领 域的需求将迅速增长,新能源汽车领域的市场规模和占比增加或将成为 IGBT 行 业的一个重要推动因素。

IGBT 市场需求持续旺盛。根据 2023 年 9 月富昌电子发布的 2023Q3 分立器件交 货周期及价格趋势数据,全球范围内的五大品牌(意法半导体、英飞凌、美高森 美、艾赛斯和仙童半导体)的 IGBT 产品交货周期保持了前期的稳定水平。具体 来看:意法半导体的交货周期为 47 至 52 周;英飞凌的交货周期为 39 至 50 周; 美高森美的交货周期为 42 至 52 周;艾赛斯的交货周期为 50 至 54 周;仙童半导 体(安森美)的交货周期为 39 至 52 周。数据显示,全球大型厂商中,IGBT 产品 的最长交货周期为 54 周,交货期限仍然相对紧张。

2.3 SiC:全球布局进行时

根据 Yole 的最新报告,碳化硅电力电子市场规模在 2021 年达到 10.9 亿美元。 随着下游汽车和工业等领域需求的快速增长,特别是在 800V 平台架构下,快速 充电对碳化硅功率器件的需求增加,预计到 2027 年,碳化硅电力电子市场规模有望增长至 63.0 亿美元,2021 年至 2027 年的复合增长率预计达到 34%。其中根 据 Yole 测算,汽车行业在碳化硅电力电子市场中的占比由 2021 年约 62.8%提升 至 2027 年 79.2%。

根据 Wolfspeed 最新的投资者日法说会,随着从燃油车向纯电动汽车的转变,动 力总成系统中的单车半导体的价值含量预计将近翻倍。未来,随着纯电动车辆的 普及率稳步增加以及充电桩设施的持续改善和布局,预计到 2026 年,全球车用 碳化硅的普及率将超过 50%。同时伴随汽车电动化的加深,单车 SiC 价值量有望 由燃油车约 500 美金提升至 1000 美金,其中约 90%的价值量来自于逆变器。

汽车电动化势不可挡,SiC 接替 IGBT 推动功率电子市场。根据 Yole 测算,截止 2022 年,新能源汽车中 IGBT 模块价市场份额最大,占比约 50%;到 2028 年 SiC 模块预计将成为功率电子在电动汽车领域市场份额最高的品类,总规模达到 54.81 亿美金,占比约 56%。2022 年到 2028 年电动汽车类领域 SiC 模块复合增速 达到 32%。

SiC 器件:高价格换取高性能。相较于硅基模块(如 IGBT 模块),SiC 在高功率, 效率、稳定性中具有明显优势,伴随电动汽车 800V 快充进程的推进,SiC 趋势愈 发明显。在硅基 IGBT 向 SiC 转换的过程中,除了芯片本身之外,封装方案或将 成为影响功率器件性能的关键因素之一,例如线材有铝线转化为铜线、基板由直 接键合铜(DBC)转换为活性金属钎焊(AMB)陶瓷基板、散热方案升级为双面散 热等。虽然更好的芯片和封装材料使得 SiC 器件的性能快速提升,但随之而来的 高昂成本则愈发不可忽视。

IGBT 芯片+SiC 封装方式,寻找模块成本与性能平衡点。在 SiC 模块中,SiC 芯片 约占总成本 70%,目前部分公司采用保留 IGBT 芯片,同时使用 SiC 模块方案中的 封装方案:更先进的基板材料、电气互联等,从而实现低成本下的高性能。根据 Yole,捷豹 I-Pace 车型逆变器中 IGBT 模块采用了定制创新互联技术,芯片顶部 和底部采用双面银烧结的同时底部采用铜制冷却头,以改善散热实现更高性能。

多功率器件混合或将成为解决方案。2023 年初,特斯拉宣布在下一代动力平台中 将在不影响汽车性能的同时减少约 75%的 SiC 用量。我们认为,虽然 SiC 性能优 异,但短期内较高的价格和相对较少的产能将在一定程度上限制 SiC 的渗透率提 升,未来多功率器件混合的综合解决方案或将成为主流:例如 SiC MOSFET 和 Si IGBT 的混合,其中 IGBT 逐步向车规级 12 吋转换以降低成本,同时将相对成熟的 氮化镓(GaN)逐步渗透到车载低功率场景的应用中。

根据 Yole 的报告,全球范围内的一些领先公司,如意法半导体、Wolfspeed、安 森美和英飞凌科技,已经在近年来宣布了它们在 SiC 领域的战略规划和取得的成 果。例如,意法半导体的 SiC 模块已在特斯拉 Model 3 中使用多年;英飞凌宣布将建设全球最大规模 SiC 晶圆厂;Wolfspeed 在法说会中表示,未来将把重点放 在 SiC 业务上。这些例子表明,SiC 有望成为未来功率电子公司继 IGBT 之后的又 一个重点发展领域。据 Yole 统计,目前中国已有超过 50 家企业以不同的方式和 战略进入 SiC 领域。

3 IGBT 模块龙头,深化车规产品优势

IGBT 模块国内龙头:长期以来,IGBT 模块始终为斯达半导的主要收入来源, 2020/2021/2022 年公司 IGBT 模块收入分别为 9.12/15.95/22.25 亿,占比分别为 94.65%/93.46%/82.23%。纵观 A 股功率电子上市公司中,以 IGBT 模块收入为主 的公司仅有斯达半导和宏微科技,从规模和收入占比的角度来看,斯达半导在 IGBT 领域为国内第一。同时根据英飞凌数据,斯达半导在 2021 年全球 IGBT 模块 份额约为 3.0%(位居全球第六,国内第一),相较于 2017 年份额提升约 1.1pct, 排名由全球第十提升至全球第六。

车规级功率模块先行者:在功率电子上市公司中,斯达半导为车规级功率模块头 部企业,根据 NE 时代数据,按照保险数据口径,2022 年乘用车主驱功率模块市场增速显著,其中 2022 年整车需求约为 523 万辆,对应电控需求 576 万套,其 中英飞凌、比亚迪半导体、斯达半导装机量分别为 127.5 万套、117.3 万套、75.9 万套,占总装机量比分别为 25.0%、22.9%、14.9%。其中根据 NE 时代数据,斯达 半导 2022 年得益于小鹏 G9 的起量以及 SiC 的逐步出货,乘用车功率模块装机量 同比提升 46.7%。2023H1,斯达半导功率模块装机量 17.92 万套,国内市场份额 约为 5.8%。

深耕车规级模块产品,与深蓝汽车合资成立重庆安达半导体。根据斯达半导官微 6 月 20 日发文,深蓝汽车与斯达半导组建了全新合资公司“重庆安达半导体有限 公司”,注册地址为重庆市,双方将围绕车规级功率半导体模块开展合作,共同推 进下一代功率半导体的商业化应用。根据企查查,重庆安达注册资本 1.5 亿,斯 达半导持股 70%,深蓝汽车持股 30%。深蓝汽车成立于 2022 年 4 月,原名长安深 蓝,于 2023 年 4 月更名为深蓝汽车。目前深蓝汽车为独立新能源汽车品牌,主 打增程式混动以及纯电汽车产品,目前旗下有中型轿车深蓝 SL03 和中型 SUV 深 蓝 S7 两款在售车型。

SiC、高压芯片蓄势待发。2021 年 9 月,公司非公开募集资金总额不超过 35.0 亿, 其中拟计划投入高压特色工艺功率芯片项目 15.0 亿、SiC 芯片研发及产业化项 目 5.0 亿。根据公司 2023 中报显示,高压特色工艺项目及 SiC 项目目前仍处于 建设阶段,公司预计项目完成后将形成年产 30 万片的 6 英寸 3300V 以上高压特 色功率芯片生产能力和 6 万片的 6 吋车规级 SiC MOSFET 芯片产能。根据公司 2023 年中报,2023H1 搭载公司自主 SiC MOSFET 芯片的车规级 SiC MOSFET 模块在主 电机控制器客户完成验证并开始小批量出货。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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