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【安信电子孙远峰团队-走进”芯“时代系列之八】功率半导体权威专家电话会议纪要0415

安信证券云南分公司2020-02-13 14:30:48

【时间】4月15日晚8点;

【权威专家】刘老师

【联系人】孙远峰/王海维


一、安信电子首席孙远峰

我们对于功率半导体的一个子行业推荐和认知观点不变,这个行业具备两个非常明确的属性,第一个就是目前来讲,整个功率半导体在全球格局相对稳定的基础上,我们推进进口替代,在这个过程中,要突破很多技术壁垒和渠道以及一些技术,绝大部分企业是以IDM模式为主,未来有可能有很大的一个突破。另外是整个行业的市场而言,增量空间比较大,从早期的LED、光伏到现在的新能源汽车,包括未来的轨交,以及军工航天等等,功率半导体或者单体设备从机械化到电子化的转变过程中,对于交直流转换、电频转换的需求很大,这一部分的增量市场很大。所以整体来讲这个板块是非常明确进口替代赛道比较好的板块。

 

近期我们可以看到几件事情,电影《厉害了我的国》首次提到了IGBT芯片国产化的事情,可见整个行业目前来讲,在战略认知层面已经提升了比较高的维度。包括现在像二极管、小信号的Mosfet,大功率的Mosfet或者IGBT都可能会有一些国产化的迹象出来,整体来讲整个行业是欣欣向荣的,未来具备比较明确增量的一个行业。


二、Q&A

1.   功率半导体是半导体分立器件的重要分支产品,也是未来半导体发展的重要增量,您是否可以就功率半导体相对其他半导体产品的异同进行介绍,例如IDM模式,全球基本格局(北美,日韩,台湾地区等),产线等级(8,12英寸等)?

功率半导体主要包括功率二极管、肖特基二极管、可控硅晶闸管、功率双极晶体管、 POWER MOS IGBT(绝缘栅晶体管)。

生产模式:

IDM模式(集成-器件-制造):包括设计-制造- 封测,甚至是下游电子终端产品;国内市场,士兰微、华微、扬杰等主要是IDM模式;Foundry:芯片加工,像上海的华虹,中芯国际;fabless(垂直分工):Fabless指的是没有芯片生产能力,但是有芯片设计能力的厂商,直接面对用户。

功率半导体大圆片的尺寸:主要包括6、8寸,以8英寸具备一定的竞争力,国际市场都是8英寸在做功率器件,少量的是6寸线,目前国内6寸的相对比较多。国外英飞凌有1条12英寸,日本东芝、三菱 ,韩国台湾企业,功率半导体方面主要还是8英寸;12英寸有难度,以IGBT为例,硅片减薄到70-120微米后还要有多步工艺加工,难度非常大;有比较优势的是8英寸加工技术成熟。


2.  下游应用十分广泛,消费电子,家电,工控医疗,汽车,轨道交通和军工航天,在功率级数和市场特点上的情况?是否可以着重讲一下汽车电子方面的全球格局情况?

功率器件应用:汽车(电动汽车、混合电动汽车)UPS、轨道交通  、光伏 、风电(逆变转换) 、马达驱动 (直流交流)、工业领域(电焊机)、 医疗以及很大需求的消费类 (白色家电 、照明 、照相机camera)  。以Yole公布的IGBT在各个应用领域占比的数据为例,14年和2020年的数据比较,14年IGBT汽车电子占比24%,预计2020年上升至46%,接近50%;第二大应用是马达,14年马达驱动占比是15%,2020年占比预计是12%;14年光伏逆变器IGBT的占比是10%,2020年占比是9%;14年电焊机3%,2020年保持在3%左右;14年IGBT白色家电占比5%,2020年预计是3%。最大的增量是电动汽车和混合电动汽车。IGBT芯片制造——模块IPM——逆变器(装置)三部分,以汽车为例

(1)芯片端是英飞凌、国际整流器(IR)、日本的日立、三菱主要厂商;

(2)IGBT模块有(电动汽车的驱动模块),三菱,NISSAN,英飞凌 ,BOSCH和比亚迪等。

(3)新能源汽车逆变电源 :三菱的逆变电源用在伏特汽车、NISSAN用在自己车上,英飞凌、BOSCH用于大众,DAIMLER汽车上。


3.  产品贯通二极管,MOSFET,IGBT等等,部分大厂采用IPM模块化出货,国内目前产品层级处于哪个阶段,基础如何,未来的机遇和挑战怎样?大陆进口替代率,行业增速以及总产能情况,是否可以谈一下您的观点?

以白色家电使用的 IGBT模块(IPM)为例,1年空调1.5亿台,变频的有9700万台,9700万台会用到IPM模块1.9亿块(包括压缩机、风扇等),6通道IPM(需要6对IGBT和二极管等)用到的芯片大约是4.5亿颗,需要8英寸硅片49.3万片。

汽车用IGBT 占所有应用领域比达到24% 到2020年 46%;(Yole)白电(空调 ,8英寸30-40万片,占比产能5%不到,IGBT用量非常大);(数据来自国家统计局,中国家电研究院)除了三菱 、英飞凌等国外企业,国内有几家厂商做IGBT(士兰微、华微 、比亚迪等) ;功率二极管(华微 扬杰 捷捷微 苏州固锝)。

进口替代已经起步多年。现在开始逐步进入 “大家电”,“小家电”,小功率“逆变电源”,“马达驱动”,“逆变焊机”领域。


4.   目前MOSFET等功率器件产品涨价趋势明显,未来进口替代推进过程中,是否会带来一些产品价格的波动,您对未来1~2年内产品价格趋势怎么看待?

如美国Vishay的 mosfet大量应用于汽车,包括 雨刷 、马达 、座椅移动等都靠模块驱动;无论是进口还是国产逐步代替进口,功率器件的涨价主要还是由于硅片,金属,光刻胶,特种气体等材料涨价。由于生产商的设备折旧已经完成,器件的加工成本方面不会有太大的增加。所以,总趋势是涨一点价。


5.  目前第三代功率半导体全球研发如火如荼,东芝提高碳化硅产品出货预期,您对全球和本土目前的研发布局情况如何看,未来最重要的产品应用有哪些,市场空间如何,例如新能源汽车等应用领域

第一代半导体材料主要是指硅、锗元素半导体材料,

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);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;

第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC) 、氮化镓( GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。

国家科技、工信部,1,2专项持续多年支持三代半导体的发展。国外,日本、美国、欧洲包括国内的企业均在积极地布局,近5年发展较快,应用领域覆盖光伏逆变,电机驱动,新能源汽车等等。瓶颈主要是在于材料端,不管国外还是国内企业主要的瓶颈就在于材料的良率太低,价格高,材料取得突破之后会有大规模的应用,制造的工艺、技术、制造技术除少量变动,不会有太多的难点。


6.  假设贸易摩擦持续,是否会加快国产替代的进程,例如在家电等领域,一些龙头企业是否会逐渐采用国产元器件替代进口,同时国家是否会有相关的一些补贴政策?对行业发展是否存在积极和消极作用?

国家一直在推进国产化,从家电到光伏行业均给予一定的支持,光伏逆变器华为1家1年的销售额是1000亿,合肥阳光电源排名第二,几百亿的销售额,用量非常大。进口替代存在的问题主要有以下几点:1)国际大品牌应用客户在更换产品厂商时,认证难度系数较大,国产品牌目前的品牌认知度相对较低;2)国外的企业多数采用8英寸线制造,成本已经控制的非常低,国内企业还需要一定的时间去加强。制造能力、技术等没有壁垒,贸易摩擦对国内功率器件的生产企业影响有限,主要难度还是本土企业品牌市场认知度。


7:英飞凌、日立或者是松下它们的大硅片,碳化硅原料不外卖,高纯的碳化硅材料占我国国内第三代功率半导体成本的大头,是不是我们的产能利用率比较低?所以导致国外的8英寸的成本可以做得很低,中国的8英寸的成本可能还是偏高,成本高的原因是哪些?

1)对于第三代半导体,碳化硅原材料的价格很高是困扰了国内外公司的主要问题;

2)大硅片方面,不管是8英寸还是12英寸,国内企业都可以做,但是表面COP等缺陷控制水平低,产品成本率较低,良率低。虽然晚了些,但是现在8英寸,12英寸大硅片的制造国家也开始布局了。


8:东芝新能源汽车进展很快,一个是功率的提升,还有一个是成本的下降,第三代功率半导体跟二代,我们理解有一个性价比的竞争关系,它核心的性价比得降下来,价格降下来,性能提上去才会大规模采用?

三代半导体产品性能价格比非常重要,性价比高的情况下才能替代硅的IGBT 、MOSFET。价格降低到合理范围内会大规模应用。目前,国内外企业的三代半导体在碳化硅肖特基二极管水平相当,碳化硅MOSFET在同步研发。差距大的是(碳化硅基)氮化镓微波功率器件(用于雷达领域)。


9:IGBT在新能源汽车里面用的很高,渗透率从24%提升至46%,是不是将三代半导体考虑进去?

这里渗透率的提升全是指硅基,三代半导体没有纳入计算。


10:高纯的碳化硅是非常大的瓶颈,国内外企业的差距?

国内碳化硅材料有3-4家做规模比较大,但是投入还不够,碳化硅单晶的微管缺陷控制水平比国外的企业差距大。需要集中技术力量解决。


11.IGBT用8寸线,MOSFET用6寸线做是否有优势?

国内8英寸厂商的设备折旧期已过,所有的功率器件用8英寸线做都有成本优势,因为面积大好几倍,效率提升,6英寸可以做但在成本优势方面不是很有竞争力。


12:国内外功率器件的加工水平差距如何?国内IGBT没有蓬勃发展的原因?

功率器件在国内设计及应用配套相比国外差距很大。80-90年代国内,外同时起步,国内企业原地踏步,没有国际视野思想跟不上。而国外企业却是突飞猛进。

现在国内加工水平与国外企业一样(华宏NEC每月给美国万代加工3.5万片功率MOSFET),但是,国产化比较难的原因主要还是品牌的认知度,需要时间去积淀。目前,国内的IGBT主要应用在家电领域,轨道交通、汽车都有较高的进入壁垒,有一定的行业保护,例如汽车领域的功率器件厂商必须具备汽车电子牌照才可以进入。目前难度系数较低的是光伏领域,国内市场很大,华为1年产值1000亿,国内IGBT可以按照市场门槛的高低的优先次序选择性切入。如切入每年几百亿产值的小家电企业。


13:Mosfet 各个功率水平的情况?

功率Mosfet 范围主要是 20v-300v以内,应用在手持的电器 、风扇驱动,马达驱动,汽车电子(马达驱动、玻璃门、雨刷、座椅等),国内有一些产能用在电动二轮车上,但没有应用于汽车上,因为没有汽车电子牌照。

国内有士兰微、华微电子、苏州固锝、扬杰科技、富满电子、韦尔股份、长电科技,和国外厂家比较规模相对较小。台湾也有功率器件制造如台湾大中、台湾尼克松、台湾富鼎先进、台湾茂达电子、台湾强茂、台湾友顺 。


14:IGBT 国内的产能比较大,主要是指模块?

斯达、宏微等在电焊机领域内做的比较好,国内市场占比大20%-30%,用量很大,新能源汽车国内几家模块厂商目前没有切入,轨道交通方面南车有供货。“士兰微”空调用的IPM智能模块已经少量切入“家电”领域。


15:IGBT芯片领域国内企业的情况?

中科君芯是Fabless,其产品的竞争力取决于代工厂商的加工成本。比亚迪(宁波)、中车有自己的设计和制造。从需求端来看,跨领域供货较难,行业划分的壁垒要逐渐打破。


风险提示:宏观经济不景气,功率半导体行业发展低于预期,新能源汽车发展低于预期等


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【安信电子团队】

孙远峰/王海维/张磊/赵琦/张大印


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(以上研报转载自安信证券研究中心)


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