河北中瓷电子科技股份有限公司(简称“中瓷电子”)于 2009 年 08 月 06 日成立 于河北省石家庄市。公司是专门干电子陶瓷系列新产品研发、生产和销售的高新 技术企业,致力于成为世界一流的电子陶瓷产品供应商,为客户提供创新、高品 质、有竞争力的电子陶瓷产品。公司开创了国内光器件电子陶瓷外壳产品,填补 了国内空白,经过近十三年的发展,公司已成为国内领先的电子陶瓷高新技术企 业,在国内电子陶瓷行业具有重要影响力,在光通信领域,公司与全球多家著名 的光器件和光模块厂商建立了长期合作关系,成为核心供应商。经过多年的沉淀 与积累,公司还积极拓展了工业激光、汽车和消费电子陶瓷产品。公司于 2021 年 01 月 04 日在深圳交易所中小板挂牌上市,迈入发展新阶段。2022 年 1 月,公司 发布公告拟收购控股股东中电科十三所氮化镓/碳化硅资产,进入三代半导体新赛 道。
公司控股股东为中国电子科技集团公司第十三研究所,持有公司股份 46.34%。公 司实际控制人为中国电子科技集团,其通过中国电科十三所、电科投资和中电国 元间接控制公司 59.77%的股份,股权结构稳定。公司高管和核心骨干持股平台为 石家庄泉盛盈和企业管理合伙企业(有限合伙),持股占比7%,激励充分。
中国电子科技集团有限公司是中央直接管理的国有重要骨干企业,拥有电子信息 领域完备的科研创新体系,在国内军工电子和网信领域占据技术主导地位,主要 从事国家重要军民大型电子信息系统的工程建设,重大装备、通信与电子设备、 软件和关键元器件的研制生产,肩负着实现国防现代化、支撑数字经济发展、服 务社会民生的职责使命。
中国电科十三所全名中国电子科技集团公司第十三研究所,成立于 1956 年,前身 为“河北半导体所”。十三所拥有多专业综合性优势,研发涉及微电子、光电子、 半导体高端传感器、光机电集成微系统、微机械电子系统(MEMS)五大领域以 及材料、封装、设备仪器等支撑领域;是我国从事半导体技术研究历史最长、规 模最大、专业结构配套齐全的综合性工程类半导体骨干研究所之一。2021 年产值 突破百亿,“十四五规划”提出达成“第二个百亿产值”目标。
十三所现有员工 7000 余人,其中,中、高级技术职称 577 人,集团首席科学家 2 人,首席专家 3 人,享受国务院特殊津贴专家 7 人,国家百千万人才工程 1 人。 自建所以来,十三所先后创造了包括我国第一只锗合金晶体管、第一只硅超高频 晶体管、第一块硅集成电路、第一只砷化镓微波场效应晶体管、第一只长波长半 导体激光器、第一块砷化镓集成电路在内的 41 项国内第一。其下属公司石家庄麦 特达电子科技有限公司主要从事光通信、激光雷达、激光加工用光电芯片、器件 及组件的研发、生产和销售;河北美泰电子科技有限公司主要从事 MEMS、微电 子、传感器、惯性器件与系统、射频器件与模块、光电器件与模块、汽车电子产 品研制生产与销售;北京中电科卫星导航系统有限公司主要从事社会公共安全设 备及器材、电子元器件、电子产品的研发、生产和销售等。
由于中国电科十三所为公司控股股东,且公司董事长卜爱民为中国电科十三所所 长,这给公司在高管以及专业人员配置方面带来了得天独厚的优势,也更有利于 此次资产注入所内事项的推进。目前公司主要高管都拥有强大的科研背景,付花 亮、梁向阳、邹勇明等人均来自于中国电科十三所,且其中有相当一部分人已经 从事过陶瓷外壳研发工作,拥有丰富的研发背景和强大的实力。此外,公司也积 极吸收拥有专业技术能力的新鲜血液。另外,公司可充分享受中国电科特别是十三所在各项相关业务充裕的科研资源,为公司持续的技术领先夯实基础。
公司聚焦电子陶瓷特别是通信电子陶瓷外壳,产品品类逐渐丰富,产品结构逐渐 高端化,驱动公司业务持续高增长,2016-2021 年公司营业收入整体呈现持续增长 态势,从 2016 年的 2.31 亿元,到 2021 年增至 10.14 亿元,复合增速为 34.4%;受 益于2020年的订单交付和份额提升,2021年实现营收10.14亿元,同比增长24.2%; 2022Q1 实现营收2.92 亿元,同比增长 30.9%。2016-2021 年,公司归母净利润复 合增速为 35.2%。2021年公司实现归母净利润 1.22 亿元,同比增长 23.96%; 2022Q1实现归母净利润0.36 亿元,同比增长 26.05%,2022Q1 继续呈现强劲增 长趋势,2022Q2 预计经营趋势保持平稳。
盈利能力有望提升。从毛利率看,近年来已逐渐稳定在 30%左右,伴随公司消费 电子陶瓷外壳收入占比的提升,毛利率有望稳步提升。净利率水平较高,且稳中 有升,从 2016 年的 11.60%,增长至 2022 年 Q1 的 12.20%,这也体现了公司较好 的费用控制能力。
研发投入不断加大,保持行业竞争力:电子陶瓷行业专业性强,对陶瓷新材料、 半导体外壳仿真设计和生产工艺三个方面都有较高的技术要求。且电子陶瓷行业 更新迭代较快,需要不断改进产品来更好地适应市场的需求变化。公司 2016 年至 2021 年持续加大研发投入;2021 年全年公司已经投入 14106.37 万元,显著高于 2020 全年的 10858.97 万元,同比增长 29.91%;2022Q1 研发投入 3897.41 万元, 较 2021Q1 增长 34.71%。 截止到 2021 年底公司共有技术人员 153 人,占员工总数的 33.6%,公司背靠中国 电科,对人才具备良好的吸引力,强大的人才储备也是公司技术持续领先的关键 因素之一。
从收入结构来看,通信占比最高且比例相对稳定,消费电子&汽车业务占比有望 显著提升:公司专注于从事电子陶瓷系列产品的研发、生产和销售,主要产品可 分为:通信器件用电子陶瓷外壳、工业激光器用电子陶瓷外壳、消费电子陶瓷外 壳及基板、汽车电子件四大系列。通信电子陶瓷外壳特别是光模块陶瓷外壳作为 公司“拳头产品”,占收入比例较高,且相对稳定。伴随公司新业务的拓展,消费 电子&新能源车用陶瓷外壳产品收入占比有望逐渐提升,客户结构不断改善。
国资委密集发文,鼓励继续加大优质国企资产注入上市公司力度,稳妥探索符合 条件的多板块上市公司分拆上市,盘活或退出低效无效上市平台等,公司作为十 三所目前唯一上市公司资产,有望充分受益。2022 年 1 月 28 日,中瓷电子发布《河北中瓷电子科技股份有限公司发行股份购 买资产并募集配套资金暨关联交易预案》,此次收购标的均为公司控股股东中电科 十三所旗下稀缺的三代半导体资产,包括中电科十三所氮化镓基站射频芯片业务、 博威集成和国联万众。公司有望凭借收购切入三代半导体优质赛道。
电子陶瓷外壳主要是应用于工作在高频、高压、高温、高可靠性芯片的封装,伴 随工作环境愈发苛刻,会有越来越多的芯片工作在上述环境,电子陶瓷外壳市场 空间持续提升,成长逻辑清晰。
电子陶瓷市场的主要份额依旧被日本等海外巨头占有,国内发展空间广阔。从全 球市场份额来看,日本作为绝对巨头,占据了全球市场 50%左右份额。日本京瓷 目前已经发展成全球规模最大的先进陶瓷供应商;美国虽然拥有先进的陶瓷技术, 但由于其产业发展落后于日本,占据了全球 30%的市场份额;欧洲约占全球份额 的 10%。虽然近年来国内各企业都不断加大投资力度,提升自己研发实力,但是 电子陶瓷高端产品系列仍然实力较为薄弱,部分核心零部件依旧依赖于进口。以 三环集团、中瓷电子为代表的国内厂商,已经加速崛起,逐渐蚕食海外巨头份额。
全球电子陶瓷外壳空间广阔,公司份额有望逐渐提升:我们测算,2020 年全球电 子陶瓷外壳市场规模约 300 亿元,其中日本京瓷作为行业龙头收入约 162 亿元, 占据约 54.00%市场份额,其余竞争对手如日本丸和、日本富乐德、美国罗杰斯等 占据约 43.28%份额;中瓷电子 2020 年收入 8.16 亿元,仅占全球约 2.72%的市场 份额。公司作为国内电子陶瓷外壳龙头厂商,在通信、工业激光器等领域产品性 能与海外巨头相当,消费电子、汽车等新业务逐渐赶超,在服务响应、交付能力 和成本方面具备较大优势,有望逐渐蚕食海外巨头份额。
光器件的封装通常有两种方式:气密性封装和非气密性封装。气密性封装需要陶 瓷外壳和 submount,非气密性封装虽然不需要外壳形态的陶瓷外壳,但需要 submount(基座形态的陶瓷外壳)。 气密性封装,顾名思义,就是气体也无法穿透的一种封装,它的目的是为了防止 外部的水汽和其他有害气体进入光器件内部,影响光芯片和相关零组件的性能。
气密性封装的方式主要有 TO、BOX、蝶形封装等,主要应用在工作环境复杂,对 可靠性要求高的电信市场或者 DCI 市场(数据中心长距离传输)。其中,TO 封装 主要应用在基站、PON 这些单通道的传输距离和传输速率要求低一点的市场, BOX/蝶形(Butterfly)主要应用在传输网,多通道居多,传输速率高,传输距离 长,对可靠性要求高,包括 40G/100G/200G/400G 及相应速率的相干光模块。
具体 来说,To-Can 同轴封装通常为圆柱体,具有成本低廉、生产制造简单等优点,但 体积较小导致散热问题使其不适用于长距离传输,主要用于 2.5Gbit/s 和 10Gbits/s 短距离传输。蝶型封装通常为长方体,结构复杂,具有可实现多种功能、散热好 等优点,适用于长距离多种速率传输。而 BOX 封装为蝶型封装的多通道升级版, 适用于 40G 及以上速率的高速光模块。随着 400G、800G 时代的到来,将对并行 光学设计提出更高的要求。
长期来看,全球光模块市场持续高成长。据 Lightcounting 测算,2020 年全球光 模块市场为 80 亿美元,预计到 2026 年,市场规模为 145 亿美元,复合增长 13%。 目前在光模块市场,主要应用到的电子陶瓷产品包括陶瓷外壳和盖板、基座和载 体等,约占光模块价值量的 15%左右,整体市场规模较大。相较于公司目前的营 收规模,仍有很大成长空间。
在光通信领域,公司开发的光通信器件外壳包括 Butterfly 外壳、TOSA 外壳、ROSA 外壳、光接收组件外壳、光开关外壳等,传输速率覆盖 10G/25G/40G/100G/400G, 产品种类可以覆盖全部光通信器件产品。外形尺寸与结构符合国际通用的标准封 装形式,电性能、可靠性达到国际水平,能够替代进口外壳,填补国内空白,下 游客户覆盖了全球主要光模块龙头厂商。电信 5G 和数通 400G 时代,全球光模块 国产化率显著提升,国内厂商对公司产品接受度更高,公司迎来全面替代海外巨 头的时代。
除了光通信器件用电子陶瓷外壳以外,公司在通信器件用电子陶瓷外壳另外两大 产品是无线功率器件外壳和红外探测器外壳。 无线功率器件包括硅双极型晶体管、LDMOS 功率管和三代半导体 GaN 功率管等, 是移动通信基站和移动终端的核心器件。随着通信技术的发展和 4G、5G 推广, 基站数目将急剧增加,LDMOS 功率管和第三代半导体 GaN 功率管将成为基站最 具竞争力的先进器件。目前无线功率器件均依赖大量进口,国产替代成长空间巨 大,而无线功率器件外壳是其关键部位,国内无线功率器件的爆发必将带动其配 套外壳的需求上升。
第三代半导体是 5G 通信、新能源汽车、数据中心等产业的基石。公司实际控制人 中国电科作为国内最早研制第三代半导体碳化硅设备的单位,相关设备领域的核 心技术处于国内领先地位,自 17 年起便推出了各类碳化硅制造设备并于 2022 年 3 月成功发布了第三代半导体的关键制造设备-立式 LPCVD(低压化学气相淀积) 设备,这也将助力公司在第三代半导体领域快速发展并追赶国际水平。
公司目前也是将该领域作为重点开发,并且已有第三代半导体器件或者模块用电 子陶瓷外壳批量供货,国内客户主要为中国电科、成都亚光,并实现了海外巨头 英飞凌、NXP 的批量出货。该产品外壳主要有:硅双极型功率管封装外壳、横向 扩散金属氧化物半导体(LDMOS)功率管封装外壳、5G通信用的 GaN 器件陶瓷 外壳等;实现了新型金属散热材料CPC、CMC的批量应用,使封装器件的输出功 率最大可达1500W,外壳频率可覆盖至 K 波段,与国际水平相当,在国内市场已 经占有重要的地位,未来市场空间有望进一步扩大。
根据 CS&A 数据,2020 年全球晶振市场规模约 34.46 亿美元,同比增长 13.32%。 根据惠伦晶体招股说明书,晶振基座和上盖成本占比约为 60%,在晶振总价值占 比约为 40%,全球晶振陶瓷基座市场规模约为 13.78 亿美元。
声表面波滤波器(SAW)是利用压电基片的压电效应和表面波传播的物理特性所 制成的一种射频芯片。声表面波滤波器的工作原理是在输入端通过压电效应将电 信号转为声信号在介质表面上传播,而在输出端由逆压电效应将声信号转为电信号。全球 SAW 滤波器 2020 市场规模为 326.9 亿元,根据好达电子招股说明书, 2020 年,基座/基板在原材料的成本占比约为 28.80%,占当年收入比例约为 14%, 以此预计全球 SAW 滤波器陶瓷基座市场规模约为 46 亿元。根据集邦科技(TrendForce),2020 年 3D 传感 VCSEL(适用于智能手机和平板 电脑等移动设备)市场规模预测为 12.07 亿美元,较 2019 年的 10.79 亿美元同比 增长 12%。我们测算,VCSEL 配套陶瓷外壳价值量大约占比 1/2,约为 6 亿美 金,40 亿元人民币。
目前公司在该领域内的产品主要为声表晶振类外壳、3D 光传感模块外壳、5G 通 讯用陶瓷外壳和氮化铝陶瓷基板。随着 5G 通信技术、智能技术的进一步发展和 成熟。声表、传感器、通信电子等消费电子领域需求迅速扩大,声表晶振类、3D 光传感器模块和 5G 通信终端模块外壳等部分产品已经实现小批量交付。针对氮化铝陶瓷基板,公司自研掌握了关于高导热氮化铝陶瓷材料的核心技术,拥有电 子封装用氮化铝晶须增强氮化铝陶瓷复合材料及制法的专利技术,产品主要应用 于电力电子、高功率 LED 等领域,相关产品性能已经达到国外同类先进水平。
从目前该领域的前五大客户来看,整体公司消费电子业务份额较小,且客户集中 度程度非常高,第一家公司占同类产品营收比为 85.91%;且从地区划分来看,该 业务客户主要集中在中国深圳;未来公司成长空间巨大,可以不断开拓国内外其 他地区的市场。
虽然目前公司消费电子类产品市场份额较少,但是公司将通过本次募集资金投资 项目,满足声表滤波器、晶体振荡器、3D sencor 等消费电子领域的海量需求,进 军消费电子陶瓷产品领域,建设消费电子陶瓷产品生产线,公司的业务规模将会 得到大幅度的提升。具体来说,公司将大力加强声表晶振类外壳、3D 光传感器模 块外壳的研发和销售,开拓日本及中国台湾市场。提高消费电子陶瓷产品在公司营业 收入的比重,优化公司的产品收入结构,提高公司的整体盈利能力,增强公司产 品的整体市场竞争能力。
IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的缩写,即绝缘栅双极型晶体管。它是由 BJT 和 MOSFET 组成的复合功率半导体器件,既有 MOSFET 的开关速度高、输 入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点,又有 BJT 导通电压 低、通态电流大、损耗小的优点,在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件 不能比拟的,因而是电力电子领域较为理想的开关器件,是未来应用发展的主要 方向。
新能源大时代,逆变器&汽车需求空间巨大:作为工业控制及自动化领域的核心 器件,IGBT 模块在电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车 电子、新能源发电、新能源汽车等诸多领域都有广泛的应用。随着新能源汽车的 发展以及变频白色家电的普及,IGBT 的市场热度持续升温。它不仅在工业应用中 提高了设备的自动化水平、控制精度等,也大幅提高了电能的应用效率,同时减 小了产品体积和重量,节约了材料,有利于建设节约型社会。
根据 Yole 预计,到 2026 年全球 IGBT 市场规模有望突破 84 亿美元,CAGR 达7.5%,持续保持增长。按照斯达半导披露的招股说明书的 2018 年成本结构数据, IGBT 用的 DBC(陶瓷覆铜板)原材料成本占比为 10.18%,占总收入的 7.24%。 公司已经顺利通过国内 IGBT 模块厂商的产品认证,正处于小批量状态,目前大 批量出货限制主要是上游氮化铝粉体等材料成本高,伴随国内粉体厂商产品实力 提升,DBC 产品竞争力有望凸显,受益 IGBT 市场爆发。伴随碳化硅产业链成本 逐渐下降,碳化硅 MOSFET 有望逐步替代硅基 IGBT,但陶瓷外壳类产品仍是刚 需,封装方案可能发生变化,但公司仍然具备技术积累,有望继续受益。
激光雷达用陶瓷外壳产品成长空间广阔,公司逐渐实现头部厂商出货:公司新能 源车用电子陶瓷外壳在国内激光雷达发射模组龙头实现量产出货,并正积极导入 其它激光雷达龙头厂商,伴随新车激光雷达加装率大幅提升,行业需求迎来爆发 式增长。以炬光科技为例,其 2021 年 1-6 月第五大供应商为中国电子科技集团有 限公司,为其提供激光雷达发射端模组用陶瓷产品。
1、 高壁垒的配方:公司自主掌握三种陶瓷体系,包括 90%氧化铝陶瓷、95%氧 化铝陶瓷和氮化铝陶瓷,以及与其相匹配的金属化体系。配方是决定公司陶瓷 材料性能的关键;电子陶瓷新材料包括从陶瓷粉体性能的管控、材料关键配方 等方面,需要长期的实验、检测和数据积累、分析。公司电子陶瓷外壳产品的 生产依赖于公司特有的配方及生产工艺,该等技术储备系基于公司对下游客 户所处行业及产品性能的深刻理解,通过自身不断研发改良后所形成,亦是保 持公司产品竞争优势的基础。
2、 在设计方面,公司拥有先进的设计手段和设计软件平台,可以对陶瓷外壳结 构、布线、电、热、可靠性等进行优化设计,公司已经可以设计开发 400G 光 通信器件外壳,与国外同类产品技术水平相当,由于陶瓷外壳需要考虑的电、 热性能较多,设计是关键,需要长期的经验积累;
3、 在工艺技术方面,公司具有全套的多层陶瓷外壳制造技术,包括原材料制备、 流延、冲孔冲腔、金属化印刷、层压、热切、烧结、镀镍、钎焊、镀金等技术。 公司建立了完善的氧化铝陶瓷和氮化铝陶瓷加工工艺平台,拥有以流延成型 为主的氧化铝多层陶瓷工艺、以厚膜印刷为主的高温厚膜金属化工艺、以高温 焊料为主的钎焊组装工艺以及以电镀、化学镀为主的镀镍、镀金工艺。镀镍镀 金工艺是控制产品成本的关键因素,需要在满足性能指标的情况下,尽可能 薄,以期降低材料成本。
氮化镓是一种无机物,化学式 GaN,是氮和镓的化合物,是一种直接能隙(direct bandgap)的半导体,自 1990 年起常用在发光二极管中。 氮化镓作为一种宽禁带半导体,具有高功率密度、低能耗、适合高频率、支持宽 带等特点:具有更小的晶体管、更短的电流路径、超低的电阻和电容等优势,从 技术角度分析,采用氮化镓技术的充电器外形尺寸可比传统充电器减少 30%-50%, 同时整体系统效率可高达 95%。 氮化镓根据衬底不同可分为硅基氮化镓和碳化硅基氮化镓:碳化硅基氮化镓射频 器件具有高导热性能和大功率射频输出优势,适用于 5G 基站、卫星、雷达等领 域;硅基氮化镓功率器件主要应用于电力电子器件领域。
基于 GaN 的功率放大器(基站射频 PA)在 5G 时代获得了快速发展。5G 系统需 要更高的峰值功率、更宽的带宽以及更高的频率,这些因素都促成了市场对于 GaN 器件的接受。伴随 5G 建设进入中期,行业需求逐渐平稳。 氮化镓射频器件市场持续增长,基站建设逐渐进入平稳期。2020 年的氮化镓射频 器件市场规模为 8.91 亿美元,预计到 2026 年增长至 24 亿美元,复合年均增长率 为 18%。基站建设方面,目前我国 5G 基站建设量占全球比例超 60%,建设进度 全球领先,预计 2024 年新建设量到达顶峰,后进入平稳状态;以 4G 基站建设为 参考,后续海外 5G 基站建设逐步起量,占比逐渐提升至约 50%;整体来看全球 基站建设保持平稳,行业市场空间有望实现稳步发展。
氮化镓功率器件市场高速增长,消费电子与汽车应用等新市场贡献显著。2021 年 氮化镓功率器件整体市场规模为 1.26 亿美元,受益于消费类电子、汽车应用、电 信及数据通信等新市场领域的爆发式增长,预计到 2027 年整体市场规模将增长至 20 亿美元,复合年均增长率为 59%。预计未来随着新市场领域应用的不断落地, 氮化镓功率器件市场有望持续保持高增长。
随着基站中氮化镓器件渗透率提升至平稳状态后,全球 5G 基站用氮化镓市场规 模持续稳步发展。假设 2022 年基站用氮化镓单站价值量 1500 美元,未来每年平 均下降 100 美元;5G 基站中氮化镓器件渗透率假设为 50%。在全球基站建设进入 平稳期后,基站用氮化镓芯片市场规模有望持续保持平稳发展。
中电科十三所氮化镓基站射频芯片专注于氮化镓通信基站射频芯片的设计、生产 和销售,主要产品为氮化镓射频芯片,频率覆盖无线通信主要频段,芯片指标达 到国内领先水平,是国内少数实现批量供货主体之一,主要为博威公司及国联万 众提供其终端产品所需的氮化镓通信基站射频芯片(生产制造业务)。 博威集成(中电科十三所持股 84.16%)是国内领先的射频、微波芯片供应商,主 营业务为氮化镓通信基站射频芯片与器件、微波点对点通信射频芯片与器件的设 计、封装、测试和销售,主要产品包括氮化镓通信基站射频芯片与器件、微波点 对点通信射频芯片与器件等。
十三所氮化镓 PA 性能优越,份额有望提升。中电科十三所在氮化镓射频领域持 续投入,技术积累深厚,业务主体主要为此次拟收购的资产,主要客户包括全球 主要设备商龙头,按照公告的拟收购资的 2021 年收入测算,全球市场份额约为 30%左右,仍有提升空间。
碳化硅作为第三代半导体材料禁带宽度大,能在更高的温度下稳定运行,适用于 高电压、高频率场景,此外,还能以较少的电能消耗,获得更高的运行能力。 与第二代半导体砷化镓相比,碳化硅具有禁带宽度大,击穿电场高、热导率大、 电子饱和漂移速率高、介电常数小等独特性能,使其在光电器件、电力电子、射 频微波器件等领域展现出巨大潜力。
SiC MOS 等功率器件极大地提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率,主要应 用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。
电动汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势 明朗,SiC MOS 产品主要应用于车载 OBC、DC-DC、电控设备等。随着电动汽 车的发展,对功率半导体器件需求量日益增加,成为 SiC 功率半导体器件新的需求增长点。 以 SiC MOS 为例,相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比,其尺寸 可大幅减小至原来的 1/10,导通电阻可至少降低至原来的 1/100。相同规格的碳 化硅基 MOSFET 较硅基 IGBT 的总能量损耗可大大降低 70%。
SiC MOS 在电动汽车电机驱动上效率显著提升的同时带来系统成本下降。按 50A 输出电流计算,SiC MOSFET 通态损耗仅为 Si IGBT 的 20%;且 SiC MOSFET 具 有极低的开关损耗,能够使得电机驱动控制器体积减小 60%以上。SiC 产品通过 减少控制器体积,节约空间,同时减少了电池损耗,提高了效率等,综合降低了 系统成本。
碳化硅 MOSFET 性能整体显著优于硅基 IGBT,伴随成本下降,将加速在新能源 车上应用,目前已有众多新能源车品牌厂加装碳化硅模块。以特斯拉为例,Model3 早在 2016 年便开始尝试搭载 24 个碳化硅功率模块,主要用于电驱。以比亚迪的 方案为例,目前比亚迪 OBC 已经应用碳化硅;电控方面,高端系列如“汉”等应 用碳化硅模块。
在技术升级、基础设施完善和油价上涨多重因素影响之下,我国新能源汽车市场 规模持续增长。根据利用 5 年滚动测算方法,保守估计 2022 年-2025 年新能源汽 车渗透率或将达到 22.8%/30.4%/35.7%/40.2%(兴证汽车组测算),新能源市场受 益于渗透率提升,市场规模持续增长。同时得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在车载级的电机驱动器、 OBC 及 DC/DC 部分,碳化硅器件的使用已经比较普遍;但电机驱动部分 SiC 功 率器件芯片大多依赖于进口海外公司产品,国产渗透率水平较低,未来国产替代 空间巨大。
碳化硅的产业链与氮化镓相似,上游主要为衬底与外延片,中游为器件制造,下 游为各类应用场景。根据衬底类型的不同,在外延片环节中分为氮化镓外延与碳 化硅外延,其中 SiC MOS 就为碳化硅外延下的功率器件的典型代表,主要受益于 下游新能源产业与智能电动汽车产业的爆发。
衬底占碳化硅器件制造成本比例达 47%,为行业降本发展的关键;但全球衬底市 场中大部分份额均被 II-VI、Wolfspeed(CREE)等海外公司所占据,国产替代空 间巨大。以半绝缘型 SiC 衬底为例,Wolfspeed 与 II-VI 两家公司 2020 年市占率高 达 68%;以导电型 SiC 衬底为例,Wolfspeed、II-VI、SiCrystal 和 SKSiltron 四家 海外公司 2020 年市占率达 94%,国内企业成长空间巨大。
未来 8 英寸碳化硅衬底产线能大幅降低 SiC MOSFET 制造成本,推动行业进入 爆发增长期:根据 Wolfspeed(CREE)披露,相比于 6 英寸,8 英寸产线下衬底 晶圆的面积要多 80%-85%,优良裸片数量可增加 20%~30%,最终可以将 SiC MOSFET 的制造成本降低多达 30%。 以 Wolfspeed 为代表的行业龙头衬底公司逐步明确 8 英寸产线 年 或为行业爆发点:Wolfspeed 耗资 10 亿美元打造全球首个最大的 8 英寸碳化硅晶 圆厂,并于今年 4 月开业投产,预计到 2024 年将规划达产。英飞凌目前在积极扩 充其 12 英寸和 8 英寸线产能。意法半导体也在碳化硅研发上继续投入相当资源, 8 寸技术预计于 2025 年成熟并投产。罗姆收购 SiCrystal 后,也在探索 8 英寸衬底 生产的可能性,目前已经开始验证工作,预计 2023 年批量生产。
全球碳化硅功率器件市场海外龙头垄断地位显著,国产替代空间巨大。意法半导 体、Wolfspeed(科锐)、罗姆、英飞凌四家公司占据市场超 80%的份额。国内以中 电科十三所、中电科五十五所等为代表的企业,近年来大力发展第三代半导体行 业,产业覆盖上游外延与中游器件设计制造等,未来 SiC 功率器件产品有望快速 匹配国内市场需求,抢占市场份额。
近年来,中国碳化硅专利数量增长显著,推动未来国产替代化进程。根据法国 Sophia-Antipolis 机构统计,近年来我国碳化硅相关专利注册数量增长迅速,在政 府扶持政策的推动作用下,中国碳化硅产业的迅速发展终将会迎来自给自足的一 天。
国联万众(中电科十三所持股 44.83%)成立于 2015 年,是国内初创的 GaN 和 SiC 优质半导体资产,主要从事氮化镓射频芯片和碳化硅功率芯片的设计、测试、销 售,主要产品包括氮化镓通信基站射频芯片、碳化硅功率芯片等,致力于建设第 三代半导体研发创新公共平台,包括第三代半导体工艺平台、封装测试平台、可 靠性检测平台、科技服务平台等四大基础平台,为第三代半导体材料及应用联合 创新基地提供研发支撑和条件保证。国联万众将客户拓展和维护作为重点发展战 略之一,经多年发展,已拥有稳定的客户资源,产品研制与客户深入合作,产品 供货稳定,目前氮化镓芯片已间接供应国际一线通信设备制造商。
国联万众新能源车用 SiC MOSFET 业务取得突破性进展,募投项目产能扩张在 即:国联万众为十三所旗下碳化硅领域的重要公司之一,公司专注于新能源车用 碳化硅芯片与车用模块,成功进入知名车企验证流程,目前公司已成功突破国内 头部新能源整车厂,并致力于研发海外企业垄断的电力驱动设备(电控)用 15 毫 欧的碳化硅产品并进一步提高产品良率,未来有望充分受益于国产替代。
电驱用碳化硅芯片业务为价值核心,未来国联万众对应业务有望带来业绩新增长: 按照单车电驱用碳化硅芯片价值量约 1900-2500 元;假设高压平台渗透率有望从 2022 年的 10%增至 2025 年的 35%,整体中国新能源车用电驱碳化硅芯片市场有 望超 70 亿元,国联万众研发进展顺利,未来有望获突破性进展,快速抢占市场份 额,打破国外垄断局面。以同样假设测算,当电驱用单车碳化硅模块价值量约 3700- 4000 元时,到 2025 年我国新能源车电驱用碳化硅模块市场有望超 150 亿元。
OBC 用碳化硅芯片市场渗透率高,国联万众有望快速抢占国内市场。我们预测, 单车 SiC OBC 模块用量平均 6 颗,单价约 25-30 元/颗,单车价值量约 150-200 元, 假设 OBC 用 SiC 渗透率从 2022 年 25%逐步提升至 2025 年的 55%,单车价值从 200 元逐步降价至 160 元,到 2025 年我国有望拥有超 10 亿元 OBC 用碳化硅市场 空间。国联万众凭借 SiC MOSFET 的突破性进展,已成功突破国内头部新能源整 车厂,预计未来国内市场占有率有望逐年快速提升,贡献业绩增量。以碳化硅作为发展核心,国联万众未来成长空间广阔。2022 年,国联万众碳化硅 业务处于起步阶段,随着公司碳化硅技术的逐渐突破,2024 年公司业绩有望实现 爆发式增长,逐步突破 10 亿元。
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