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深圳市元菱科技股份有限公司 簡稱(元菱股份)于2015年11月9日在深圳前海股權交易中心掛牌成功,股權代碼(363486)

中瓷電子:電子陶瓷外殼“一枝獨秀”,碳化硅MOSFET“勇立潮頭”

2022-08-17 17:46:24

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來源·財是(報告出品方/作者:興業證券,王楠,章林,代小笛)1、公司簡介:電子陶瓷外殼龍頭,擬收購三代半導體資產1.1、歷史沿革:從電子陶瓷外殼到三代半導體河北

來源·財是

(報告出品方/作者:興業證券,王楠,章林,代小笛)

1、公司簡介:電子陶瓷外殼龍頭,擬收購三代半導體資產

1.1、歷史沿革:從電子陶瓷外殼到三代半導體

河北中瓷電子科技股份有限公司(簡稱“中瓷電子”)于 2009 年 08 月 06 日成立 于河北省石家莊市。公司是專業從事電子陶瓷系列產品研發、生產和銷售的高新 技術企業,致力于成為世界一流的電子陶瓷產品供應商,為客戶提供創新、高品 質、有競爭力的電子陶瓷產品。公司開創了國內光器件電子陶瓷外殼產品,填補 了國內空白,經過近十三年的發展,公司已成為國內領先的電子陶瓷高新技術企 業,在國內電子陶瓷行業具有重要影響力,在光通信領域,公司與全球多家著名 的光器件和光模塊廠商建立了長期合作關系,成為核心供應商。經過多年的沉淀 與積累,公司還積極拓展了工業激光、汽車和消費電子陶瓷產品。公司于 2021 年 01 月 04 日在深圳交易所中小板掛牌上市,邁入發展新階段。2022 年 1 月,公司 發布公告擬收購控股股東中電科十三所氮化鎵/碳化硅資產,進入三代半導體新賽 道。

1.2、股權結構:中國電科為實際控制人,核心骨干激勵充分

公司控股股東為中國電子科技集團公司第十三研究所,持有公司股份 46.34%。公 司實際控制人為中國電子科技集團,其通過中國電科十三所、電科投資和中電國 元間接控制公司 59.77%的股份,股權結構穩定。公司高管和核心骨干持股平臺為 石家莊泉盛盈和企業管理合伙企業(有限合伙),持股占比7%,激勵充分。

1.3、高管背景:背靠中國電科十三所強大科研資源

中國電子科技集團有限公司是中央直接管理的國有重要骨干企業,擁有電子信息 領域完備的科研創新體系,在國內軍工電子和網信領域占據技術主導地位,主要 從事國家重要軍民大型電子信息系統的工程建設,重大裝備、通信與電子設備、 軟件和關鍵元器件的研制生產,肩負著實現國防現代化、支撐數字經濟發展、服 務社會民生的職責使命。

中國電科十三所全名中國電子科技集團公司第十三研究所,成立于 1956 年,前身 為“河北半導體所”。十三所擁有多專業綜合性優勢,研發涉及微電子、光電子、 半導體高端傳感器、光機電集成微系統、微機械電子系統(MEMS)五大領域以 及材料、封裝、設備儀器等支撐領域;是我國從事半導體技術研究歷史最長、規 模最大、專業結構配套齊全的綜合性工程類半導體骨干研究所之一。2021 年產值 突破百億,“十四五規劃”提出達成“第二個百億產值”目標。

十三所現有員工 7000 余人,其中,中、高級技術職稱 577 人,集團首席科學家 2 人,首席專家 3 人,享受國務院特殊津貼專家 7 人,國家百千萬人才工程 1 人。 自建所以來,十三所先后創造了包括我國第一只鍺合金晶體管、第一只硅超高頻 晶體管、第一塊硅集成電路、第一只砷化鎵微波場效應晶體管、第一只長波長半 導體激光器、第一塊砷化鎵集成電路在內的 41 項國內第一。其下屬公司石家莊麥 特達電子科技有限公司主要從事光通信、激光雷達、激光加工用光電芯片、器件 及組件的研發、生產和銷售;河北美泰電子科技有限公司主要從事 MEMS、微電 子、傳感器、慣性器件與系統、射頻器件與模塊、光電器件與模塊、汽車電子產 品研制生產與銷售;北京中電科衛星導航系統有限公司主要從事社會公共安全設 備及器材、電子元器件、電子產品的研發、生產和銷售等。

由于中國電科十三所為公司控股股東,且公司董事長卜愛民為中國電科十三所所 長,這給公司在高管以及專業人員配置方面帶來了得天獨厚的優勢,也更有利于 此次資產注入所內事項的推進。目前公司主要高管都擁有強大的科研背景,付花 亮、梁向陽、鄒勇明等人均來自于中國電科十三所,且其中有相當一部分人已經 從事過陶瓷外殼研發工作,擁有豐富的研發背景和強大的實力。此外,公司也積 極吸收擁有專業技術能力的新鮮血液。另外,公司可充分享受中國電科特別是十三所在各項相關業務充裕的科研資源,為公司持續的技術領先夯實基礎。

1.4、聚焦電子陶瓷產品,持續高增長

公司聚焦電子陶瓷特別是通信電子陶瓷外殼,產品品類逐漸豐富,產品結構逐漸 高端化,驅動公司業務持續高增長,2016-2021 年公司營業收入整體呈現持續增長 態勢,從 2016 年的 2.31 億元,到 2021 年增至 10.14 億元,復合增速為 34.4%;受 益于2020年的訂單交付和份額提升,2021年實現營收10.14億元,同比增長24.2%; 2022Q1 實現營收2.92 億元,同比增長 30.9%。2016-2021 年,公司歸母凈利潤復 合增速為 35.2%。2021年公司實現歸母凈利潤 1.22 億元,同比增長 23.96%; 2022Q1實現歸母凈利潤0.36 億元,同比增長 26.05%,2022Q1 繼續呈現強勁增 長趨勢,2022Q2 預計經營趨勢保持平穩。

盈利能力有望提升。從毛利率看,近年來已逐漸穩定在 30%左右,伴隨公司消費 電子陶瓷外殼收入占比的提升,毛利率有望穩步提升。凈利率水平較高,且穩中 有升,從 2016 年的 11.60%,增長至 2022 年 Q1 的 12.20%,這也體現了公司較好 的費用控制能力。

研發投入不斷加大,保持行業競爭力:電子陶瓷行業專業性強,對陶瓷新材料、 半導體外殼仿真設計和生產工藝三個方面都有較高的技術要求。且電子陶瓷行業 更新迭代較快,需要不斷改進產品來更好地適應市場的需求變化。公司 2016 年至 2021 年持續加大研發投入;2021 年全年公司已經投入 14106.37 萬元,顯著高于 2020 全年的 10858.97 萬元,同比增長 29.91%;2022Q1 研發投入 3897.41 萬元, 較 2021Q1 增長 34.71%。 截止到 2021 年底公司共有技術人員 153 人,占員工總數的 33.6%,公司背靠中國 電科,對人才具備良好的吸引力,強大的人才儲備也是公司技術持續領先的關鍵 因素之一。

從收入結構來看,通信占比最高且比例相對穩定,消費電子&汽車業務占比有望 顯著提升:公司專注于從事電子陶瓷系列產品的研發、生產和銷售,主要產品可 分為:通信器件用電子陶瓷外殼、工業激光器用電子陶瓷外殼、消費電子陶瓷外 殼及基板、汽車電子件四大系列。通信電子陶瓷外殼特別是光模塊陶瓷外殼作為 公司“拳頭產品”,占收入比例較高,且相對穩定。伴隨公司新業務的拓展,消費 電子&新能源車用陶瓷外殼產品收入占比有望逐漸提升,客戶結構不斷改善。

1.5、收購預案披露,注入三代半導體優質資源

國資委密集發文,鼓勵繼續加大優質國企資產注入上市公司力度,穩妥探索符合 條件的多板塊上市公司分拆上市,盤活或退出低效無效上市平臺等,公司作為十 三所目前唯一上市公司資產,有望充分受益。2022 年 1 月 28 日,中瓷電子發布《河北中瓷電子科技股份有限公司發行股份購 買資產并募集配套資金暨關聯交易預案》,此次收購標的均為公司控股股東中電科 十三所旗下稀缺的三代半導體資產,包括中電科十三所氮化鎵基站射頻芯片業務、 博威集成和國聯萬眾。公司有望憑借收購切入三代半導體優質賽道。

2、電子陶瓷外殼“一枝獨秀”,迎激光雷達/IGBT市場爆發

2.1、電子陶瓷外殼成長邏輯清晰,國產替代空間大

電子陶瓷外殼主要是應用于工作在高頻、高壓、高溫、高可靠性芯片的封裝,伴 隨工作環境愈發苛刻,會有越來越多的芯片工作在上述環境,電子陶瓷外殼市場 空間持續提升,成長邏輯清晰。

電子陶瓷市場的主要份額依舊被日本等海外巨頭占有,國內發展空間廣闊。從全 球市場份額來看,日本作為絕對巨頭,占據了全球市場 50%左右份額。日本京瓷 目前已經發展成全球規模最大的先進陶瓷供應商;美國雖然擁有先進的陶瓷技術, 但由于其產業發展落后于日本,占據了全球 30%的市場份額;歐洲約占全球份額 的 10%。雖然近年來國內各企業都不斷加大投資力度,提升自己研發實力,但是 電子陶瓷高端產品系列仍然實力較為薄弱,部分核心零部件依舊依賴于進口。以 三環集團、中瓷電子為代表的國內廠商,已經加速崛起,逐漸蠶食海外巨頭份額。

全球電子陶瓷外殼空間廣闊,公司份額有望逐漸提升:我們測算,2020 年全球電 子陶瓷外殼市場規模約 300 億元,其中日本京瓷作為行業龍頭收入約 162 億元, 占據約 54.00%市場份額,其余競爭對手如日本丸和、日本富樂德、美國羅杰斯等 占據約 43.28%份額;中瓷電子 2020 年收入 8.16 億元,僅占全球約 2.72%的市場 份額。公司作為國內電子陶瓷外殼龍頭廠商,在通信、工業激光器等領域產品性 能與海外巨頭相當,消費電子、汽車等新業務逐漸趕超,在服務響應、交付能力 和成本方面具備較大優勢,有望逐漸蠶食海外巨頭份額。

2.2、光模塊陶瓷外殼具備全球競爭力,下游高國產化率助力份額提升

光器件的封裝通常有兩種方式:氣密性封裝和非氣密性封裝。氣密性封裝需要陶 瓷外殼和 submount,非氣密性封裝雖然不需要外殼形態的陶瓷外殼,但需要 submount(基座形態的陶瓷外殼)。 氣密性封裝,顧名思義,就是氣體也無法穿透的一種封裝,它的目的是為了防止 外部的水汽和其他有害氣體進入光器件內部,影響光芯片和相關零組件的性能。

氣密性封裝的方式主要有 TO、BOX、蝶形封裝等,主要應用在工作環境復雜,對 可靠性要求高的電信市場或者 DCI 市場(數據中心長距離傳輸)。其中,TO 封裝 主要應用在基站、PON 這些單通道的傳輸距離和傳輸速率要求低一點的市場, BOX/蝶形(Butterfly)主要應用在傳輸網,多通道居多,傳輸速率高,傳輸距離 長,對可靠性要求高,包括 40G/100G/200G/400G 及相應速率的相干光模塊。

具體 來說,To-Can 同軸封裝通常為圓柱體,具有成本低廉、生產制造簡單等優點,但 體積較小導致散熱問題使其不適用于長距離傳輸,主要用于 2.5Gbit/s 和 10Gbits/s 短距離傳輸。蝶型封裝通常為長方體,結構復雜,具有可實現多種功能、散熱好 等優點,適用于長距離多種速率傳輸。而 BOX 封裝為蝶型封裝的多通道升級版, 適用于 40G 及以上速率的高速光模塊。隨著 400G、800G 時代的到來,將對并行 光學設計提出更高的要求。

長期來看,全球光模塊市場持續高成長。據 Lightcounting 測算,2020 年全球光 模塊市場為 80 億美元,預計到 2026 年,市場規模為 145 億美元,復合增長 13%。 目前在光模塊市場,主要應用到的電子陶瓷產品包括陶瓷外殼和蓋板、基座和載 體等,約占光模塊價值量的 15%左右,整體市場規模較大。相較于公司目前的營 收規模,仍有很大成長空間。

在光通信領域,公司開發的光通信器件外殼包括 Butterfly 外殼、TOSA 外殼、ROSA 外殼、光接收組件外殼、光開關外殼等,傳輸速率覆蓋 10G/25G/40G/100G/400G, 產品種類可以覆蓋全部光通信器件產品。外形尺寸與結構符合國際通用的標準封 裝形式,電性能、可靠性達到國際水平,能夠替代進口外殼,填補國內空白,下 游客戶覆蓋了全球主要光模塊龍頭廠商。電信 5G 和數通 400G 時代,全球光模塊 國產化率顯著提升,國內廠商對公司產品接受度更高,公司迎來全面替代海外巨 頭的時代。

2.3、第三代半導體陶瓷外殼高成長,背靠十三所優勢顯著

除了光通信器件用電子陶瓷外殼以外,公司在通信器件用電子陶瓷外殼另外兩大 產品是無線功率器件外殼和紅外探測器外殼。 無線功率器件包括硅雙極型晶體管、LDMOS 功率管和三代半導體 GaN 功率管等, 是移動通信基站和移動終端的核心器件。隨著通信技術的發展和 4G、5G 推廣, 基站數目將急劇增加,LDMOS 功率管和第三代半導體 GaN 功率管將成為基站最 具競爭力的先進器件。目前無線功率器件均依賴大量進口,國產替代成長空間巨 大,而無線功率器件外殼是其關鍵部位,國內無線功率器件的爆發必將帶動其配 套外殼的需求上升。

第三代半導體是 5G 通信、新能源汽車、數據中心等產業的基石。公司實際控制人 中國電科作為國內最早研制第三代半導體碳化硅設備的單位,相關設備領域的核 心技術處于國內領先地位,自 17 年起便推出了各類碳化硅制造設備并于 2022 年 3 月成功發布了第三代半導體的關鍵制造設備-立式 LPCVD(低壓化學氣相淀積) 設備,這也將助力公司在第三代半導體領域快速發展并追趕國際水平。

公司目前也是將該領域作為重點開發,并且已有第三代半導體器件或者模塊用電 子陶瓷外殼批量供貨,國內客戶主要為中國電科、成都亞光,并實現了海外巨頭 英飛凌、NXP 的批量出貨。該產品外殼主要有:硅雙極型功率管封裝外殼、橫向 擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)功率管封裝外殼、5G通信用的 GaN 器件陶瓷 外殼等;實現了新型金屬散熱材料CPC、CMC的批量應用,使封裝器件的輸出功 率最大可達1500W,外殼頻率可覆蓋至 K 波段,與國際水平相當,在國內市場已 經占有重要的地位,未來市場空間有望進一步擴大。

2.4、消費電子陶瓷外殼:技術降維切入,盈利空間大

根據 CS&A 數據,2020 年全球晶振市場規模約 34.46 億美元,同比增長 13.32%。 根據惠倫晶體招股說明書,晶振基座和上蓋成本占比約為 60%,在晶振總價值占 比約為 40%,全球晶振陶瓷基座市場規模約為 13.78 億美元。

聲表面波濾波器(SAW)是利用壓電基片的壓電效應和表面波傳播的物理特性所 制成的一種射頻芯片。聲表面波濾波器的工作原理是在輸入端通過壓電效應將電 信號轉為聲信號在介質表面上傳播,而在輸出端由逆壓電效應將聲信號轉為電信號。全球 SAW 濾波器 2020 市場規模為 326.9 億元,根據好達電子招股說明書, 2020 年,基座/基板在原材料的成本占比約為 28.80%,占當年收入比例約為 14%, 以此預計全球 SAW 濾波器陶瓷基座市場規模約為 46 億元。根據集邦科技(TrendForce),2020 年 3D 傳感 VCSEL(適用于智能手機和平板 電腦等移動設備)市場規模預測為 12.07 億美元,較 2019 年的 10.79 億美元同比 增長 12%。我們測算,VCSEL 配套陶瓷外殼價值量大約占比 1/2,約為 6 億美 金,40 億元人民幣。

目前公司在該領域內的產品主要為聲表晶振類外殼、3D 光傳感模塊外殼、5G 通 訊用陶瓷外殼和氮化鋁陶瓷基板。隨著 5G 通信技術、智能技術的進一步發展和 成熟。聲表、傳感器、通信電子等消費電子領域需求迅速擴大,聲表晶振類、3D 光傳感器模塊和 5G 通信終端模塊外殼等部分產品已經實現小批量交付。針對氮化鋁陶瓷基板,公司自研掌握了關于高導熱氮化鋁陶瓷材料的核心技術,擁有電 子封裝用氮化鋁晶須增強氮化鋁陶瓷復合材料及制法的專利技術,產品主要應用 于電力電子、高功率 LED 等領域,相關產品性能已經達到國外同類先進水平。

從目前該領域的前五大客戶來看,整體公司消費電子業務份額較小,且客戶集中 度程度非常高,第一家公司占同類產品營收比為 85.91%;且從地區劃分來看,該 業務客戶主要集中在中國深圳;未來公司成長空間巨大,可以不斷開拓國內外其 他地區的市場。

雖然目前公司消費電子類產品市場份額較少,但是公司將通過本次募集資金投資 項目,滿足聲表濾波器、晶體振蕩器、3D sencor 等消費電子領域的海量需求,進 軍消費電子陶瓷產品領域,建設消費電子陶瓷產品生產線,公司的業務規模將會 得到大幅度的提升。具體來說,公司將大力加強聲表晶振類外殼、3D 光傳感器模 塊外殼的研發和銷售,開拓日本及中國臺灣市場。提高消費電子陶瓷產品在公司營業 收入的比重,優化公司的產品收入結構,提高公司的整體盈利能力,增強公司產 品的整體市場競爭能力。

2.5、新能源車大時代,激光雷達/IGBT陶瓷外殼爆發

IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的縮寫,即絕緣柵雙極型晶體管。它是由 BJT 和 MOSFET 組成的復合功率半導體器件,既有 MOSFET 的開關速度高、輸 入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小的優點,又有 BJT 導通電壓 低、通態電流大、損耗小的優點,在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件 不能比擬的,因而是電力電子領域較為理想的開關器件,是未來應用發展的主要 方向。

新能源大時代,逆變器&汽車需求空間巨大:作為工業控制及自動化領域的核心 器件,IGBT 模塊在電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車 電子、新能源發電、新能源汽車等諸多領域都有廣泛的應用。隨著新能源汽車的 發展以及變頻白色家電的普及,IGBT 的市場熱度持續升溫。它不僅在工業應用中 提高了設備的自動化水平、控制精度等,也大幅提高了電能的應用效率,同時減 小了產品體積和重量,節約了材料,有利于建設節約型社會。

根據 Yole 預計,到 2026 年全球 IGBT 市場規模有望突破 84 億美元,CAGR 達7.5%,持續保持增長。按照斯達半導披露的招股說明書的 2018 年成本結構數據, IGBT 用的 DBC(陶瓷覆銅板)原材料成本占比為 10.18%,占總收入的 7.24%。 公司已經順利通過國內 IGBT 模塊廠商的產品認證,正處于小批量狀態,目前大 批量出貨限制主要是上游氮化鋁粉體等材料成本高,伴隨國內粉體廠商產品實力 提升,DBC 產品競爭力有望凸顯,受益 IGBT 市場爆發。伴隨碳化硅產業鏈成本 逐漸下降,碳化硅 MOSFET 有望逐步替代硅基 IGBT,但陶瓷外殼類產品仍是剛 需,封裝方案可能發生變化,但公司仍然具備技術積累,有望繼續受益。

激光雷達用陶瓷外殼產品成長空間廣闊,公司逐漸實現頭部廠商出貨:公司新能 源車用電子陶瓷外殼在國內激光雷達發射模組龍頭實現量產出貨,并正積極導入 其它激光雷達龍頭廠商,伴隨新車激光雷達加裝率大幅提升,行業需求迎來爆發 式增長。以炬光科技為例,其 2021 年 1-6 月第五大供應商為中國電子科技集團有 限公司,為其提供激光雷達發射端模組用陶瓷產品。

2.6、核心競爭優勢:配方是關鍵,工藝&設計難度大

1、 高壁壘的配方:公司自主掌握三種陶瓷體系,包括 90%氧化鋁陶瓷、95%氧 化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷,以及與其相匹配的金屬化體系。配方是決定公司陶瓷 材料性能的關鍵;電子陶瓷新材料包括從陶瓷粉體性能的管控、材料關鍵配方 等方面,需要長期的實驗、檢測和數據積累、分析。公司電子陶瓷外殼產品的 生產依賴于公司特有的配方及生產工藝,該等技術儲備系基于公司對下游客 戶所處行業及產品性能的深刻理解,通過自身不斷研發改良后所形成,亦是保 持公司產品競爭優勢的基礎。

2、 在設計方面,公司擁有先進的設計手段和設計軟件平臺,可以對陶瓷外殼結 構、布線、電、熱、可靠性等進行優化設計,公司已經可以設計開發 400G 光 通信器件外殼,與國外同類產品技術水平相當,由于陶瓷外殼需要考慮的電、 熱性能較多,設計是關鍵,需要長期的經驗積累;

3、 在工藝技術方面,公司具有全套的多層陶瓷外殼制造技術,包括原材料制備、 流延、沖孔沖腔、金屬化印刷、層壓、熱切、燒結、鍍鎳、釬焊、鍍金等技術。 公司建立了完善的氧化鋁陶瓷和氮化鋁陶瓷加工工藝平臺,擁有以流延成型 為主的氧化鋁多層陶瓷工藝、以厚膜印刷為主的高溫厚膜金屬化工藝、以高溫 焊料為主的釬焊組裝工藝以及以電鍍、化學鍍為主的鍍鎳、鍍金工藝。鍍鎳鍍 金工藝是控制產品成本的關鍵因素,需要在滿足性能指標的情況下,盡可能 薄,以期降低材料成本。

3、氮化鎵PA比肩海外巨頭,下游應用逐步拓展

3.1、氮化鎵高頻性能突出

氮化鎵是一種無機物,化學式 GaN,是氮和鎵的化合物,是一種直接能隙(direct bandgap)的半導體,自 1990 年起常用在發光二極管中。 氮化鎵作為一種寬禁帶半導體,具有高功率密度、低能耗、適合高頻率、支持寬 帶等特點:具有更小的晶體管、更短的電流路徑、超低的電阻和電容等優勢,從 技術角度分析,采用氮化鎵技術的充電器外形尺寸可比傳統充電器減少 30%-50%, 同時整體系統效率可高達 95%。 氮化鎵根據襯底不同可分為硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵:碳化硅基氮化鎵射頻 器件具有高導熱性能和大功率射頻輸出優勢,適用于 5G 基站、衛星、雷達等領 域;硅基氮化鎵功率器件主要應用于電力電子器件領域。

3.2、基站射頻需求逐漸平穩,新市場穩步開拓

基于 GaN 的功率放大器(基站射頻 PA)在 5G 時代獲得了快速發展。5G 系統需 要更高的峰值功率、更寬的帶寬以及更高的頻率,這些因素都促成了市場對于 GaN 器件的接受。伴隨 5G 建設進入中期,行業需求逐漸平穩。 氮化鎵射頻器件市場持續增長,基站建設逐漸進入平穩期。2020 年的氮化鎵射頻 器件市場規模為 8.91 億美元,預計到 2026 年增長至 24 億美元,復合年均增長率 為 18%?;窘ㄔO方面,目前我國 5G 基站建設量占全球比例超 60%,建設進度 全球領先,預計 2024 年新建設量到達頂峰,后進入平穩狀態;以 4G 基站建設為 參考,后續海外 5G 基站建設逐步起量,占比逐漸提升至約 50%;整體來看全球 基站建設保持平穩,行業市場空間有望實現穩步發展。

氮化鎵功率器件市場高速增長,消費電子與汽車應用等新市場貢獻顯著。2021 年 氮化鎵功率器件整體市場規模為 1.26 億美元,受益于消費類電子、汽車應用、電 信及數據通信等新市場領域的爆發式增長,預計到 2027 年整體市場規模將增長至 20 億美元,復合年均增長率為 59%。預計未來隨著新市場領域應用的不斷落地, 氮化鎵功率器件市場有望持續保持高增長。

3.3、十三所氮化鎵PA性能比肩海外巨頭,份額仍有提升空間

隨著基站中氮化鎵器件滲透率提升至平穩狀態后,全球 5G 基站用氮化鎵市場規 模持續穩步發展。假設 2022 年基站用氮化鎵單站價值量 1500 美元,未來每年平 均下降 100 美元;5G 基站中氮化鎵器件滲透率假設為 50%。在全球基站建設進入 平穩期后,基站用氮化鎵芯片市場規模有望持續保持平穩發展。

中電科十三所氮化鎵基站射頻芯片專注于氮化鎵通信基站射頻芯片的設計、生產 和銷售,主要產品為氮化鎵射頻芯片,頻率覆蓋無線通信主要頻段,芯片指標達 到國內領先水平,是國內少數實現批量供貨主體之一,主要為博威公司及國聯萬 眾提供其終端產品所需的氮化鎵通信基站射頻芯片(生產制造業務)。 博威集成(中電科十三所持股 84.16%)是國內領先的射頻、微波芯片供應商,主 營業務為氮化鎵通信基站射頻芯片與器件、微波點對點通信射頻芯片與器件的設 計、封裝、測試和銷售,主要產品包括氮化鎵通信基站射頻芯片與器件、微波點 對點通信射頻芯片與器件等。

十三所氮化鎵 PA 性能優越,份額有望提升。中電科十三所在氮化鎵射頻領域持 續投入,技術積累深厚,業務主體主要為此次擬收購的資產,主要客戶包括全球 主要設備商龍頭,按照公告的擬收購資的 2021 年收入測算,全球市場份額約為 30%左右,仍有提升空間。

4、率先突圍碳化硅MOS,迎新能源車高壓平臺藍海市場

4.1、SiC耐高壓、耐高溫、低損耗、小尺寸優勢顯著

碳化硅作為第三代半導體材料禁帶寬度大,能在更高的溫度下穩定運行,適用于 高電壓、高頻率場景,此外,還能以較少的電能消耗,獲得更高的運行能力。 與第二代半導體砷化鎵相比,碳化硅具有禁帶寬度大,擊穿電場高、熱導率大、 電子飽和漂移速率高、介電常數小等獨特性能,使其在光電器件、電力電子、射 頻微波器件等領域展現出巨大潛力。

4.2、碳化硅MOSFET迎新能源車高壓平臺藍海市場

SiC MOS 等功率器件極大地提高現有使用硅基功率器件的能源轉換效率,主要應 用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網等。

電動汽車行業是未來市場空間巨大的新興市場,全球范圍內新能源車的普及趨勢 明朗,SiC MOS 產品主要應用于車載 OBC、DC-DC、電控設備等。隨著電動汽 車的發展,對功率半導體器件需求量日益增加,成為 SiC 功率半導體器件新的需求增長點。 以 SiC MOS 為例,相同規格的碳化硅基 MOSFET 與硅基 MOSFET 相比,其尺寸 可大幅減小至原來的 1/10,導通電阻可至少降低至原來的 1/100。相同規格的碳 化硅基 MOSFET 較硅基 IGBT 的總能量損耗可大大降低 70%。

SiC MOS 在電動汽車電機驅動上效率顯著提升的同時帶來系統成本下降。按 50A 輸出電流計算,SiC MOSFET 通態損耗僅為 Si IGBT 的 20%;且 SiC MOSFET 具 有極低的開關損耗,能夠使得電機驅動控制器體積減小 60%以上。SiC 產品通過 減少控制器體積,節約空間,同時減少了電池損耗,提高了效率等,綜合降低了 系統成本。

碳化硅 MOSFET 性能整體顯著優于硅基 IGBT,伴隨成本下降,將加速在新能源 車上應用,目前已有眾多新能源車品牌廠加裝碳化硅模塊。以特斯拉為例,Model3 早在 2016 年便開始嘗試搭載 24 個碳化硅功率模塊,主要用于電驅。以比亞迪的 方案為例,目前比亞迪 OBC 已經應用碳化硅;電控方面,高端系列如“漢”等應 用碳化硅模塊。

在技術升級、基礎設施完善和油價上漲多重因素影響之下,我國新能源汽車市場 規模持續增長。根據利用 5 年滾動測算方法,保守估計 2022 年-2025 年新能源汽 車滲透率或將達到 22.8%/30.4%/35.7%/40.2%(興證汽車組測算),新能源市場受 益于滲透率提升,市場規模持續增長。同時得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在車載級的電機驅動器、 OBC 及 DC/DC 部分,碳化硅器件的使用已經比較普遍;但電機驅動部分 SiC 功 率器件芯片大多依賴于進口海外公司產品,國產滲透率水平較低,未來國產替代 空間巨大。

4.3、襯底是關鍵,海外巨頭擴產&工藝升級有望驅動成本快速下降

碳化硅的產業鏈與氮化鎵相似,上游主要為襯底與外延片,中游為器件制造,下 游為各類應用場景。根據襯底類型的不同,在外延片環節中分為氮化鎵外延與碳 化硅外延,其中 SiC MOS 就為碳化硅外延下的功率器件的典型代表,主要受益于 下游新能源產業與智能電動汽車產業的爆發。

襯底占碳化硅器件制造成本比例達 47%,為行業降本發展的關鍵;但全球襯底市 場中大部分份額均被 II-VI、Wolfspeed(CREE)等海外公司所占據,國產替代空 間巨大。以半絕緣型 SiC 襯底為例,Wolfspeed 與 II-VI 兩家公司 2020 年市占率高 達 68%;以導電型 SiC 襯底為例,Wolfspeed、II-VI、SiCrystal 和 SKSiltron 四家 海外公司 2020 年市占率達 94%,國內企業成長空間巨大。

未來 8 英寸碳化硅襯底產線能大幅降低 SiC MOSFET 制造成本,推動行業進入 爆發增長期:根據 Wolfspeed(CREE)披露,相比于 6 英寸,8 英寸產線下襯底 晶圓的面積要多 80%-85%,優良裸片數量可增加 20%~30%,最終可以將 SiC MOSFET 的制造成本降低多達 30%。 以 Wolfspeed 為代表的行業龍頭襯底公司逐步明確 8 英寸產線投產進程,2024 年 或為行業爆發點:Wolfspeed 耗資 10 億美元打造全球首個最大的 8 英寸碳化硅晶 圓廠,并于今年 4 月開業投產,預計到 2024 年將規劃達產。英飛凌目前在積極擴 充其 12 英寸和 8 英寸線產能。意法半導體也在碳化硅研發上繼續投入相當資源, 8 寸技術預計于 2025 年成熟并投產。羅姆收購 SiCrystal 后,也在探索 8 英寸襯底 生產的可能性,目前已經開始驗證工作,預計 2023 年批量生產。

4.4、國聯萬眾率先突圍碳化硅MOSFET,未來成長空間廣闊

全球碳化硅功率器件市場海外龍頭壟斷地位顯著,國產替代空間巨大。意法半導 體、Wolfspeed(科銳)、羅姆、英飛凌四家公司占據市場超 80%的份額。國內以中 電科十三所、中電科五十五所等為代表的企業,近年來大力發展第三代半導體行 業,產業覆蓋上游外延與中游器件設計制造等,未來 SiC 功率器件產品有望快速 匹配國內市場需求,搶占市場份額。

近年來,中國碳化硅專利數量增長顯著,推動未來國產替代化進程。根據法國 Sophia-Antipolis 機構統計,近年來我國碳化硅相關專利注冊數量增長迅速,在政 府扶持政策的推動作用下,中國碳化硅產業的迅速發展終將會迎來自給自足的一 天。

國聯萬眾(中電科十三所持股 44.83%)成立于 2015 年,是國內初創的 GaN 和 SiC 優質半導體資產,主要從事氮化鎵射頻芯片和碳化硅功率芯片的設計、測試、銷 售,主要產品包括氮化鎵通信基站射頻芯片、碳化硅功率芯片等,致力于建設第 三代半導體研發創新公共平臺,包括第三代半導體工藝平臺、封裝測試平臺、可 靠性檢測平臺、科技服務平臺等四大基礎平臺,為第三代半導體材料及應用聯合 創新基地提供研發支撐和條件保證。國聯萬眾將客戶拓展和維護作為重點發展戰 略之一,經多年發展,已擁有穩定的客戶資源,產品研發與客戶深入合作,產品 供貨穩定,目前氮化鎵芯片已間接供應國際一線通信設備制造商。

國聯萬眾新能源車用 SiC MOSFET 業務取得突破性進展,募投項目產能擴張在 即:國聯萬眾為十三所旗下碳化硅領域的重要公司之一,公司專注于新能源車用 碳化硅芯片與車用模塊,成功進入知名車企驗證流程,目前公司已成功突破國內 頭部新能源整車廠,并致力于研發海外企業壟斷的電力驅動設備(電控)用 15 毫 歐的碳化硅產品并進一步提高產品良率,未來有望充分受益于國產替代。

電驅用碳化硅芯片業務為價值核心,未來國聯萬眾對應業務有望帶來業績新增長: 按照單車電驅用碳化硅芯片價值量約 1900-2500 元;假設高壓平臺滲透率有望從 2022 年的 10%增至 2025 年的 35%,整體中國新能源車用電驅碳化硅芯片市場有 望超 70 億元,國聯萬眾研發進展順利,未來有望獲突破性進展,快速搶占市場份 額,打破國外壟斷局面。以同樣假設測算,當電驅用單車碳化硅模塊價值量約 3700- 4000 元時,到 2025 年我國新能源車電驅用碳化硅模塊市場有望超 150 億元。

OBC 用碳化硅芯片市場滲透率高,國聯萬眾有望快速搶占國內市場。我們預測, 單車 SiC OBC 模塊用量平均 6 顆,單價約 25-30 元/顆,單車價值量約 150-200 元, 假設 OBC 用 SiC 滲透率從 2022 年 25%逐步提升至 2025 年的 55%,單車價值從 200 元逐步降價至 160 元,到 2025 年我國有望擁有超 10 億元 OBC 用碳化硅市場 空間。國聯萬眾憑借 SiC MOSFET 的突破性進展,已成功突破國內頭部新能源整 車廠,預計未來國內市場份額有望逐年快速提升,貢獻業績增量。以碳化硅作為發展核心,國聯萬眾未來成長空間廣闊。2022 年,國聯萬眾碳化硅 業務處于起步階段,隨著公司碳化硅技術的逐漸突破,2024 年公司業績有望實現 爆發式增長,逐步突破 10 億元。

(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)

精選報告來源:【未來智庫】未來智庫 - 官方網站


中瓷電子:電子陶瓷外殼“一枝獨秀”,碳化硅MOSFET“勇立潮頭”
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