国产高铁IGBT芯片技术崛起,打破国外多年垄断

国产高铁IGBT芯片技术崛起,打破国外多年垄断,第1张

在视频开始之前,小鲸先问问大家:

你们觉得电动车里面,最核心的部件是什么?

给大家几个选项

1.电池

2.电机

3.其他部件

我目测选2的人会比较多,那么先恭喜你们答对了!

但是电机里面最核心的部件,你知道是什么?

嗯,它就是咱们这一期视频的主角-IGBT芯片

那么IGBT究竟是何方神圣?

所谓IGBT就是绝缘栅双极型晶体管。

它是由BJT,也就是双极结型晶体三极管 和MOS,也就是绝缘栅型场效应管组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件。

是不是听的有点晕?

首先小鲸先给大家科普下,半导体器件分类。

它主要有两种分类方法,是否可控和驱动方式。

是否可控里面又细分:

不可控型,也就是不能用控制信号控制其通断,比如普通功率二极管。

半控型,也就是可以控制导通,但是不能控制关断,比如普通晶闸管。

全控型,也就是可以控制其导通和关断,比如IGBT。

驱动方式方面,又分为电流驱动,也就是可以通过电流信号控制导通和关闭,比如三极管BJT。

电压驱动,也就是可以通过电压信号控制导通和关闭,比如IGBT。

细心的粉丝可能注意到,小鲸我前面说到IGBT是晶体管呀,那么它算不算芯片呢?

咱们拿华为麒麟990 5G芯片来举例。

它的芯片面积为113.31平方毫米,这么小的地方集成了多达103亿个晶体管。

可以看到芯片是由大规模晶体管组成的,所以严格来说,单个IGBT不能归为芯片,而是功率半导体器件。

现在一般说IGBT芯片,是指包括了IGBT功率器件和其他很多东西组成的。

IGBT的主要工作是控制和传输电能。

它可以处理6500W以上的功率,并且工作时可以在短短1秒的时间内,实现10万次电流开关动作。

千万不要小看它这个功能哦!

目前的电动车,之所以不需要设计复杂的发动机与变速箱等机械系统,IGBT的存在,可谓大功一件。

并且IGBT芯片,和咱们日常提到的7nm,5nm集成电路芯片一样,也是国家02专项的重点扶持项目。02专项就是指"十二五"期间国家16个重大技术突破专项中的第二位。

也就是说,这块芯片是目前功率电子器件里技术最先进的产品。

就拿我们常用的电脑举个例子。

电脑想要做高速运算的话,它需要CPU。

那像咱们高铁或者电动车这样的驱动,也是需要一种器件,去作为电流的变换,而IGBT就是作为电能变换的这么一个CPU。

据统计,我国发电总量的60%都用在了各类电机上。

如果采用IGBT器件对电机进行变频调速,电机耗费的电能可以节能大约1/3,即可节约全国总发电量的20%,相当于新建5个三峡大坝的效能。

根据工作电压的高低,IGBT 模块一般被划分为三类。

低压600V以下

中压600V-1200V

高压 1700V-6500V

低压IGBT模块一般用于消费电子、 汽车 零部件领域。

中压IGBT模块一般用于新能源 汽车 、工业控制、家用电器等领域。

高压IGBT模块一般用于轨道交通、新能源发电、智能电网等领域。

在电动车方面,IGBT成为电动车电驱系统的大头,成本直接占去了一半。

而电驱系统在电动车整车的成本占比约为15-20%,这意味着单单是IGBT就占去了整车成本的7-10%。

IGBT有多重要?

举个形象的比喻,它就好像管你寝室供电的宿管大爷。

什么时候给电,什么时候拉闸,大爷轻车熟路。具体给多少电大爷也管,你要是用电不规范,偷偷用大功率电器,通报批评没商量。

具体来说,IGBT可以直接控制直流、交流电的转换。决定了驱动系统的扭矩以及最大输出功率。所以你这车加速能力怎样,最高时速多少,能源效率如何全看它。

举个例子:

比如在电动 汽车 特斯拉Model 3上面,提供电源的是密密麻麻的电池,这些电池提供400伏直流电。

而电动车的电机转动必须用交流电,通过改变电机交流电的频率来改变电机的转速,从而精准的控制车辆行驶的速度和加速能力,这背后都是IGBT的功劳。

再比如高铁上面。

在火车运行中,要在短时间内将速度从零提升到300公里以上,或者在极短的时间内将正在高速行驶的列车平稳停下来。

这看似简单的加速、减速过程,背后需要一系列相关传动设备,牵引变流器以及其他电动设备的配合才行。而这就需要确保各种设备所需的电流、电压极为精准可靠。

在目前技术条件下,只有大功率的IGBT,才能满足这一苛刻要求。

而且在减速过程中,通过IGBT的作用,还可以将列车减速产生的能量转为电能回馈给电网。

可以说,IGBT的装置就是列车运行的"心脏"。

那么IGBT的研发难不难?

跟传统手机芯片研发一样。

IGBT 行业的上游产业主要包括半导体材料,比如硅片、光刻胶等等。以及相关设备比如光刻机、刻蚀机等等。

IGBT行业根据芯片制造的工序,又可依次划分为芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试三个环节。

不过,IGBT芯片相较于手机芯片的制造工艺及设备来说,要求没有这么高。

另外不同功率等级的IGBT芯片,也有不同的尺寸大小。一般来说,功率等级越高,芯片的尺寸就会越大。

目前IGBT 产品最具竞争力的生产线是8英寸和12 英寸。

世界最为领先的厂商是德国英飞凌,已经在12英寸生产线量产IGBT 产品。

国内晶圆的生产企业绝大部分,还停留在6 英寸产品的阶段。目前国内实现8英寸产品量产的有深圳比亚迪、株洲中车时代和华虹宏力。但其产品良率与国际龙头相比还存在一定差距。

最后是IGBT行业的下游产业。

它包括广泛的各细分应用市场,IGBT 在工业控制、新能源 汽车 ,消费电子、电力储能、轨道交通,家用电器等领域均有大量应用。

IGBT的技术,过去长期被极少数经济发达国家所垄断。

比如我国机车车辆使用的IGBT模块都要从德国、日本进口,特别是在高等级的IGBT器件上。

2008年我国的第一条高铁京津城际铁路开通,随后又开通了更多的高铁线路,对IGBT的需求成倍增加。

一个8列标准动车组就需要152个IGBT芯片,光这个芯片的成本就高达将近两百万元,每年中国高铁制造需要向国外采购十万个以上IGBT模块,采购资金超过12亿元人民币。

2014年6月,经过6年的不懈努力,由我国自主研制并具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片成功下线。

打破了大规模半导体没有自主芯片的 历史 ,预示着我们的高铁拥有了第一颗"中国芯"。

最后小鲸我想说:

十多年前,IGBT芯片基本是欧洲和日本的天下。

高铁用的IGBT被日本三菱重工垄断,电动车的IGBT被德国英飞凌垄断。

而如今国内各类企业开始加紧,对IGBT芯片进行自主研发。其中比较有名的就是深圳比亚迪,株洲中车时代电气,杭州士兰微等等。

目前复兴号所涉及的高速动车组的254项重要标准中,中国标准占到了84%。

高铁跑得快,全靠电机带。

其中复兴号的心脏也就是牵引电机。它拥有1152个IGBT芯片,这种能让高铁平稳运行的芯片,目前株洲中车自主研发的生产线,每年可以生产50万个。

中国中车生产的IGBT芯片,不仅可以满足自己的需求,还可以达到出口国外的标准,也已达到世界一流水平。

不得不说,中国标准的意义就在于每一项核心突破,拉动的都是整个体系的升级。而一个个体系的升级,最终使得中国制造走向全球。

IGBT芯片也称为绝缘栅双极晶体管。它是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件 。它结合了MOSFET和BJT的优点。它在高电压,大电流和高速下均具有出色的性能,使其成为电力电子领域中的理想开关器件。 IGBT模块是一种模块化产品,由多个IGBT芯片和FRD(快速恢复二极管)芯片通过特定电路封装在一起组成。输入阻抗大,驱动功率小,控制电路简单,开关损耗低,开关速度快。工作频率高,部件容量大等特点。

就下游应用而言,新能源 汽车 市场占31%,成为最大的IGBT芯片应用市场。第二是家电领域,占27%。在工业控制领域排名第三,占20%。新能源发电占11%,其余占11%。下游工业控制和消费电子产品的逐步复苏有望推动IGBT芯片市场的逐步扩展 。 IGBT芯片是光伏逆变器和风力发电逆变器的核心组件。新能源发电产业的快速发展将成为IGBT芯片产业的持续增长。随着新能源 汽车 市场的快速发展,IGBT芯片的需求和价值有望进一步增加,从而推动了IGBT芯片产业的增长。

目前, IGBT芯片的国产化已成为国家重点半导体器件的发展重点之一,IGBT芯片也被列为国家“ 02专项”的重点扶持项目,相关产业已进入阶段发展迅速。作为国内领先的IGBT芯片公司,斯达半导一直专注于IGBT芯片的独立研发。公司的IGBT芯片模块型号齐全。目前,它已经形成了涵盖工作电流5A-3600A和工作电压600V-3300V的产品布局。同时,该公司还具有提供MOSFET模块,IPM模块,整流器模块,晶闸管,碳化硅器件和其他产品的能力,从而形成了功率半导体的完整产品布局。先进的IGBT芯片设计,模块设计和制造工艺领先市场。

中高端IGBT芯片设计和制造中的技术创新和突破主要由国外制造商主导。在全球市场上,英飞凌,富士电机和IXYS等国际制造商涵盖了IGBT芯片产品的整个电压范围,而瑞萨,罗姆和意法半导体等制造商则专注于中低压产品。三菱,中国中车和斯达半导之类的制造商仅提供IGBT芯片模块产品。 随着公司产品技术水平逐步与国际水平接轨,公司在国内的替代优势越来越明显,主要体现在细分行业的领先优势,快速满足客户个性化需求的优势以及价格竞争的优势。 。该公司是IGBT芯片的领导者。随着IGBT芯片市场的快速扩展和国内替代产品的强劲趋势的帮助,企业有望凭借自身的竞争优势突围并扩大市场份额。公司在行业中的领先地位已得到牢固确立。 公司的 IGBT芯片模块的全球市场份额约为2.2%,在中国排名第一,在全球排名第八。

2020年前三季度,公司营业收入为6.68亿元,同比增长18.14%,归属于母公司股东的净利润1.34亿元,同比增长29.44%,其中第三季度,公司实现营业收入2.52亿元,同比增长26.39%,实现母公司实现净利润5300万元,同比增长36.24%。

斯达半导成立于2005年4月,公司自成立以来专注于以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,主要产品为IGBT模块。目前公司主要技术骨干全都来自国际知名高校的博士或硕士,在IGBT芯片和模块领域有着先进的研发和生产管理经验,是国内唯一一家进入全球前十的IGBT模块供应商。

公司产品以IGBT模块为主,其中核心系列是1200VIGBT模块,占主营业务收入的比例在70%以上,其他产品包括MOSFET模块、整流及快恢复二极管模块等。公司自主研发IGBT芯片及快恢复二极管芯片,芯片制造方面主要选择上海华虹和上海先进半导体两家晶圆厂代工,模块生产则由公司自己承担。Fabless模式减小了投资风险,并加快了产品推向市场的速度。

除了自主研发,公司有部分芯片仍向外采购,主要因为IGBT芯片的客户验证壁垒较高,自研芯片完全替代外采芯片需要时间。公司IGBT自研率正在逐步提升,2016至2018、以及2019年上半年,自主研发的IGBT及快恢复二极管芯片占当期芯片采购总量比例分别为31.04%、35.68%、49.02%和54.10%,自研芯片的使用一方面让公司实现技术和生产全面自主可控,解除对进口芯片的依赖,同时也可以在市场竞争中获得更大的议价权,降低公司生产成本。

公司下游应用行业以三类为主:工业控制及电源行业、新能源行业、变频白色家电行业。

工业控制及电源行业主要包括变频器行业、电焊机行业等;新能源行业包括新能源 汽车 行业、风力发电行业、光伏行业等。其中占比最大的为工业控制及电源行业,2019年上半年占比达到77.92%。此外公司产品在新能源 汽车 的应用中属核心器件,未来增长潜力巨大,过去两年是公司增长最快的应用。

IGBT竞争壁垒来自芯片制造与封装工艺

与数字集成电路工艺不同,IGBT设计相对而言不太复杂,但由于其大电流、高电压、高频和高可靠的要求,加工工艺十分特殊和复杂,需要长时间的工艺积累。IGBT的正面工艺和标准BCD的LDMOS区别不大,但背面工艺要求严苛,IGBT的背面工艺需要减薄6-8毫米,因硅片极易破碎和翘曲,后续的加工处理非常困难。

公司核心优势在于芯片端设计与模块制造,斯达是国内少数自主研发IGBT芯片和快恢复二极管芯片的公司。自2005年成立之初起就专心进行IGBT产品的研发、相关人才的培养和上游产业链的培育。公司在2007年成功完成了IGBT模块关键技术工艺的开发,如真空氢气无气孔焊接技术、超声波键合技术、测试和老化技术等,并于当年成功推出了第一款IGBT模块,其后不断突破大功率、碳化硅、车规级等模块产品。IGBT芯片方面,公司自2012年成功独立研发并量产NPT型IGBT芯片以来,到2018年底公司已量产所有型号的IGBT芯片。

公司采用Fabless模式,将芯片制造环节交由外部晶圆厂代工,模块环节则由自己完成,以此发挥比较优势,更快速地推出成品。IGBT模块工艺较为复杂,设计制造流程较为繁琐,斯达半导体通过十几年的钻研,不仅拥有了先进的制造工艺及测试技术,亦将其成功运用于实际生产中,并在IGBT高端应用领域具备竞争优势,目前已成为国内 汽车 级IGBT模块的领军企业。

IGBT模块是下游产品中的关键部件,其性能表现、稳定性和可靠性对下游客户来说至关重要,因此认证周期较长,替换成本高。对于新增的IGBT供应商,客户往往会保持谨慎态度,不仅会综合评定供应商的实力,而且通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后,才会做出大批量采购决策,采购决策周期较长。因此,新进入本行业者即使生产出IGBT产品,也需要耗费较长时间才能赢得客户的认可。在国内市场,公司的先发优势明显。

盈利预测与估值

IGBT行业未来在新能源和工控、家电领域应用拉动下仍将保持较高的增长。而中国IGBT产业在本土需求及国产替代趋势下,增速预计较全球更高,而斯达半导体作为国内稀缺IGBT供应商,预计未来几年内保持高增长的确定性较高。

我们预测公司2019~2021年营业收入为7.63亿、9.89亿、12.83亿元,同比增长12.94%/29.69%/29.74%;归母净利润为1.29亿、1.69亿、2.22亿元,同比增长33.02%/31.57%/31.39%。

在同行业横向比较,可以参照扬杰 科技 、捷捷微电、闻泰 科技 估计做对比,给与2020年60倍市盈率,对应股价为60元左右比较合理,但考虑到半导体和公司稀缺性,最高给予不超过80倍市盈率,股价不能高于85元。

今天收盘之后,

市场结构已经非常清晰,

超级清晰,

总龙头:联环药业>泰达股份

补涨龙:世纪天鸿、道恩股份

关于总龙头到底是联环药业,

还是泰达股份,

市场分歧很大,

大家各执一词。

就目前而言,

我还是认为联环是总龙头的概率大于泰达。

我旗帜鲜明的看好明天疫情走二波,

看好明天市场会有很多超级大长腿,

会出现暴力反d,

明天随便低吸一只,

真的有大肉,

而且是超级大肉。

明天接力的主要方向如下。

方向1:干总龙头赌二波

目标股当然是联环药业,

该股我已经连续几天提示大家勇敢低吸,

明天直接低吸赌板。

方向2:干补涨龙接力

目标股是世纪天鸿、道恩股份,

明天最少有一只能继续连板,

也可能2只都继续板。

明天市场选择哪只就干哪只,

开的不高就低吸赌板,

开的高,就放量换手板介入。

方向3:干强势股二波

太立 科技 亚光 科技 ,玉禾田

这三只都是分支龙,

今天走的较为逆势,

明天有涨停预期,

如果看好就直接低吸赌板。

方向3:低吸赌大长腿或地天板

明天走大长腿的股票最多,

明天竞价低吸的话,

收盘基本上都能吃肉,

而且有些股票会有超级大肉,

十几个点的大肉,

甚至20%的地天板大肉也有机会出现。

博腾股份、四环生物、会畅通讯、太龙药业、哈药股份、振德医疗、尚荣医疗,

超级大长腿或涨停板,

从这几只股票中产生的概率最大。

明天的大肉机会就在以上4个方向。

你可以选择分仓介入,

每个方向都干一只。

也可以选择集中仓位干龙头或低吸大长腿。

联环药业,

总龙头,

明天有涨停启动二波预期,

激进的就直接低吸赌板,

追求确定性的就打板介入。

泰达股份,

量太几把大了,

但也不至于套人,

会给小亏小赚出局的机会,

如果今天你低吸了,

明后天冲高不板就走人。

世纪天鸿、道恩股份,

是2只补涨龙,

明天至少有一只能晋级连板,

市场选择哪只就干哪只。

秀强股份、奥特佳,

明天应该有一只能晋级连板,

但属于持筹者盛宴,

再去接力就没屌意思了。

模塑 科技 ,

后面还有一次涨停反包预期,

但后面已经没啥行情了,

明天冲高或反包都是卖点。


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