公司深度国产替代最有可能形成突破的半导体

功率半导体行业背景：

功率器件原理：

功率器件特指转换并控制电力的功率半导体器件。电力转换包括转换一个或多个电压、电流或频 率；功率控制指控制输入和输出的功率大小。（电力转换 核心 目标是提高能量转换率、减少功率损耗。关断时没有漏电，导通时没有电压损失， 在开关切换时没有功率损耗。电力控制 核心 是使用最小的输入控制功率保证输出功率的大小和时延。）

半导体器件分类：

功率半导体应用范围

功率半导体下游应用广泛，基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分： 消费电子、新能源 汽车 、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制，市场规模呈现稳健增长态势。

功率半导体发展

功率半导体分类及特点

功率器件性能对比

功率半导体市场规模

功率半导体用于所有电力电子领域，市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新 能源 汽车 、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。成熟市场规模：根据IHS Markit 数据显示2018年全球功率器件市场规模为391亿美元， 中国功率市场规模为138亿美元 ，全球占比 35%。

纯增量市场规模：我们主要测算了国内新能源 汽车 、充电桩、光伏和风电四个领域中应用功率半导体市场空间。

①新能源 汽车 领域市场需求到2025年约160亿元，2030年约275亿元。

②公共直流充电桩领域2020-2025年累计市场需求约140亿元，2025-2030年累计需求约400亿元。

③光伏领域2020-2025年累计市场需求约50亿元，随政策调整有望进一步增长。

④风电领域2020-2024 年累计市场需求约30亿元。整体看，国内功率半导体市场2025年四个领域提供纯增量规模预计达 200亿元。

根据Omdia数据显示，2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本，合计市占率达60%。国内功率半导体市场自给率偏低，中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%，国产替代空间巨大。

行业发展趋势一：不需要追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成 化、模块化

功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节：功率半导体电路结构简单， 不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。 制造 环节： 因不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高，整体资本支出较小。封装环节：可分为分 立器件封装和模块封装，由于功率器件对可靠性要求非常高，需采用特殊设计和材料，后道加工价值量占比达35%以上，远高于普通数字逻辑芯片的10%。

行业发展趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起

新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求，我国市场空间巨大且有望在该领域快 速缩短和海外龙头差距。①天时：第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力，行业整体处于产业化起步阶段。②地利：受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅材替换市场驱动，目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主，国内市场空间巨大。③人和：第三代半导体核心难点在材料制备，其他环节可实现国产化程度非常高，加持国家在政策和资金方 面大力支持。我们认为该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高，中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。

行业发展趋势三：IDM模式更适合功率半导体行业，代工可以提供产能、工艺技术补充

海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式，国内功率半导体行业商业模式以IDM为主，设计+代工为辅。

国内上市公司

国内功率半导体发展分析

企业简介：

公司主营业务是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产，并以IGBT模块形式对外实现销售。IGBT模块的核心是IGBT芯片和快恢复二极管芯片，公司自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。公司总部位于浙江嘉兴，在上海和欧洲均设有子公司，并在国内和欧洲均设有研发中心。

自2005年成立以来，公司一直致力于IGBT芯片和快恢复二极管芯片的设计和工艺及IGBT模块的设计、制造和测试，公司的主营业务及主要产品均未发生过变化。2019年，IGBT模块的销售收入占公司销售收入总额的95%以上，是公司的主要产品。

股权结构：

斯达的创始人，深耕 IGBT 领域十五年：

董事长兼创始人沈华（1963 年），于1995 年获得美国麻省理工学院（MIT）材料学博士学位，1995年7月至1999年7月任西门子半导体部门（英飞凌前身，1999 年成为英飞凌公司）高级研发工程师，1999 年 8 月至 2005 年任赛灵思公司高级项目经 理。

胡畏（1964 年），副总经理，1994年获美国斯坦福大学工程经济系统硕士学位。 1987年至1990年任北京市计算中心助理研究员，1994年至1995年任美国汉密尔顿证券商业分析师，1995 年至2001年任美国 ProvidianFinancial 公司市场总监，执行高级副总裁助理，公司战略策划部经理。2005 年回国创办公司。

从前十大流通股东来看，多只公募基金二季度新进前十大股东。2季度均价150。

财务介绍：

摸鱼打分73分，ROE8.21%，2020年上半年，公司实现营业收入41,647.84万元，较2019年上半年同期增长13.65%，实现归属于上市公司股东的净利润8,067.11万元，较2019年上半年同期增长25.30%，扣除非经常性损益的净利润6,903.77万元，较2019年上半年同期增长31.00%。同时，公司主营业务收入在各细分行业均实现稳步增长： （1）公司工业控制和电源行业的营业收入为32,924.94万元，较上年同期增长15.86%；（2）公司新能源行业营业收入为6,981.03万元，较上年同期增长6.03%；（3）公司变频白色家电及其他行业的营业收入为1,649.38万元，较上年同期增长12.35%。

PE200倍，处于 历史 66%位置，PB28.72倍， 历史 66%的位置。

公司看点：

公司采用以市场为导向，以技术为支撑，通过不断的研发创新，开发出满足客户需求的具有市场竞争力的功率半导体器件，为客户提供优质的产品和技术服务。

公司产品生产环节主要分为 芯片和模块设计、芯片外协制造、模块生产 三个阶段。

阶段一：芯片和模块设计。公司产品设计包含IGBT芯片、快恢复二极管芯片的设计和IGBT模块的设计。本阶段公司根据客户对IGBT关键参数的需求，设计出符合客户性能要求的芯片；根据客户对电路拓扑及模块结构的要求，结合IGBT模块的电性能以及可靠性标准，设计出满足各行业性能要求的IGBT模块。

阶段二：芯片外协制造。公司根据阶段 一 完成的芯片设计方案委托第三方晶圆代工厂如上海华虹、上海先进等外协厂商外协制造自主研发的芯片，公司在外协制造过程中提供芯片设计图纸和工艺制作流程，不承担芯片制造环节。

阶段三：模块生产。模块生产是应用模块原理，将单个或多个如IGBT芯片、快恢复二极管等功率芯片用先进的封装技术封装在一个绝缘外壳内的过程。由于模块外形尺寸和安装尺寸的标准化及芯片间的连接已在模块内部完成，因此和同容量的器件相比，具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好等优点。公司主要产品IGBT模块集成度高，内部拓扑结构复杂，又需要在高电压、大电流、高温、高湿等恶劣环境中运行，对公司设计能力和生产工艺控制水平要求高。本阶段公司根据不同产品需要采购相应的芯片、DBC、散热基板等原材料，通过芯片贴片、回流焊接、铝线键合、测试等生产环节，最终生产出符合公司标准的IGBT模块。

公司销售主要采取直销的方式进行销售，根据下游客户的分布情况，除嘉兴总部外在全国建立了六个销售联络处，并于瑞士设立了控股子公司斯达欧洲，负责国际市场业务开拓和发展。

下游应用：

中国工控 IGBT 市场按照总体 150 亿 RMB 工控占比 29%计算大约在 44 亿 RMB。 按照国内复合增速 5%，则 2025 年国内工控的市场空间约为 60 亿元；这一块是斯达半导的基本盘，行业需求分散稳定且波动相对较小。英威腾和汇川技术等工控领域国内 领军公司一直都是斯达半导排名第一第二的大客户。

疫情加速了国内下游工控行业的国产替代进程，疫情同时阻碍了英飞凌等 IGBT 产品进入国内。斯达工控 IGBT 可能处于下游本 土需求增加+加速替代国外龙头提升份额的有利局面，预计在后疫情时代工控 IGBT 领 域持续提升市占率的过程也将持续。

IGBT 占新能源车成本近 8%，且是纯增量产品。 IGBT 模块在新能源 汽车 领域中发挥着至关重要的作用，被广泛应用于电机控制器、车载空调、充电桩等设备。IGBT 模块的作用是交流电和直流电的转换，同时IGBT模块还承担电压的高低转换的功能。新能源 汽车 外接充电时候是交流电，需要通过 IGBT模块转变成直流电然后给电池，同时要把交流电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。

在电动车领域主要应用分三类： 1）电驱动系统：IGBT 模块将直流变交流后驱动 汽车 电机（电控模块）； 2）车载空调变频与制热：小功率直流/交流逆变，这个模块工作电压不高，单价相对也低一些； 3）充电桩中 IGBT模块被用作开关使用：直流充电桩中 IGBT模块的成本占比接 近 20%；

电池成本占比最大，一般来说可以占到约电动车总成本 40%以上；2）成本占比第二大的是电机驱动系统,可以达到电动车总成本的 15%~20%,而 IGBT则占到电机驱动系统成本 40%-50%，等价于 IGBT 占新能源车总成本接近 8%的比例。

并且，对于IGBT来说，新能源 汽车 对 IGBT 需求是纯增量，因为传统燃油车功率半导体器件电压低，只需要Si基的 MOSFET，而新能源 汽车 在 600V以上MOSFET无法达到要求，必须要换成 IGBT；因此 IGBT 是仅次于电池以外第二大受益的零部件。

斯达在家电 IPM 和光伏风电等都有相关布局，但是营收占比还相对较小，19 年占比在 4%左右，可能和市场空间相对较小，公司选择先攻克工控和新能源 汽车 的战略有关，在供应链安全因为外部环境受到威胁的大背景下，斯达未来在这一块不断增长的利基市场还是有比较大的替代潜力，是斯达的潜在期权增量领域。

行业地位：

由于IGBT对设计及工艺要求较高，而国内缺乏IGBT相关技术人才，工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚，因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断，国内市场产品供应较不稳定；随着国内市场需求量逐步增大，供需矛盾愈发突显。我国政府于《中国制造2025》中明确提出核心元器件国产化的要求，“进口替代”已是刻不容缓。公司具备自主研发设计国际主流IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力和先进的模块设计及制造工艺水平，全面实现了IGBT和快恢复二极管芯片及模块的国产化，是国内IGBT行业的领军企业。

根据全球著名市场研究机构IHS在2019年发布的最新报告，2018年度公司在全球IGBT模块市场排名第八，市场占有率2.2%，是唯一进入前十的中国企业。

未来看点：

短期看工控IGBT ：20年疫情背景加速了下游如汇川技术等客户变频器/伺服等产品的国产替代（汇川中报业绩预告高速增长），同时斯达竞争对手英飞凌等产能受限物流受阻，斯达工控IGBT目前处于客户高增长和竞争对手暂时受阻碍的有利局面，二三季度边际向好确定，未来2年工控IGBT是斯达的基本盘；

中期看车载IGBT ：车载IGBT行业增速快于工控，且认证慢，安全性和产品性能要求高；斯达前期车载IGBT产品持续研发布局，累计给20家车企客户进行小批量配套供货，预计接下来将迎来收获期，且恰逢IPO扩产增加车载IGBT产能，预计车载IGBT将较快起量，是公司20-25年增长最快的细分领域；新能源 汽车 业务进展顺利，新增多个项目定点。上半年新能源乘用车销量大幅下滑的背景下，公司新能源领域营收仍小幅增长，估计公司已成为低功率电动车细分领域最大的IGBT模块供应商，同时斩获了多个国内外知名车型平台定点，将在2022年开始SOP。另外，48V功率器件开始大批量装车应用，出货量有望继续上升。

长期看SIC布局 ：斯达对SIC持续投入研发，并和宇通等联合开发基于SIC的电机控制系统，预计2024年左右国内会迎来SIC器件渗透率拐点，测算不同SIC渗透率和斯达在IGBT/SIC器件不同市占率下斯达2025年的收入，显示2025年斯达收入在42亿-64亿之间，净利率20%左右。

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今天我们一起梳理一下北方华创，公司主要从事基础电子产品的研发、生产、销售和技术服务， 主要产品为电子工艺装备和电子元器件 ，是国内主流高端电子工艺装备供应商，也是重要的高精密电子元器件生产基地。

公司电子工艺装备主要包括半导体装备、真空装备和锂电装备 ，广泛应用于集成电路、半导体照明、功率器件、微机电系统、先进封装、新能源光伏、新型显示、真空电子、新材料、锂离子电池等领域。电子元器件主要包括电阻、电容、晶体器件、微波组件、模块电源等，广泛应用于精密仪器仪表、自动控制等高、精、尖特种行业领域。

半导体制造过程分为硅片制造、晶圆加工和封装测试三个步骤。 半导体制造过程需要经过几百道复杂的工艺流程，但可以大致分为硅片制造、晶圆加工和封装测试三大环节。 硅片制造是半导体制造的第一大环节，主要是将天然硅石通过提炼加工得到晶圆加工所需要的硅片，其涉及的主要设备包括单晶炉、切磨抛光设备。晶圆制造是通过数百道复杂工艺将硅片加工成半导体的过程，其涉及的主要设备包括热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、抛光和清洗等设备。 封装和测试是将完成加工的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程，主要涉及的设备有分选机和测试机等。

半导体设备投资中晶圆加工设备占比达80%。 半导体设备在新建的晶圆厂资本支出中占比为80%，而在半导体设备中晶圆加工设备占比为80%，为最主要的资本支出项目，封装测试设备占比15%，其余设备占比5%。根据前瞻产业研究院的数据，在晶圆加工设备中，刻蚀机投资占比最高达30%，其次是薄膜沉积设备占比25%，光刻机占比23%，其余设备合计占比22%。 在各细分领域中，我国半导体设备企业具备竞争力的设备主要包括刻蚀设备、薄膜沉积设备以及清洗设备 。

2019年全球刻蚀设备规模约115亿美元，市场集中度高，CR3达91%。 全球刻蚀设备主要由泛林半导体（LAM）、东京电子（TEL）和应用材料（AMAT）垄断，其市场占有率分别为52%、20%和19%。 国内主要的刻蚀设备企业包括中国电科、中微公司、北方华创和屹唐半导体。其中中微公司刻蚀产品以电容耦合刻蚀（CCP）为主，北方华创刻蚀产品以电感耦合刻蚀（ICP）为主 。

薄膜沉积设备以化学气相沉积（CVD）为主，占比53%，物理气相沉积（PVD）占比25%。 半导体薄膜沉积设备主要可以分为CVD、PVD和包括原子层沉积（ALD）在内的其他沉积设备。根据前瞻产业研究院数据，三者的市场份额占比分别为53%、25%和18%。在CVD市场中。应用材料、泛林半导体和东京电子占据了70%的市场份额；在PVD市场中，应用材料市占率高达85%，处于绝对垄断的地位。 国内薄膜沉积设备龙头有北方华创和沈阳拓荆。其中，北方华创产品线覆盖CVD、PVD和ALD，沈阳拓荆主要覆盖CVD和ALD 。

半导体清洗设备中，湿法清洗为主，占比90%，干法清洗占比10%。 随着半导体制程推进，对工艺水平要求也越来越高，清洗工艺显得越发重要。按照清洗原理来分，清洗设备可分为干法清洗设备和湿法清洗设备，其中湿法清洗设备市场占比达90%，是主要的清洗设备。清洗设备市场集中度较高，CR4达94%，其中Screen市占率54%，是清洗设备的主要生产商。 国内清洗设备商主要有至纯 科技 、北方华创和盛美半导体，盛美半导体目前主要产品是单片式清洗设备，北方华创和至纯 科技 目前仍主要以槽式清洗为主，三者核心产品存在差异，正面竞争较少 。

近年来我国半导体设备市场正处于快速增长的阶段，2015年我国半导体设备市场规模为49亿美元，2019年在全球市场下降的情况下，大陆半导体设备市场规模达134.5亿美元，同比增长2.6%，2015-2019年CAGR为28.7%，高于全球平均水平。 随着今年国内晶圆厂资本支出的上升，半导体设备将充分受益 ，根据SEMI的最新预测，2020年中国大陆半导体设备市场规模将达173亿美元，同比增长28.6%。而在2020年国内晶圆厂密集资本支出之后，2021年中国大陆半导体设备市场规模将小幅回落，市场规模为166亿美元，同比下降4%，仍旧为全球最大半导体设备市场。

2019年国产半导体设备销售额为161.82亿元，同比增长30%。其中集成电路设备销售额为71.29亿元，同比增长55.5%。而中国大陆2019年半导体设备市场规模134.5亿美元，国产化率约17%，具备较大国产替代空间 。

半导体设备是公司最重要的业务，也是未来最重要的发展方向。 北方华创作为国资背景的半导体设备国产化主力军，承担了863计划和国家02专项等多个半导体设备公关研发项目，包括刻蚀设备、PVD和CVD设备的研发和产业化，公司承担项目已部分完成验收实现产业化。

在集成电路刻蚀设备方面，公司主要覆盖ICP刻蚀设备，而中微公司主要覆盖CCP刻蚀设备，两者短期内并不存在直接竞争的关系。 公司ICP刻蚀设备主要用于硅刻蚀和金属材料的刻蚀，28nm制程以上刻蚀设备已经实现产业化，在先进制程方面，公司硅刻蚀设备已经突破14nm技术，进入上海集成电路研发中心，与客户共同开展研发工作。

PVD是公司最具竞争力的半导体设备产品。 磁控溅射技术属于PVD（物理气相沉积）技术的一种，是制备薄膜材料的重要方法之一。北方华创突破了溅射源设计技术、等离子产生与控制技术、颗粒控制技术、腔室设计与仿真模拟技术、软件控制技术等多项关键技术，实现了国产集成电路领域高端薄膜制备设备零的突破，设备覆盖了90-14nm多个制程。根据公司官网消息，公司PVD设备被国内先进集成电路芯片制造企业指定为28nm制程Baseline机台，并成功进入国际供应链体系。

公司氧化扩散设备技术成熟，国内市占率较高。 氧化是将硅片放置于氧气或水汽等氧化剂的氛围中进行高温热处理，退火指集成电路工艺中所有在氮气等不活泼气氛中进行热处理的过程。上述工艺广泛用于半导体集成电路制造，北方华创的立式炉、卧式炉设备达到国内半导体设备的领先水平，成为了主流厂商扩散氧化炉设备的优选，实现了较高的设备国产化率。

公司依靠地理优势，提供优质本地服务，增强了产品竞争力。随着国内晶圆厂资本支出上升，半导体设备国产化步伐加快，公司近年来在长江存储、华虹无锡、华力集成、上海积塔、燕东微电子等多个项目取得订单。公司5/7nm先进制程设备研发项目有序推进，奠定公司长期竞争力 。

一、半导体设备龙头企业

北方华创成立于2001年，前身可追溯到国家“一五”期间建设的军工重点项目；2010年深交所上市；2015年七星电子和北方微电子战略重组为北方华创；2016年完成重组并引进大基金等战略投资者实现了产业与资本的融合；2017年更名北方华创；2018设立北方华创美国硅谷研究院，开展先进半导体设备技术研发；2019年募资20亿元用于半导体设备研发及产业化项目和高精密电子元器件扩产。

二、业务分析

2015-2020年，营业收入由8.54亿元增长至60.56亿元，复合增长率47.96%，20年同比增长49.23%，2021Q1实现营收同比增长51.76%至14.23亿元；归母净利润由0.39亿元增长至5.37亿元，复合增长率0.73%，20年同比增长73.75%，2021Q1实现归母净利润同比增长175.27%至0.73亿元；扣非归母净利润分别为-0.05亿元、-2.61亿元、-2.08亿元、0.76亿元、0.70亿元、1.97亿元，20年同比增长180.81%，2021Q1实现扣非归母净利润同比增长348.98%至0.32亿元；经营活动现金流分别为-0.44亿元、-2.01亿元、0.32亿元、-0.20亿元、-9.41亿元、13.85亿元，20年同比增长247.12%，2021Q1实现经营活动现金流同比下降8.40%至6.61亿元。

分产品来看，2020年电子工艺装备实现营收同比增长52.58%至48.69亿元，占比80.40%，毛利率减少5.79pp至29.44%；电子元器件实现营收同比增长37.46%至11.65亿元，占比19.24%，毛利率增加6.26pp至66.15%；其他实现营收同比增长12.29%至2192.83万元，占比0.36%。

2020年前五大客户实现营收26.44亿元，占比43.66%，其中第一大客户实现营收11.77亿元，占比19.43%。

三、核心指标

2015-2020年，毛利率由40.62%下降至17年低点36.59%，随后逐年提高至19年40.53%，20年下降至36.69%；期间费用率16年上涨至高点64.11%，随后逐年下降至19.19%，其中销售费用率16年上涨至高点6.70%，随后逐年下降至18年低点5.08%，而后上涨至5.84%，管理费用率16年上涨至高点55.72%，随后逐年下降至19年低点13.75%，20年上涨至14.06%，财务费用率由1.96%下降至17年低点1.20%，随后逐年上涨至19年高点2.44%，20年下降至-0.71%；利润率由8.79%下降至17年低点7.53%，随后逐年提高至14.06%，加权ROE由2.09%提高至8.51%。

四、杜邦分析

净资产收益率=利润率*资产周转率*权益乘数

由图和数据可知，15-17年净资产收益率的提高是由于资产周转率和权益乘数的提高，18年净资产收益率的提高是由于利润率、资产周转率和权益乘数共振提高所致，19年 净资产收益率的下降是由于权益乘数的下降，20年净资产收益率的提高是由于利润率和资产周转率的提高。

五、研发支出

20年公司研发投入同比增长41.39%至16.08亿元，占比26.56%，资本化10.52亿元，资本化率65.38%；截止2020年末公司研发人员1415人，占比23.67%。

六、估值指标

PE-TTM 150.18，位于近3年50分位值附近。

根据机构一致性预测，北方华创2023年业绩增速在33.45%左右，EPS为2.84元，18-23年5年复合增长率43.33%。目前股价176.46元，对应2023年估值是PE 61.97倍左右，PEG 1.85左右。

看点：

公司作为国内半导体设备龙头企业，深度布局半导体装备、真空装备、新能源锂电装备和精密元器件，产品体系具有较强竞争力，同时在技术研发、客户卡位等方面优势明显，叠加晶圆厂扩产潮再度开启，国产替代进程提速可期，公司核心竞争优势凸显，有望引领半导体设备国产替代大潮崛起。

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