处理芯片是硬件配置设备的关键所属,也是我国高新科技水准里边最经典的意味着。“中芯国际人”的小故事持续运转,紧系着中国半导体产业的运势与运行。
5月5日,上海积塔半导体官方微博公布的文章表明,张汝京博士研究生以积塔半导体监事会主席、积塔学院医生真实身份,应邀在积塔半导体临港厂区讲谈公司文化专题讲座。与此同时,据芯榜信息,张汝京已辞职青岛芯恩。从打开树林到功成身退,张汝京一手带下去的芯恩,将来将如何选择?
在中国半导体材料发展历程中,张汝京的每一次自主创业都为中国半导体产业的进步进行了开拓性的奉献。他创建的中芯国际为大陆第一家半导体器件公司,新升半导体为大陆第一家300mm大单晶硅片公司,芯恩为大陆第一家CIDM方式的公司。
前不久获知,张汝京已辞职青岛芯恩,调任上海积塔半导体监事会主席一职。回放张汝京上一次“放开手”,2017年年末,在新升半导体慢慢走上正轨之时,张汝京挑选离开:“我就很高兴如今中国缺大单晶硅片的问题逐渐拥有实际性的解决方法,那么就交到我国来再次发展壮大。实际上我非常想要做的是IDM。”
2018年,张汝京带上芯恩项目落户口青岛,基本建设、建成投产中饱经曲折。三年后,这一新项目宣布投片取得成功,也为青岛发展趋势半导体产业引入了一针强心剂。现如今,74岁的中国半导体材料鼻祖再度挥手告别自身的自主创业之作,打开一段在半导体芯片行业的辉煌旅途。
据了解,张汝京此次进军的上海积塔半导体是一家特点加工工艺集成电路芯片制造公司,所制造的BCD、IGBT/FRD、SGT/MOSFET、TVS、SiC元器件等处理芯片普遍业务于汽车电子产品、工业控制系统、电池管理、移动智能终端,乃至城市轨道、智能电网等高档应用商店。
积塔半导体是华大半导体集团旗下全资子公司,华大半导体归属于中国电子CEC,是中央政府可以直接监管的国有控股超大型企业集团。将来,积塔半导体将担负打造出网络信息安全“国家队”的历史进程每日任务,张汝京再一次走到了行业发展的窘境上。返回青岛芯恩,张汝京的放开手离开,或代表着其已完成“取得成功工作交接”,发展趋势彻底走上正轨。
2018年,在集成电路进出口额做到3120.58亿美金、中兴事情暴发之时,提高自主可控工作能力、摆脱海外高端芯片垄断性看起来刻不容缓。
张汝京在接收访谈时曾讲到:“中国到了这一环节,特别是在要做仿真模拟和数学模型混和商品,而IDM(融合元器件生产制造)最好。但是,IDM必须较强的设计工作能力。期待根据一共有共享资源方式,邀约全世界会做仿真模拟和数学模型混和处理芯片的设计部门一起加盟协同创立IDM公司,根据订制化开发设计生产制造高端芯片,从而取代海外进口的。”
因此,他放下过去善于的晶圆代工线路,挑选CIDM方式(C指Commune),即一共有共享资源式的IDM,再弥补一项大陆集成电路产业链的空缺。2018年4月,70岁的张汝京在西海岸新城区的中德生态园带领创立了青岛芯恩,这也是他继世大半导体、中芯国际、LED产品研发生产制造行业、上海新升以后的第五次自主创业。
一个月后,芯恩处理芯片新项目签字仪式全面启动,为中国第一个协同式集成电路生产制造(CIDM)新项目。签订期内的公布数据表明,该项目规划2019年底一期整线建成投产,2022年满产。
但芯恩的进步之途可以说一波三折。2019年12月,芯恩6栋裙楼到顶,8英尺厂机器设备逐渐搬进。接着又遭受新冠疫情等冲击性,相继传来股权融资不如意、控股股东移主的信息,总体进展再度被推迟。
2021年8月,芯恩于青岛举行动员会。大会上官方宣布8英尺厂投片取得成功,投片商品为电力电子器件,合格率达90%以上,光罩厂也于同期完成了商品交货。而8英尺生产线仅仅第一步,芯恩将来挥剑现阶段最现代化的12英尺圆晶的芯片制造。
2021年9月起,芯恩与国银租用相继签定2份融资租赁合同,总共股权融资29亿人民币;11月,国银租用又发布消息,其与芯恩集成电路再签融资租赁业务协议书,以先购买设备再回租的方法向芯恩股权融资27亿人民币。8英尺厂投片取得成功、积放融资租赁合同签定,芯恩以真实的行为展示出对新项目成功推动的自信心与信心。
半导体产业特点相悖,除资产、技术装备外,优秀人才及时也是公司完成经营规模扩张、尖端技术、配套设施齐备的主要支撑点之一。
张汝京曾在2021年胡润财富榜全世界500强品牌发布会上那样表明:现阶段的半导体业较大的问题是优秀人才匮乏。他大力号召同行要加速人才的培养服务体系和梯队建设,要眼光长久。
据了解,芯恩现阶段待岗的1400多名职工,在其中300位以上为领域专业工作人员,全体人员平均年龄为33岁。精英团队关键职工在国际期刊、杂志期刊上论文发表超出300篇,发布半导体材料有关专利权2000多项,包含好几个半导体材料基本专利权。截止到2021年12月,芯恩已提交308项申请专利,在其中275件得到审理号。“我还在青岛做的事便是‘抛砖’,期待可以打动越来越多的‘玉’参加到中国的半导体产业之中来。”
为了更好地增加人才培养和贮备,张汝京邀约了许多领域人员,2018年和青岛大学携手并肩共创了青岛大学微纳技术学院,与此同时出任了终生声誉医生。芯恩不但与学校创建产学研合作方式,芯恩的技术专家也会经常性校园内进行培训讲座,共享全新半导体产业动态性。
高薪职位“挖”高端人才,也变成青岛新经济企业招兵买马的一个普遍存在。2022年4月,芯恩一次性公布了百余个招聘职位,涉及到技术研发、信息科技、检测中心等好几个岗位,薪酬范围在10k-30k不一。
除此之外,芯恩生产制造的IC商品主要是面对汽车电子产品、智能家居系统与IDT工业电子等主要用途,与青岛的行业优点行业相切合。一直以来,青岛将新一代信息技术产业放置发展趋势的第一位。
青岛党代会明确提出了构建现代化产业链优先大城市总体目标,在其中,集成电路、新式表明、虚拟现实技术、人工智能技术、生物技术等十大新型产业,将打造出一批五百亿级和万亿级产业群,基本建设我国战略新型产业产业基地。
2022年3月底,青岛市颁布了适用集成电路发展趋势的十条对策:给与设计方案公司本年度最大500万余元补助;给与新项目最大500万余元适用;给与公司最大500万的一次性奖赏;给与全职的引入的顶级优秀人才(精英团队)500万余元安置费;给与各家创业投资风险投资组织每一年总计奖赏额度最大500万余元……一条条全是“真金白银”。
张汝京引入的自主创业遗传基因、青岛终端产品用户要求切合、地市级方面国家扶持政策等,均为芯恩发展方向引入了决心和支撑点。
公司简介“仙童半导体”成立于1957年,但提到“仙童”,就不得不先提起另外的一段故事,那就是成就了“二十世纪最伟大发明”的“晶体管之父” 的肖克利(W.Shockley)博士,1955年肖克利离开贝尔实验室返回故乡圣克拉拉,创建了"肖克利半导体实验室"。不久,因仰慕"晶体管之父"的大名,无数的求职信像雪片般飞到肖克利办公桌上。第二年,八位年轻的科学家从美国东部相继来到硅谷,加盟肖克利实验室。他们是:诺依斯(N. Noyce)、摩尔(R.Moore)、布兰克(J.Blank)、克莱尔(E.Kliner)、赫尔尼(J.Hoerni)、拉斯特(J.Last)、罗伯茨(S.Boberts)和格里尼克(V.Grinich)。他们的年龄都在30岁以下,风华正茂,学有所成,都正处在创造能力的巅峰。他们之中,有获得过双博士学位者,有来自大公司的工程师,有著名大学的研究员和教授,这也是当年美国西部从来没有过的英才大集合。29岁的诺依斯是八人之中的长者,也是"投奔"肖克利最坚定的一位。当他飞抵旧金山后所做的第一件事,就是倾囊为自己下一所住所,决定永久性定居,根本就没有考虑到工作环境、条件和待遇。其他七位青年,来硅谷的经历与诺依斯大抵相似。
可惜,肖克利是天才的科学家,却缺乏经营能力;他雄心勃勃,但对管理一窍不通。特曼曾评论说:"肖克利在才华横溢的年轻人眼里是非常有吸引力的人物,但他们又很难跟他共事。"一年之中,实验室没有研制出任何象样的产品。八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下,他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”(The Traitorous Eight)。青年人面面相觑,但还是义无反顾离开了那个让他们慕名而来,之后又相聚在一起的“伯乐”。不过,后来就连肖克利本人也改口把他们称为“八个天才的叛逆”。在硅谷许多著作书刊中,“八叛逆”的照片与惠普的车库照片属于同一级别,具有同样的历史价值。
编辑本段发展历程诞生“八叛逆”找到了一家纽约的摄影器材公司来给他们投资创业,这家公司名称为Fairchild,音译“费尔柴尔德”,但通常意译为“仙童”。费尔柴尔德不仅是企业家,也是发明家。他的发明主要在航空领域,包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销,他在1936年将公司一分为二,而其中生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当“八叛逆”向他寻求合作的时候,已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅给他们提供了3600美元的创业基金,要求他们开发和生产商业半导体器件,并享有两年的购买特权。于是,“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司,“仙童”之首自然是诺依斯。1957年10月,仙童半导体公司在硅谷嘹望山查尔斯顿路租下一间小屋,距离肖克利实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散基型晶体管,以便用硅来取代传统的锗材料,这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖克利重视的项目。费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力,总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工,由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺,而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。
发展1958年1月,蓝色巨人 IBM公司给了他们第一张订单,订购100个硅晶体管,用于该公司电脑的存储器。到1958年底,“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工,依靠技术创新的优势,一举成为硅谷成长最快的公司。
仙童半导体公司在诺依斯精心运筹下,业务迅速地发展,同时,一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众"仙童"中的佼佼者,他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不同,他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上,然而在掩模上绘好晶体管结构,用照相制版的方法缩小,将结构显影在硅片表面氧化层,再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻,整个过程叫做平面处理技术,它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃,也为"仙童"打开了一扇奇妙的大门,使他们看到了一个无底的深渊:用这种方法既然能做一个晶体管,为什么不能做它几十个、几百个,乃至成千上万呢?1959年1月23日,诺依斯在日记里详细地记录了这一最伟大也被当时的人们看作是最疯狂的设想。
1959年2月,德克萨斯仪器公司(TI)工程师基尔比(J.kilby)申请第一个集成电路发明专利的消息传来,诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题,比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等,正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出:可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线,这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起疾追。1959年7月30日,他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权,两家公司开始旷日持久的争执。1966年,基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予“巴兰丁”奖章,基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”,而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年,法院最后的判决下达,也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。
1960年,仙童半导体公司取得进一步的发展和成功。由于发明集成电路使它的名声大振,母公司费尔柴尔德摄影器材公司决定以300万美元购买其股权,“八叛逆”每人拥有了价值25万美元的股票。1964年,仙童半导体公司创始人之一摩尔博士,以三页纸的短小篇幅,发表了一个奇特的定律。摩尔天才地预言说道,集成电路上能被集成的晶体管数目,将会以每18个月翻一番的速度稳定增长,并在今后数十年内保持着这种势头。摩尔所作的这个预言,因后来集成电路的发展而得以证明,并在较长时期保持了它的有效性,被人誉为“摩尔定律”,成为IT产业的“ 第一定律”。
没落60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。到1967年,公司营业额已接近2亿美元,在当时可以说是天文数字。据那一年进入该公司的虞有澄博士(现英特尔公司华裔副总裁)回忆说:“进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。”然而,也就是在这一时期,仙童公司也开始孕育着危机。母公司总经理不断把利润转移到东海岸,去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。在目睹了母公司的不公平之后,“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走,成立了阿内尔科公司。据说,赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。随后,“八叛逆”另一成员格拉斯也带着几个人脱离仙童创办西格奈蒂克斯半导体公司。从此,纷纷涌进仙童的大批人才精英,又纷纷出走自行创业。结果人才纷纷离仙童而去,最终仙童中的斯波克将NSC弄成了全球第六大半导体厂商,桑德斯创立了AMD,而诺依斯和摩尔则创立了INTEL(英特尔),而这就是仙童的整个历程。[1]
编辑本段公司影响“仙童”,一个永远让世人铭记和仰慕的名字,一个对半导体界乃至全世界作出了后人无法企及的贡献。引用苹果总裁乔布斯的一句话:“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英,你一吹它,这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”仙童半导体拥有与众不同的晶体管制作方式,扩散、掩模、照相、光刻,整个过程叫做平面处理技术,它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃。在1969年的半导体工程师大会,400位与会者中只有24位的履历表上没有在仙童公司的工作的经历。
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1.1 第三代半导体 SIC 材料的性能优势
SIC 材料具有明显的性能优势。 SiC 和 GaN 是第三代半导体材料,与第一 二代半导体材料相比,具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等 性能优势,所以又叫宽禁带半导体材料,特别适用于 5G 射频器件和高电压功率 器件。
1.2 SIC 器件的性能优势
SIC 的功率器件如 SIC MOS,相比于 Si 基的 IGBT,其导通电阻可以做的更 低,体现在产品上面,就是尺寸降低,从而缩小体积,并且开关速度快,功耗相 比于传统功率器件要大大降低。
在电动车领域,电池重量大且价值量高,如果在 SIC 器件的使用中可以降低 功耗,减小体积,那么在电池的安排上就更游刃有余;同时在高压直流充电桩中 应用 SIC 会使得充电时间大大缩短,带来的巨大 社会 效益。
根据 Cree 提供的测算: 将纯电动车 BEV 逆变器中的功率组件改成 SIC 时, 大 概可以减少整车功耗 5%-10%;这样可以提升续航能力,或者减少动力电池成本。
1.3.制约产业发展的主要瓶颈在于成本和可靠性验证
行业发展的瓶颈目前在于 SIC 衬底成本高: 目前 SIC 的成本是 Si 的 4-5 倍, 预计未来 3-5 年价格会逐渐降为 Si 的 2 倍左右,SIC 行业的增速取决于 SIC 产业 链成熟的速度,目前成本较高,且 SIC 器件产品参数和质量还未经足够验证;
SIC MOS 的产品稳定性需要时间验证: 根据英飞凌 2020 年功率半导体应用 大会上专家披露,目前 SiC MOSFET 真正落地的时间还非常短,在车载领域才刚 开始商用(Model 3 中率先使用了 SIC MOS 的功率模块),一些诸如短路耐受时 间等技术指标没有提供足够多的验证,SIC MOS 在车载和工控等领域验证自己的 稳定性和寿命等指标需要较长时间。
1.4 SIC 产业链三大环节
SIC 产业链分为三大环节:上游的 SIC 晶片和外延→中间的功率器件的制造 (包含经典的 IC 设计→制造→封装三个小环节)→下游工控、新能源车、光伏风 电等应用。目前上游的晶片基本被美国 CREE 和 II-VI 等美国厂商垄断;国内方 面,SiC 晶片商山东天岳和天科合达已经能供应 2 英寸~6 英寸的单晶衬底,且营 收都达到了一定的规模(今年均会超过 2 亿元 RMB);SiC 外延片:厦门瀚天天 成与东莞天域可生产 2 英寸~6 英寸 SiC 外延片。
2.1 应用:新能源车充电桩和光伏等将率先采用
SiC 具有前述所说的各种优势,是高压/高功率/高频的功率器件相对理想的 材料, 所以 SiC 功率器件在新能源车、充电桩、新能源发电的光伏风电等这些对 效率、节能和损耗等指标比较看重的领域,具有明显的发展前景。
高频低压用 Si-IGBT,高频高压用 SiC MOS,电压功率不大但是高频则用 GaN。 当低频、高压的情况下用 Si 的 IGBT 是最好,如果稍稍高频但是电压不 是很高,功率不是很高的情况下,用 Si 的 MOSFET 是最好。如果既是高频又是 高压的情况下,用 SiC 的 MOSFET 最好。电压不需要很大,功率不需要很大, 但是频率需要很高,这种情况下用 GaN 效果最佳。
以新能源车中应用 SIC MOS 为例, 根据 Cree 提供的测算: 将纯电动车 BEV 逆变器中的功率组件改成 SIC 时, 大概可以减少整车功耗 5%-10%;这样可以提升 续航能力,或者减少动力电池成本。
同时 SIC MOS 在快充充电桩等领域也将大有可为。 快速充电桩是将外部交 流电,透过 IGBT 或者 SIC MOS 转变为直流电, 然后直接对新能源 汽车 电池进行 充电,对于损耗和其自身占用体积问题也很敏感,因此不考虑成本,SIC MOS 比 IGBT 更有前景和需求,由于目前 SIC 的成本目前是 Si 的 4-5 倍,因此会在 高功率规格的快速充电桩首先导入。在光伏领域,高效、高功率密度、高可靠 和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势,因此基于性能更优异的 SIC 材料的光 伏逆变器也将是未来重要的应用趋势。
SIC 肖特基二极管的应用比传统的肖特基二极管同样有优势。 碳化硅肖特基 二极管相比于传统的硅快恢复二极管(SiFRD),具有理想的反向恢复特性。在 器件从正向导通向反向阻断转换时,几乎没有反向恢复电流,反向恢复时间小 于 20ns,因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率,在相同频率下具有 更高的效率。另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数,随 着温度的上升电阻也逐渐上升,这使得 SIC 肖特基二极管非常适合并联实用, 增加了系统的安全性和可靠性。
2.2 空间&增速:SIC 器 件 未来 5-10 年复合 40%增长
IHS 预计未来 5-10 年 SIC 器件复合增速 40%: 根据 IHSMarkit 数据,2018 年碳化硅功率器件市场规模约 3.9 亿美元,受新能源 汽车 庞大需求的驱动,以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升, 预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元,18-27 年 9 年的复合增速接近 40%。
SIC MOS 器件的渗透率取决于其成本下降和产业链成熟的速度 ,根据英飞凌和国内相关公司调研和产业里的专家的判断来看,SIC MOS 渗透 IGBT 的拐点可能在 2024 年附近。预计 2025 年全球渗透率 25%,则全球有 30 亿美金 SIC MOS 器件市场,中国按照 20%渗透率 2025 年则有 12 亿美金的 SIC MOS 空间。 即不考虑SIC SBD 和其他 SIC 功率器件,仅测算替代 IGBT 那部分的 SIC MOS 市场预计2025 年全球 30 亿美金,相对 2019 年不到 4 亿美金有超过 7 倍成长,且 2025-2030 年增速延续。
2.3 格局:SIC 器件的竞争格局
目前,碳化硅器件市场还是以国外的传统功率龙头公司为主 ,2017 年全球市场份额占比前三的是科锐,罗姆和意法半导体,其中 CREE 从 SIC 上游材料切入到了 SIC 器件,相当于其拥有了从上游 SIC 片到下游 SIC 器件的产业链一体化能力。
国内的企业均处于初创期或者刚刚介入 SIC 领域 ,包括传统的功率器件厂商华润微、捷捷微电、扬杰 科技 ,从传统的硅基 MOSFET、晶闸管、二极管等切入 SIC 领域,IGBT 厂商斯达半导、比亚迪半导体等,但国内 当前的 SIC 器件营收规模都比较小 (扬杰 科技 最新披露 SIC 营收 2020 年上半年 19.28 万元左右);
未上市公司和单位中做的较好的有前面产业链总结中提到的一些,包括:
泰科天润: 可以量产 SiC SBD,产品涵盖 600V/5A~50A、1200V/5A~50A 和1700V/10A 系列;并且早在 2015 年,泰科天润就宣布推出了一款高功率碳化硅肖特基二极管产品,是从事 SIC 器件的较纯正的公司;
中电科 55 所: 国内从 4-6 寸碳化硅外延生长、芯片设计与制造、模块封装实现全产业链的单位;
深圳基本半导体 :成立于 2016 年,由清华大学、浙江大学、剑桥大学等国内外知名高校博士团队创立,专注于 SIC 功率器件,也是深圳第三代半导体研究院发起单位之一,目前已经开始推出其 1200V 的 SiC MOSFET 产品。
3.1 天科合达
天科合达是国内第三代半导体材料 SIC 晶片的领军企业: 公司成立于 2006 年 9 月 12 日,2017 年 4 月至 2019 年 8 月在全国股转系统挂牌转让,2020 年 7 月拟在科创板市场上市。
公司成长速度极快,2017-2019 年公司收入由 0.24 亿增长至 1.55 亿元,两年 复合增长率 154%。
营收构成:SIC 晶片占比约为一半
公司营收由三部分构成:碳化硅晶片占比 48.12%,宝石等其他碳化硅产品 占比 36.65%,碳化硅单晶生长炉占比 15.23%。
设备自制:从设备到 SIC 片一体化布局
公司以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料,采用物理气相传输法(PVT)生长 碳化硅晶体,加工制成碳化硅晶片;其中的碳化硅晶体的生长设备-碳化硅单晶 生长炉公司也能完成自制并对外销售。
行业格局与公司地位
公司地位:2018 年,以导电型的 SIC 来看,天科合达以 1.7%的市场占有率 排名全球第六,排名国内导电型碳化硅晶片第一。
3.2 山东天岳
1、半绝缘 SIC 片的领军企业: 公司成立于 2010 年,专注于碳化硅晶体衬底 材料的生产;公司产品主要在半绝缘型的 SIC 片。公司投资建成了第三代半导 体材料产业化基地,具备研发、生产国际先进水平的半导体衬底材料的软硬件 条件,是我国第三代半导体衬底材料行业的先进企业。
2、成长能力: 据了解,公司收入从 2018 年收入 1.1 亿左右增加至 2019 年超 过 2.5 亿总收入(其中也有约一半是 SIC 衍生产品宝石等),同比增长 100%以 上。公司的 SIC 片主要集中在半绝缘型,而天科合达主要集中在导电型。
3、华为入股: 华为旗下的哈勃 科技 投资持股山东天岳 8.17%。
4、生产能力( 公司采用的是长晶炉的数量进行表征):山东天岳的产能主 要由长晶炉的数量决定,2019 年产线上长晶炉接近 250 台,销售衬底约 2.5 万 片,预计年底前再购置一批长晶炉,目标增加至 550 台以上;
5、销售价格: 2018 、2019 年公司衬底平均销售价格大数大约在 6300 元/ 片、8900 元/片,预计今年的平均价格将会突破 9000 元,价格变动的主要原因 是 2,3 寸小尺寸衬底、N 型等相对低价的衬底销售占比逐步降低,高值的 4 寸 高纯半绝缘产品占比逐步提升导致单位售价提高。
6、技术实力: 山东天岳的碳化硅技术起源于山东大学晶体国家重点实验 室,公司于 2011 年购买了该实验室蒋明华院士专利,并投入了大量研发,历经 多年工艺积累,将碳化硅衬底从实验室的技术发展成为了产业化技术;山东天 岳除 30 人的研发团队外,还在海外设有 6 个联合研发中心;公司拥有专利近300 项,其中先进发明专利约 50 多项,先进实用性专利约 220 项,申请中的 发明专利约 50 多项。
3.3 斯达 半导
1、斯达 半导 97.5%的收入均是 IGBT, 是功率半导体已上市公司中最纯正的 IGBT 标的,2019 收入 7.8 亿(yoy+15.4%),归母净利润 1.35(yoy+39.8%), IGBT 模块全球市占率 2%,排名全球第八;
2、斯达半导在积极进行第三代半导体 SIC 的布局。 公司 SiC 相关的产品 和技术储备在紧锣密鼓的进行:
3、公司在未来重点攻关技术研发与开发计划:
主要提到三项重要产品开发:1、全系列 FS-Trench 型 IGBT 芯片的研 发;2、新一代 IGBT 芯片的研发;3、SiC、GaN 等前沿功率半导体产品的研 发、设计及规模化生产:公司将坚持 科技 创新,不断完善功率半导体产业布 局,在大力推广常规 IGBT 模块的同时,依靠自身的专业技术,积极布局宽禁 带半导体模块(SiC 模块、 GaN 模块),不断丰富自身产品种类,加强自身竞 争力,进一步巩固自身行业地位。
4、公司和宇通客车等客户合作研发 SIC 车用模块
2020 年 6 月 5 日,客车行业规模领先的宇通客车宣布,其新能源技术团队 正在采用斯达半导体和 CREE 合作开发的 1200V SiC 功率模块,开发业界领先 的高效率电机控制系统,各方共同推进 SiC 逆变器在新能源大巴领域的商业化应 用。
宇通方面表示,“斯达和 CREE 在 SiC 方面的努力和创新,与宇通电机控 制器高端化的产品发展路线不谋而合,同时也践行了宇通“为美好出行”的发 展理念,相信三方在 SiC 方面的合作一定会硕果累累。”
我们在之前发布的斯达半导深度报告中测算斯达在不同 SIC 渗透率和不同 SIC 市占率情境下 2025 年收入d性,中性预计 2025 年斯达在国内的 SIC 器件市 占率为 6-8%。 预计 2023-2024 年国内 SIC 产业链如山东天岳、三安光电等更加成 熟后,SIC 将迎来替代 IGBT 拐点,但是 IGBT 和 SIC MOS 等也将长期共存,相 信国内的技术领先优质的 IGBT 龙头斯达半导能够不断储备相关技术和产品, 积 极拥抱迎接这一行业创新。
3.4 三安光电
1、公司主要从事化合物半导体材料的研发与应用, 以砷化镓、氮化镓、碳 化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心 主业,产品主要应用于照明、显示、背光、农业、医疗、微波射频、激光通 讯、功率器件、光通讯、感应传感等领域;
2、公司主业 LED 芯片,占公司营收的 80%以上,LED 是基于化合物半导 体的光电器件,在衬底、外延和器件环节具有技术互通性;
3、公司专注于化合物半导体的子公司三安集成,2019 年业务与同期相比呈 现积极变化:
1)射频业务产品应用于 2G-5G 手机射频功放 WiFi、物联网、路由器、通 信基站射频信号功放、卫星通讯等市场应用,砷化镓射频出货客户累计超过 90 家,客户地区涵盖国内外;氮化镓射频产品重要客户已实现批量。生产,产能 正逐步爬坡;
2)2020 年 6 月 18 日公司公告,三安光电决定在长沙高新技术产业开发区 管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导 体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产 业链,投资总额 160 亿元,公司在用地各项手续和相关条件齐备后 24 个月内完成一期项目建设并实现投产,48 个月内完成二期项目建设和固定资产投资并实现投产,72 个月内实现达产;
3) 三安集成推出的高功率密度碳化硅功率二极管及 MOSFET 及硅基氮化 镓 功率器件主要应用于新能源 汽车 、充电桩、光伏逆变器等电源市场,客户累计超过 60 家, 27 种产品已进入批量量产阶段。
4) 三安集成 19 年实现销售收入 2.41 亿元,同比增长 40.67%; 三安集成产品的认可度和行业趋势已现,可以预见未来在第三代材料 SiC/GaN 的功率半导体中发展空间非常广阔。
3.5 华润微
1、公司是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业 ,产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域;
2、产品与制造并行: 公司 2019 年收入 57 亿元,其中产品与方案占比43.8%,制造与服务占比 55%,制造与服务业务主要是晶圆制造和封测业务;产品与方案主体主要是功率半导体,占比 90%,包括 MOSFET、IGBT、SBD 和FRD 等产品;
3、公司目前拥有 6 英寸晶圆制造产能约为 247 万片/年,8 英寸晶圆制造产能约为 133 万片/年,具备为客户提供全方位的规模化制造服务能力;
4、SIC 领域积极布局:在 2020 年 7 月 4 日,公司进行了 SIC 产品的发布会,发布了全系列的 1200V/650V 的 SIC 二极管产品,公司有望通过 IDM 模式在 SIC 材料的各个功率半导体产品领域深耕并持续受益于产品升级和国产替代。
3.6 捷捷微电
1、公司是国内晶闸管龙头,持续布局 MOSFET 和 IGBT 等高端功率半导体器件。 按照公司年报口径,2019 年功率分立器件收入占比 75%,功率半导体芯片收入占比 23%; 公司的功率分立器件,50%左右业务是晶闸管 (用于电能变换与控制),还有部分二极管业务,其余是防护器件系列(主要作用是防浪涌冲击、防静电的电子产品内部,保护内部昂贵的电子电路);
2、公司于 2020 年 2 月 27 日与中芯集成电路制造(绍兴)有限公司(简称“SMEC”)签订了《功率器件战略合作协议》,在 MOSFET、IGBT 等相关高端功率器件的研发和生产领域展开深度合作;公告披露,捷捷微电方保证把SMEC 作为战略合作伙伴,最大化的填充 SMEC 产能,2020 年度总投片不低于80000 片,月度投片不低于 7000 片/月。
3、公司长期深耕晶闸管和二极管等分立器件,这些客户和 MOSFET 和IGBT 等相关高端功率器件有重叠, 公司从晶闸管领域切入到 MOS 后,在这两个产品大类上也将积极应用第三代半导体 SIC,为后续提升自身器件性能和产品竞争力做好准备。
3.7 扬杰 科技
1、公司是产品线较广的功率分立器件公司 。公司产品主要包括功率二极管、整流桥、大功率模块、小信号二三极管,MOSFET,也有极少部分的 IGBT 产品。按照公司年报口径,2019 年功率分立器件收入占比 80%,功率半导体芯片收入占比 13.8%,半导体硅片业务占比 4.55%。
2、公司第三代半导体 SIC 器件 目前收入较少。公司积极布局高端功率半导体,筹备建立无锡研发中心,和中芯国际(绍兴)签订保障供货协议 ,持续扩充 8 寸 MOS 产品专项设计研发团队,已形成批量销售的 Trench MOSFET 和SGT MOS 系列产品。
3、SIC 产品目前占比小: 公司 2020 年 9 月公告,目前主营产品仍以硅基功率半导体产品为主, 第三代半导体产品的销售收入占比较小, 2020 年 1-6 月,公司碳化硅产品的销售收入为 19.28 万元。
4、我们认为同捷捷微电一样,公司是中低端功率器件利基市场龙头,虽然目前 SIC 产品的占比较小,主要是由于国内产业链成熟度的拐点刚刚到来;未来公司将积极布局各种基于 SIC 材料的功率器件,从而提高其产品性能并实现市场占有率持续稳步提升,打开业务天花板和想象空间。
3.8 露笑 科技
1、传统主业是 电磁线产品: 公司是专业的节能电机、电磁线、涡轮增压器、蓝宝长晶片研发、生产、销售于一体的企业,公司主要产品有各类铜、铝芯电磁线、超微细电磁线、小家电节能电机、无刷电机、数控电机、涡轮增压器和蓝宝石长晶设备等产品。 公司是国内主要电磁线产品供应商之一,也是国内最大的铝芯电磁线和超微细电磁线产品生产基地之一。
2、SIC 长晶设备已经开始对外供货: 露笑 科技 基于蓝宝石技术储备,经过多年研发已快速突破碳化硅工艺壁垒,在蓝宝石基础上布局碳化硅长晶炉和晶片生产。碳化硅跟蓝宝石从设备、工艺到衬底加工有较强的共同性和技术基础,例如精确的温场控制、精确的压力控制、精确的籽晶晶向生长以及基片加工等壁垒。 公司在多年蓝宝石生产技术支持下成功研发出碳化硅自主可控长晶设备,并在 2019 年开始对外供货 SIC 长晶设备。
4、公司布局 SIC 的人才优势: 公司引进具有二十多年碳化硅行业从业经验的技术团队,开展碳化硅衬底及外延技术研究,加码布局碳化硅产业。2020 年 4月,公司发布非公开募集资金公告,拟募集资金总额不超过 10 亿元,用于新建碳化硅衬底片产业化项目、碳化硅研发中心项目和偿还银行贷款。 随着公司碳化硅产品研发并量产,公司有望取得一定的市场份额。
5、与合肥合作打造第三代半导体 SIC 产业园: 2020 年 8 月 8 日与合肥市长丰县人民政府在合肥市政府签署《合肥市长丰县与露笑 科技 股份有限公司共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园的战略合作框架协议》。包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目,包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计 100 亿元。
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(报告观点属于原作者,仅供参考。作者:华安证券,尹沿技)
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