嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,于2020年2月在上交所主板上市,是国内首批IGBT公司,十几年来始终专注于以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计、研发和生产,在技术上不断追赶海外先进厂商。根据Omdia(原IHS)最新报告,公司2020年度IGBT模块的全球市场份额占有率国际排名第6位,在中国企业中排名第1位。公司总部位于浙江嘉兴,在上海和欧洲设有子公司,在国内和欧洲均设有研发中心。
斯达半导靠IGBT 模块封装起家,而后自研IGBT芯片,目前技术已经在国内遥遥领先。公司最初采用外购进口芯片封装成IGBT模块,2012年公司研发出第一代自研芯片NPT型IGBT芯片,2015年公司对标英飞凌主流第四代IGBT芯片的FS-Trench芯片成功研发,并于2016年实现量产。截至目前,公司已经成功研发出全系列的IGBT芯片和FRD芯片,并且均已实现量产。目前对外采购的IGBT芯片和FRD芯片均能够被自主研发设计的芯片替代。
功率芯片是半导体中最基础的一类产品,直接利用的是晶体管的开关作用,通过多个功率开关组合(注:有时候还有电阻电感等器件配合)形成拓扑电路,来实现对功率也就是电压电流的控制,最终呈现调速、调频、整流、变压等等功能。简单总结,功率半导体就是转换并控制电力的功率半导体器件。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)和 MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的全控-电压驱动的功率半导体,IGBT 既有MOSFET的开关速度快、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,也被誉为“电力电子器件里的 CPU”。公司从事的 IGBT 是功率半导体新一代典型产品。功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率分立器件的演进路径基本为二极管→晶闸管→MOSFET→IGBT,其中,斯达半导的主营产品IGBT是功率半导体新一代中的典型产品。
FS-Trench是目前车规领域应用最广泛的IGBT芯片结构。从20世纪80年代至今,IGBT 芯片经历了多代升级,从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench),芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化,断态电压也从600V提高到6500V以上。2015 年,斯达半导成功研发出 FS-Trench 型 IGBT 芯片,与英飞凌主流第四代芯片性能相当,并于2016年底实现量产。公司生产的应用于主电机控制器的车规级IGBT模块开始大批量配套海内外市场,2021年,公司基于第七代微沟槽 Trench Field Stop 技术的新一代车规级 650V/750V IGBT 芯片研发成功,预计2022 年开始批量供货。
斯达半导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、快恢复二极管等功率芯片的设计和功率模块的设计。本阶段公司根据客户对功率芯片关键参数的需求,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,结合功率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功率模块。
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。公司与华虹半导体和上海先进(积塔半导体)合作紧密,是华虹与先进 IGBT 重要大客户。目前公司光伏领域在手订单是现有产能的数倍之多,伴随华虹和先进新增产能释放,公司光伏领域收入有望快速增长。
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。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功率模块。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。
此外,2021年斯达半导宣布拟通过增发方式募集35亿元,用于自建晶圆生产线,布局新能源市场。其中,拟投资15亿元,建设高压特色工艺功率芯片生产线,达产后预计将形成年产30万片6吋高压特色工艺功率芯片的生产能力;拟投资5亿元自建晶圆生产线,开展SiC芯片的研发和产业化,项目达产后,预计将形成年产6万片6吋SiC芯片生产能力。
在核心技术方面,该公司自成立以来一直以技术发展和产品质量为公司之根本,在 IGBT领域持续深耕,具备深厚的技术成果积淀,且核心技术均为自主研发创新,具备独立自主的知识产权。经过多年的技术经验积累,公司已成功申请了 99项专利,包括 28 项发明,自主掌握了IGBT芯片和 FRD 芯片、大中小功率模块、车用模块、SiC 模块的多项核心技术。
斯达半导产品进入国内领先的工控变频、新能源汽车电驱厂商,公司工控级客户包括英威腾、汇川技术、众辰电子等专业的变频器生产厂商;车规级客户是以合肥巨一动力和上海电驱动为主的新能源汽车电驱厂商,合肥巨一动力的电驱终端客户包括奇瑞、江淮、云度等国产整车厂商以及广汽本田、江淮大众等合资车厂,上海电驱动产品覆盖30-200KW系列化电驱产品,客户包括一汽、奇瑞、长安、上汽、宇通等众多国内整车厂,以及雷诺、通用、伊顿等海外客户。
公司的产品产销情况
IGBT的高门槛所带来的产品附加值,让斯达半导的毛利率水平在国内同行中领先,尽管与国际巨头英飞凌仍存在一定差距,但是一直保持稳中有升的态势。2022年第一季度,公司的毛利率已提升至 40.81%,相比 2021年增加了4.04pct。这主要是源于斯达半导自研 IGBT芯片比例提升和产销规模扩大带来的生产成本降低以及在新能源汽车领域销售额及占比提升带来的产品结构变化。
当前,国内企业开始走上自主研发的道路,目前在下游的应用当中,中压IGBT和IGBT模块最具有投资价值。英飞凌作为全球IGBT龙头企业,产品技术的发展路径可以被国内企业更好的对标,目前英飞凌产品已经迭代到第七代,中国本土厂商进场较晚,但与国际产品的差距正在逐渐缩小,其中斯达半导已经成为国际前十的IGBT模块厂商,产品品类丰富。
由于IGBT和下游应用结合紧密,研发人员往往需要对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品,因此应用和系统的理解能力很大程度上取决于上下游的协同紧密程度。比亚迪通过自建芯片并供给自身整车厂使用来积累系统应用know-how;时代电气很早就收购了英国dynex,吸收其技术,在轨交市场核心器件和系统应用同事发力,并将制造高铁IGBT的经验转移至汽车上,建成国内首条8英寸车规级IGBT芯片生产线并布局电驱产品;斯达半导择时通过汇川技术、上海电驱动之类的第三方渠道熟悉下游应用环境,产业协同助力提高产品品质同时降低成本
整体来看,目前斯达半导现有产品已经实现了中低压IGBT模块全覆盖,未来将利用公司第七代FS Trench芯片平台和大功率模块生产平台,发力3300V-6500V高压IGBT的研发和产业化。公司当前聚焦的主赛道为车规级应用领域,长期来看,新能源车A00-A0级别市场占比将逐渐下降,A级以上市场占比将持续提升。然而根据市场推算未来几年车规级IGBT应用规模和光伏级应用规模合计200亿左右的市场规模能够承载斯达半导600亿的市值吗?但是在中美贸易摩擦、中兴华为事件的警钟下,当前复杂而严峻的国际形势促使产业链下游相关行业客户充分意识到供应链安全和自主可控的重要性,叠加成本因素的考虑,国内功率半导体厂商被赋予了更多机会。鉴于 IGBT产品技术迭代没那么快,也不要求先进制程,这给了国内厂商充分的时间去追赶国际先进水平,国内厂商可通过跨代际研发加速缩短与国际巨头的技术和产品差距,未来有望迎来发展的黄金时期。