天岳先进:全球前三、市占率30%的第三代半导体公司

发布时间:2023-08-18 作者: 哈希国际游戏官网

  近期,一家第三代半导体(碳化硅)公司上市,目前还处于破发状态,不过公司基本面值得跟踪,今天就来简单看看。

  公司前身天岳有限成立于2010年,2011年至今专注于碳化硅衬底的研发、生产和销售。天岳先进是国内领先的宽禁带半导体(第三代半导体)衬底材料生产商,主要是做半绝缘型和导电型碳化硅衬底的研发、生产和销售,产品大范围的应用于微波电子、电力电子等领域。公司自主研发出半绝缘型碳化硅衬底产品实现我国核心战略材料的自主可控。

  2012年,公司具备2英寸半绝缘型、导电型碳化硅衬底量产能力。2013年,具备3英寸半绝缘型、4英寸导电型碳化硅衬底量产能力,并开始做6英寸导电型碳化硅衬底的研发,于2017年具备量产能力。2015年,公司开始研发6英寸半绝缘型碳化硅衬底,并于2019年具备量产能力。目前,公司正在进行8英寸导电型碳化硅衬底的研发。

  宽禁带半导体是有源相控阵雷达、毫米波通信设施、激光武器、“航天级”固态探测器、耐超高辐射装置等军事装备中的核心组件。受《瓦森纳协定》制约,半绝缘碳化硅衬底难以进口,为满足国产替代需求,公司将主要产能分配到半绝缘产品。2008年《瓦森纳协定》对半绝缘型碳化硅衬底进行明确的限制,部分西方发达国家作为协定成员国对我国停止销售该产品,制约了我国国防和新一代信息通信的发展,对国家发展、产业链安全导致非常严重威胁。在此背景下,公司自主研发出半绝缘型碳化硅衬底技术,将主要产能分配到半绝缘产品,实现我国核心战略材料的自主可控,有力保障了国内产品的供应,确保我国宽禁带半导体产业链的平稳发展。

  根据Yole统计,2019年及2020年公司已跻身半绝缘型SiC衬底市场世界前三,市场占有率占比从18%上升至30%。

  天岳先进采用物理气相传输法(PVT法)生产碳化硅晶锭,再经多道衬底加工环节生产成品。基本的产品为半绝缘型碳化硅衬底,2021H1营收比例近78%,导电型衬底已形成小批量销售。

  董事长兼总经理宗艳民为硅酸盐工程专业出身,正高级工程师,享受国务院特殊津贴,同时是齐鲁工业大学特聘教授。首席技术官高超先生为材料物理与化学专业博士,高级工程师,享受国务院特殊津贴,2014年开始在天岳先进就职,现主持公司的产品和研发技术工作,具体负责碳化硅单晶制备技术。截至21H1,公司共有员工470人,其中研发人员占比17.23%,硕士及以上学历者占比达9.57%。

  公司已掌握涵盖了设备设计、热场设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工等各类核心技术。截至2021H1拥有授权专利332项,其中与碳化硅衬底相关的境内和境外发明专利分别为86项和 3项。截至2020年3月末,国内可比公司天科合达拥有34项专利。公司碳化硅专利处于国内领先水平,具有一定的技术优势。

  天岳先进承担多个国家级和省部级三代半导体研发项目。公司承担了国家科技部、国家发改委等国家级及省部级主要三代半导体相关科研项目。同时,公司还自主进行大尺寸衬底、衬底生长及缺陷控制研发技术,并积极与下游客户、中科院电工研究所等展开合作研究。

  公司持续开展研发,有效提升了晶棒良率,从2018年的41.00%上升至2020年的50.73%,衬底良率稳定保持在70%以上。碳化硅衬底产量从2018年的11,463片提高到2020年的47,538片,期间CAGR为103.64%。

  产品质量来看,2015年经中国电子材料行业协会鉴定,公司4英寸半绝缘型碳化硅衬底达到国内领先、国际先迚水平。综合对比Wolfspeed、II-VI等企业公开披露的相同等级产品技术参数,公司与全球行业有突出贡献的公司的同尺寸产品不存在很明显差距。

  公司客户集中度较高。2018年-2021H1向前五名客户合计销售额占当期销售总额的比例均达到八成以上。其中客户A、客户B为公司碳化硅衬底业务的主要客户,海外客户D在2021H1进入公司的前五大客户。

  在导电型碳化硅衬底领域,公司6英寸导电型衬底已形成小批量销售。在原有客户资源优势基础上,公司已开始与国内外行业内的导电型衬底客户建立合作伙伴关系,如国家电网、客户A、客户B、东莞市天域半导体科技有限公司、瀚天天成电子科技(厦门)有限公司等。公司的导电型碳化硅衬底产品获得这些客户验证后,在很大程度上能够保证其新增产能的销售需求。

  海外市场迎来突破:公司主要经营收入大多数来源于境内市场,2018-2020年境外市场收入占比分别为7.34%、3.73%、2.69%。2021H1境外收入占比上升至15.24%,主要系客户D在与公司成立稳定业务关系后逐渐放量。

  2018~2020年公司营收分别为1.36、2.69、4.25亿元,CAGR达76.78%,2021Q1~Q3营收3.7亿元,根据注册稿全年经营情况预计,2021全年预计营收区间为4.65~5.05亿元,主要系国际碳化硅衬底供应链安全背景下,下游通讯等行业需求加剧,通过大客户验证后订单放量。

  毛利率从2018年的25.14%提升至2021H1的40.01%以上,主要系半绝缘型衬底生产所带来的成本下降,2019~2020净利率一下子就下降系高额股利支付费用。

  公司的衬底产品单价根据类别和尺寸不同,存在很明显差异。2020年度,6英寸半绝缘衬底平均单价约为4英寸半绝缘的2.2倍;4英寸半绝缘衬底平均单价约为4英寸导电型的3.5倍。

  第三代半导体主要为碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),分别应用于功率器件和射频器件,衬底是影响渗透率提升的重要的条件。第三代半导体材料以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表,禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势。采用第三代半导体材料制备的半导体器件适用于高电压、高频率场景,能以较少的电能消耗,获得更高的运行能力。

  根据电阻率的不同,碳化硅衬底可大致分为半绝缘型和导电型衬底,分别适用于不同的应用场景:

  1、导电型衬底:主要使用在于制造功率器件。碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上,需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片,并在外延层上制造各类功率器件,包括肖特基二极管、MOSFET、IGBT 等,应用在新能源汽车、轨道交通和大功率输电变电等领域;

  2、半绝缘型衬底:主要使用在于制造氮化镓射频器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层,制得碳化硅基氮化镓外延片,可进一步制成HEMT等微波射频器件,应用于信息通讯、无线电探测等领域。

  第三代半导体衬底和外延加工技术难度极大,故第三代半导体器件成本结构中衬底和外延占据主要部分,分别展47%和23%,二者合计占比高达70%,是碳化硅器件的主要成本来源。

  尺寸方面,碳化硅衬底正不断向大尺寸的方向发展。在最新研发技术储备上,行业领先者Wolfspeed已成功研发8英寸产品。在半绝缘型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为4英寸;在导电型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为6英寸。

  常见的碳化硅功率器件主要是碳化硅功率二极管、碳化硅MOSFET 及碳化硅功率模块,未来有望分别替代快恢复二极管和硅基IGBT(但对于普通城市家用小型电动车,电池装机量较小,SiC基器件的综合优势相比Si基IGBT不太明显,主机厂更倾向于选择综合性价比更好的Si基器件)。

  据Yole数据,2019年全球碳化硅市场规模为5.41亿美元,其中主要使用在场景及占比分别为:新能源汽车(42%)、光伏和储能系统(23%)、PFC/电源供应(20%)。全球碳化硅市场规模预计将以30%的CAGR增长至2025年的25.62亿美元。预计2025年新能源汽车、光伏和储能、充电桩市场规模分别为15.53、3.14、2.25亿美元,新能源汽车占比扩大至61%。此外,新能源汽车充电桩将成为碳化硅下游增长最快的应用,2019-2025年CAGR 有望达到90%。此外,碳化硅功率器件在智能电网、风力发电、工业电源、航空航天等领域也已经实现成熟应用,伴随着各类产业的加快速度进行发展,碳化硅功率器件的需求将不断增加。

  新能源汽车和充电桩设施:2019~2025年,新能源汽车和充电桩带来的功率碳化硅器件市场规模CAGR可达40.62%,增速最快。

  光伏和储能系统:2019年光伏和储能带来的SiC功率器件市场规模为1.25亿美元,预计2019~2025年将以17%的CAGR 增长至3.14亿美元,占碳化硅市场比例达12.3%。

  轨道交通:2019年光轨道交通带来的SiC功率器件市场规模为0.09亿美元,预计2019~2025年将以55%的CAGR增长至1.18亿美元,占碳化硅市场比例达4.6%,增速较高。

  半绝缘型碳化硅衬备的氮化镓射频器件主要使用在于面向通信基站及雷达应用的功率放大器。射频器件最重要的包含功率放大器、滤波器、开关、低噪声放大器、双工器等,目前主流的射频器件有砷化镓、硅基LDMOS、碳化硅基氮化镓等不一样。碳化硅基氮化镓外延主要优势在其材料缺陷和位错密度低,碳化硅基氮化镓射频器件是目前市场的主流。

  根据Yole数据,2020年全球碳化硅基氮化镓射频器件市场规模为8.91亿美元,占比近100%,预计2020~2026年将以17%的CAGR增长至22.22亿美元,份额会被硅基氮化镓射频器件挤占不足10%。2020年全球硅基氮化镓射频器件市场规模不足500万美元,预计2020~2026年将以86%的CAGR 增长至1.73亿美元,份额有望扩张至7%。

  碳化硅基氮化镓射频器件已成功应用于众多领域,国防应用和无线通信基础设施为主要驱动。我国GaN微波射频器件在国防军事与航天应用市场已100%实现国产化。2020年无线基础设施建设和移动终端设备占比分别达到36%和10%。此外,GaN射频器件在无线宽带、射频能量、商业雷达等市场均呈现增长态势。

  国防应用:是GaN射频器件市场的最重要驱动力量。据Yole 数据,2020~2025年全球市场规模将以22%的CAGR从3.4亿美元增长至超过11.1亿美元。

  5G基站:是GaN射频器件市场的另一关键驱动力量。预计2020~2025年5G基站建设驱动全球GaN射频器件市场规模以15%的CAGR从3.7亿美元增长至超过7.3亿美元。

  碳化硅厂商主要可大致分为两种商业模式。①覆盖较全的产业链环节:同时从事碳化硅衬底、外延及器件的制作,例如科锐公司等;②只从事产业链的单个或者部分环节,例如II-VI公司等。

  根据Yole数据,全球半绝缘型碳化硅衬底市场中,Wolfspeed、II-VI、天岳先进(688234)三家几乎占据全部市场占有率,2020年占比分别为33%、35%、30%。全球导电型碳化硅衬底市场中,Wolfpeed份额最大,2018年市占率达62%,II-VI和SiCrystal次之,分别为16%、12%,三家合计占比高达90%,陶氏、昭和电工、Norstel等厂商分配剩余10%的份额,国内厂商天科合达、天岳先进占比分别为1.7%和0.5%。

  国内第三代半导体供应链开始慢慢地成型,产线建设加快,产能持续不断的增加,但供给仍然不足,大尺寸晶圆渐成主流。

  1、国内供应链逐步成形。据CASA不完全统计,截至2020年底,国内有超过170家从事第三代半导体电力电子和微波射频的企业,覆盖了从上游材料制备、中游器件设计、制造、封测到下游应用,基本形成完整的产业链结构。

  2、国内碳化硅量产产品以4英寸为主,逐步向6英寸过渡。我国碳化硅产线英寸SiC晶圆产线英寸SiC晶圆制造产线(包括中试线条SiC生产线正在建设。预计“十四五”时期我国将逐步推进6英寸衬底量产,并逐步突破8英寸衬底技术。

  3、产能持续不断的增加,但供给缺口仍存在。据CASA数据,2020年我国SiC导电型衬底折合4 英寸产能约40万片/年,同比增加150%,2020年我国SiC半绝缘型衬底折合4英寸产能约18万片/年,同比增加80%。

  天岳先进各类生产设备数量逐年上升,大部分设备可同时兼容4、6英寸碳化硅衬底的生产。公司主要生产设备长晶炉的数量从2018年的147台增长至2021H1的584台,有效保障了产能的扩张。

  随着公司产能的扩张和下游需求的提升,碳化硅衬底销量逐年上升,2020年销量为3.89 万片,同比增长了99%,21H1销量达2.59万片。2021年6月末,公司在手订单金额9479 万元,订单覆盖率296%。同时,2021年初公司与主要客户签订数量合计约为 3.2万片的年度采购框架协议,未来的业务合作量和在手订单将有望保持良好态势。

  天岳先进长晶炉设备自主设计、委外加工,2019年9月与北方华创签订长晶炉合作协议,目前仍在履行。

  Yole预计2023年全球6英寸碳化硅衬底收入占比达55%,导电型碳化硅衬底比例将远高于半绝缘型衬底。天岳先进6英寸导电型碳化硅衬底项目拟投入长晶炉800台,到2026年导电型碳化硅衬底台均产能达375片/年,导电型产品中标国家电网采购计划。

  风险提示:下游需求没有到达预期的风险、产能扩张没有到达预期的风险、原材料和生产设备价格波动的风险、客户集中度高及主要客户依赖的风险、良率提升没有到达预期的风险。

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