作为China Fabless系列分析报告的一部分,AspenCore分析师团队将电源(POWER)类别进一步细分为电源管理(PMIC)和功率器件(Power Device)两个细分类别,前者包括AC-DC、DC-DC、LDO、多功能PMIC、电池管理芯片,以及LED驱动芯片等;后者包括功率二极管、MOSFET、IGBT,以及碳化硅和氮化镓器件等。
Fabless技术和应用系列直播—电源管理芯片的设计、应用及市场趋势
3月份我们分别发布了《35家国产电源管理芯片厂商调研分析报告》和《30家国产功率器件和第三代半导体厂商调研分析报告》。从这两份报告所涉及的厂商中,我们挑选30家上市公司和拟上市公司(已经公开招股书),对其2021财年的POWER业务营收和利润信息进行对比,再结合《70家国产IC设计上市公司综合实力和增长潜力排名》报告发布的上市公司综合实力和增长潜力指数,汇编整理出如下图表。
- 备注:POWER营收和毛利仅统计各公司的电源业务,包括电源管理和功率器件;
- 财务数据来自上市公司的2021年财报或拟上市公司的招股说明书,若没有明确电源业务营收和毛利的,根据网上信息估算;
- 综合实力和增长潜力指数数据源自《70家国产IC设计上市公司综合实力和增长潜力排名》报告,5家公司无此指数,因为还没有上市。
30家POWER上市公司统计分析
- POWER业务营收:最高为43.57亿元,中位值为9.36亿元,最低为2.1亿元;
- POWER业务毛利:最高为16.12亿元,中位值为3.29亿元,最低为9400万元;
- POWER业务毛利率:最高为66%,中位值为40%,最低为21%;
- 研发投入占总营收比例:最高为32%,中位值为9%,最低为4%;
- 综合实力指数:25家上市公司(不包括5家拟上市公司)的平均值为157,高于70家IC设计上市公司的平均值(134);
- 增长潜力指数:25家上市公司(不包括5家拟上市公司)的平均值为220,略低于70家IC设计上市公司的平均值(226);
- POWER分类:功率器件厂商12家,电源管理(包括LED驱动)厂商18家;
- 公司总部:上海6家,深圳5家,无锡4家,苏州3家,北京2家,其它各1家。
POWER技术趋势:
集成模拟与数字处理的电池管理系统(BMS)
电源管理厂商案例分析:南芯半导体的电荷泵充电管理芯片
南芯半导体最近提交招股说明书,申请科创板上市。该公司2021年营收为9.84亿元,其中80%来自充电管理芯片,包括电荷泵充电管理芯片、通用充电管理芯片,以及无线充电管理芯片。按照下图的分类,这些充电管理芯片归属于电源管理类别,也属于电池管理芯片类别。除了充电管理外,电池管理还涉及电池保护、电池电量监测、电池状态监控和均衡等。
提供与南芯半导体类似电源管理和电池管理芯片的国内外厂商包括:TI、ADI、安森美、台湾立锜科技、矽力杰、圣邦微、艾为电子、思瑞浦、希荻微和英集芯等。根据Frost & Sullivan研究统计,以2021年出货量计算,南芯半导体的电荷泵充电管理芯片位列全球第一,而其升降压充电管理芯片位列全球第二、国内第一。
南芯半导体电荷泵充电管理芯片与同类产品性能参数对比:
南芯的电荷泵充电管理芯片覆盖2:1、4:1、4:2、6:2等多种架构,能够满足终端设备22.5W-120W功率的充电需求,充电效率高,温升小,无需电感,外围元件简单,并可根据客户需要集成USB PD协议及私有协议。除满足充电功能外,其电荷泵充电管理芯片还支持放电功能,能够提供正向降压、反向升压及直通等多种模式,并且可以搭配无线充电接收端,实现高功率无线充电。目前,南芯的电荷泵充电管理芯片已被荣耀、OPPO、小米、vivo、Moto和传音等各大手机品牌使用。
电池管理芯片(BMIC)是电池管理系统(BMS)的主要部分,BMS还包括电池状态监测和保护、电量计量等功能模块,这需要传感器和ADC等模拟前端(AFE)器件,以及执行处理和计算功能的嵌入式处理器等。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,是控制、辅助系统运行的硬件单元,主要包括嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP 处理器(EDSP),以及嵌入式系统级芯片(SoC)。
电池管理系统(BMS)包括硬件和嵌入式软件,可以实时监测和控制电池的状态,以便为复杂应用提供可靠的电力。电池管理芯片通常以SoC的形式直接在片内处理器中嵌入软件代码,通过软硬件结合,灵活实现对电池状态的监测、计量、控制、通讯等功能,把过去许多需要系统设计实现的功能集中在芯片设计中,从而简化系统设计,提高集成度,降低系统功耗,提高可靠性。南芯半导体正在从充电管理芯片扩展到嵌入式SoC,以进入具有更大发展空间的BMS市场。
功率器件厂商案例分析:华润微电子MOSFET器件
华润微电子的主营业务可分为产品与方案、制造与服务两大业务板块。产品与方案业务采用IDM经营模式,主要包括功率器件事业群和集成电路事业群;制造与服务业务采用Foundry模式,为IC设计公司提供晶圆代工和封装测试服务。
华润微2021年营收为92.49亿元,其中功率器件和IC产品业务营收为43.57亿元,是国内最大的POWER器件供应商。主要POWER产品包括以MOSFET、IGBT为代表的功率半导体产品,以及AC-DC和DC-DC等电源管理芯片等。其中,MOSFET是华润微最主要的产品,包括从-100V至1500V范围内的低、中、高压全系列MOSFET产品。此外,华润微也是目前国内拥有全部主流MOSFET器件结构研发和制造能力的主要企业,生产的器件包括沟槽栅MOS、平面栅VDMOS及超结MOS等。根据Omdia的统计,2021年度华润微在中国MOSFET市场中排名第三,仅次于英飞凌和安森美,是中国本土最大的MOSFET厂商。
华润微主要POWER器件及技术特点如下:
此外,华润微功率器件事业群也开始在第三代化合物半导体器件领域布局。自主研发的新一代SiC JBS器件综合性能达到业界先进水平,已经在充电桩、太阳能逆变器、通信电源等工控领域获得客户端认可;平面型1200V SiC MOSFET进入风险量产阶段,静态技术参数达到国外对标样品水平;第一代650V硅基氮化镓D-mode器件样品静态参数达到国外对标水平,性能与对标样品相当;第一代650V硅基氮化镓E-mode器件性能达标,器件封装开发完成。
30家POWER上市公司综合信息汇总
帝奥微
- 核心技术:LED智能调光技术
- 主要产品:升降压转换器等电源管理器件、运放和驱动器等信号管理器件、照明驱动芯片
- 目标市场:消费类电子、医疗电子、工业电子及智能照明等市场,具体包括5G基站及手机、穿戴式产品、电视、电表、电视、载波通信、物联网和商业照明等。
宏微科技
- 核心技术:第七代微沟槽IGBT M7i技术、基于微沟槽M5i的 650V和1200V快速系列光伏IGBT单管产品;
- 关键产品:以IGBT、FRED为主的功率半导体芯片、单管和模块;
- 主要应用:工业控制(变频器、电焊机、UPS电源等),新能源发电(光伏逆变器和风能变流器)、电动汽车(电控系统、空调系统和充电桩)等应用领域;
- 竞争力:在IGBT、FRED 等功率半导体设计和制造工艺方面积累了领先的技术和和产品优势。
思瑞浦
- 核心技术:基于CMOS工艺设计的全高清视频滤波器技术;基于自主知识产权架构的高压放大器闩锁(Latch Up)。
- 主要产品: 信号链模拟芯片(包括线性产品、转换器产品和接口产品)和电源管理模拟芯片(包括线性稳压器和电源监控产品等)。
- 应用方案: 信息通讯、工业控制、监控安全、医疗健康、仪器仪表和家用电器等。
- 竞争力:立足模拟信号链,扩展电源管理产品线,融入嵌入式处理器,产品布局更加全面。
艾为电子
- 核心技术:数模混合、模拟、射频技术
- 主要产品:音频放大器、LED驱动芯片、电源管理器件、低噪声放大器、RF开关、触控驱动芯片等声、光、电、射、手五大产品线。
- 目标市场:手机、人工智能、物联网、汽车电子、可穿戴和消费类电子等众多领域的智能终端产品。
钰泰半导体
- 核心技术:超低静态电流电源管理、电感式多节锂电池均衡管理、高耐压低功耗线性稳压器、高PSRR 低功耗线性稳压器技术;
- 关键产品:DC/DC、AC/DC、LDO、电池管理、PMU 等电源管理芯片;
- 主要应用:通信设备、工业控制、消费电子等;
- 竞争力:“充电+降压”集成芯片产品和技术具有超低低功耗和高集成度的优势,在TWS耳机充电仓市场很有竞争力。
赛微微电子
- 核心技术:高精度电池计量算法及其实现技术
- 主要产品:电池电量计芯片、电池管理芯片、电池保护芯片、BMS前端采集芯片、USB充电控制芯片等。
- 关键应用:笔记本及平板电脑、智能可穿戴设备、电动工具、充电类产品、轻型电动车辆、智能家电、智能手机、无人机等。
- 竞争力:线性充电芯片获OPPO等耳机厂商的大批量采用。
英集芯
- 核心技术:数模混合SoC集成技术、低功耗多电源管理技术、高精度ADC和电计量技术
- 主要产品:电源管理、快充协议芯片、移动电源芯片、无线充电芯片、电池管理、数模混合SoC
- 关键应用:智能手机、平板、机顶盒、IPC、车载充电等领域。
- 竞争力:电池管理系统级芯片技术和产品。
必易微
- 核心技术:LED照明驱动控制技术、AC-DC适配器控制
- 主要产品:LED照明驱动芯片、AC-DC电源管理芯片、电机驱动控制芯片
- 关键应用:LED照明、消费电子、家电及IoT 电源领域。
美芯晟
- 核心技术:100W无线快充技术,反向无线快充技术、智能照明驱动芯片技术、高压BCD工艺技术
- 主要产品:无线充电接收与发射端芯片、有线快充芯片、全系列LED照明驱动芯片、光电传感芯片等
- 关键应用:5G通信终端、消费电子、可穿戴设备、汽车电子等AIoT应用
- 竞争优势:全功率段无线充电接收与发射芯片产品线,以及全系列LED照明驱动产品线,拥有全面覆盖无线快充电源管理芯片完整产业的核心专利。
明微电子
- 核心技术:SM-PWM技术、LED灰度渐变调节技术
- 主要产品:LED显示驱动、LED照明驱动、LED景观、Mini LED驱动芯片、电源管理器件
- 关键应用:室内外LED显示、LED照明、家电、移动终端等。
力芯微
- 核心技术:精准电流电压检测充电管理技术、复杂多电源系统供电智能切换和管理技术
- 主要产品:电源转换及保护类IC、信号及检测类IC、显示及LED驱动类IC
- 关键应用:消费电子、家用电器、物联网、汽车电子、网络通讯等领域
希荻微
- 核心技术:多模无线充电接收技术、低噪声模数转换技术
- 主要产品:锂电池快充芯片、DC/DC芯片、超级快充芯片、端口保护和信号切换芯片等
- 关键应用:手机、消费电子、汽车电子
- 竞争力:进入华为、MTK和三星供应链
韦尔股份
- 核心技术:CMOS图像传感器、电源管理和模拟器件、触控和显示驱动技术
- 主要产品:CIS、PMIC、射频器件、触控与显示驱动芯片、分立器件
- 关键应用:手机、消费电子、安防、汽车、医疗、物联网、工业、可穿戴设备
- 竞争力:最大的国产IC设计公司,CIS传感器在全球市场拥有领导地位,电源管理和模拟器件占比相对较小。
圣邦微
- 核心技术:低功耗模拟信号链和电源管理技术
- 主要产品:16大系列1400余款型号的高性能模拟IC产品,包括运算放大器、比较器、音/视频放大器、模数/数模转换器、模拟开关、电平转换及接口芯片、小逻辑芯片、LDO、微处理器电源监控芯片、DC/DC转换器、背光及闪光LED驱动、OVP及负载开关、马达驱动、MOSFET驱动、电池保护及充放电管理芯片等。
- 关键应用:通信设备、消费电子、工业控制、物联网智能设备、可穿戴设备
- 竞争优势:完整的模拟信号链和电源管理产品线
芯朋微
- 核心技术:高压工业级电源管理技术
- 主要产品:AC-DC转换器、DC-DC转换器、快充、无线充电、AC-DC工业电源芯片
- 关键应用:家用电器、标准电源、移动数码、工业驱动
- 竞争优势:高低压集成技术平台
晶丰明源
- 核心技术:智能照明驱动芯片技术
- 主要产品:LED照明驱动芯片、电机控制芯片组、AC/DC电源芯片
- 关键应用:LED照明、电机驱动、家电和消费电子
- 竞争力:通过收购南京凌鸥创芯和上海芯飞拓展产品线,在电机驱动和AC/DC电源市场增强竞争力。
富满电子
- 核心技术:Type-C PD控制器、LED照明系统的温度控制
- 主要产品:电源管理、LED控制及驱动、MOSFET、MCU、RFID、射频前端
- 关键应用:消费电子、汽车电子
- 竞争力:拥有封装厂的fabless公司
上海贝岭
- 主要产品:智能计量SoC、电源管理、非挥发存储器、高速高精度ADC、功率半导体
- 核心技术:下一代智能电表计量、5G 通信用数据转换器技术
- 关键应用:电表、手机、液晶电视及平板显示、机顶盒
南芯半导体
- 核心技术:电荷泵技术、buck-boost技术、AMOLED PMIC技术、嵌入式方案
- 主要产品:有线充电、Charge pump、DC-DC、无线充电、AC-DC、快充协议、锂电保护等
- 关键应用:手机充电器、消费电子、移动电源、车载充电器
- 竞争优势:获得智能终端周边充电设备的主导地位。
东微半导体
- 核心技术:在高压超级结技术领域积累了包括优化电荷平衡技术、优化栅极设计及缓变电容核心原胞结构等行业领先的专利技术
- 关键产品:高压超级结以及中低压屏蔽栅MOSFET 产品
- 主要应用:新能源汽车直流充电桩、5G基站电源及通信电源、数据中心服务器电源和工业照明电源等。
- 竞争力:该公司实现大规模销售的主要产品为具有更高技术含量的MOSFET 产品,产品线相对单一,易受市场影响。
芯导科技
- 核心技术:深槽隔离工艺、改进型台面工艺、穿通型 NPN结构工艺 TVS技术平台
- 关键产品:TVS、MOSFET和肖特基等功率器件,以及电源管理芯片
- 主要应用:消费类电子、网络通讯、安防、工业等领域
- 竞争力:该公司的TVS管和ESD保护器件在手机市场占据领先地位。
新洁能
- 核心技术:功率MOSFET设计和工艺技术
- 关键产品:沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET、屏蔽栅功率MOSFET以及IGBT等产品
- 主要应用:消费电子、汽车电子、工业电子以及新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、5G、光伏新能源等领域。
- 竞争力:该公司拥有1500款左右的细分型号产品,是国内半导体功率器件行业中MOSFET产品系列最齐全且技术先进的设计企业之一。
捷捷微电
- 核心技术:晶闸管等半导体分立器件设计和制造技术
- 关键产品:晶闸管器件;防护类器件(包括TVS、放电管、ESD、集成放电管、贴片Y电容、压敏电阻等);二极管器件(包括整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管等);晶体管器件、MOSFET器件、碳化硅器件等。
- 主要应用:消费电子、汽车电子、电子仪器仪表、工业及自动控制、计算机及周边设备、网络通讯、智能穿戴、智能监控、光伏、物联网等
- 竞争力:该公司的功率半导体分立器件采取IDM模式,而MOSFET器件采用Fabless+封测的模式。
斯达半导
- 核心技术:IGBT、快恢复二极管等功率芯片设计技术
- 关键产品:IGBT、快恢复二极管等功率芯片,以及IGBT、MOSFET、SiC等功率模块
- 主要应用:新能源、新能源汽车、电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子等领域。
- 竞争力:该公司在2019年全球IGBT模块市场排名第七。
华润微
- 核心技术:聚焦于功率半导体、智能传感器领域,为客户提供系列化的半导体产品与服务
- 主要产品:MOSFET、IGBT、功率IC、智能传感器、MCU等
- 关键应用:功率器件聚焦三电应用:电池、电源、电机;智能传感器聚焦物联网和大健康领域
- 竞争优势:拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化运营能力的半导体企业,公司产品设计自主、制造过程可控,在分立器件及集成电路领域均已具备较强的产品技术与制造工艺能力,形成了先进的特色工艺和系列化的产品线。华润微拥有一条8英寸专注功率器件晶圆生产线,月产能5.1万片,工艺能力0.18微米,以及一条8英寸特种工艺生产线。目前该公司已启动12英寸晶圆生产线及相关配套封测线建设规划,主要生产MOSFET、IGBT、电源管理芯片等功率半导体产品。
比亚迪半导体
- 核心技术:车规级IGBT和SiC器件的设计、制造和测试
- 主要产品:功率半导体器件、IGBT功率模块、电源管理IC、MCU、CMOS图像传感器、传感及控制IC、音视频处理IC等
- 关键应用:新能源汽车、工业控制、家电
- 竞争优势:国内领先的车规级IGBT器件供应商,半导体器件和电动车系统一体化优势
扬杰科技
- 核心技术:SiC/IGBT/MOSFET/Clip封装和晶圆设计等研发技术平台
- 主要产品:分立器件、整流器件、保护器件、小信号、MOSFET、功率模块、碳化硅等
- 关键应用:电源、家电、照明、安防、网通、消费电子、新能源、工控、汽车电子等多个领域
- 竞争优势:垂直一体化(IDM)半导体厂商
苏州固锝
- 核心技术:专注于半导体整流器、功率二极管、整流桥和IC封装测试
- 主要产品:桥式整流器、二极管、聚合物静电抑制器、MOSFET、汽车整流器等
- 关键应用:电源管理模块、消费电子、汽车电子、工业设备、计算机设备、照明和通讯设备
- 竞争优势:完整的半导体分立器件产品线,MEMS-CMOS三位集成制造平台
吉林华微
- 核心技术:功率半导体器件的设计、终端设计和工艺控制技术
- 主要产品:以IGBT、MOSFET、BJT(双极晶体管)为主的全控型功率器件;以Thyristor(晶体闸流管)为主的半控型功率器件;以肖特基二极管、FRD(快恢复二极管)为主的不可控型功率二极管器件;IPM(功率模块);TVS(瞬态抑制二极管)、Zener(齐纳二极管)、TSS(半导体放电管)等半导体保护器件
- 关键应用:新能源汽车、光伏、变频、工业控制、消费类电子等领域
- 竞争优势:完整的功率半导体晶圆生产线
士兰微
- 核心技术:高压BCD、超薄片槽栅IGBT、超结高压MOSFET、高密度沟槽栅MOSFET、快恢复二极管、MEMS传感器等工艺的研发,形成了比较完整的特色工艺制造平台;
- 主要产品:电源与功率驱动产品线、MCU产品线、数字音视频产品线、射频与混合信号产品线、分立器件产品线等;
- 关键应用:消费电子、工业控制、汽车电子、家电;
- 竞争优势:士兰微电子经过二十多年的发展,坚持走“设计制造一体化(IDM)”道路,打通了“芯片设计、芯片制造、芯片封装”全产业链,实现了“从5吋到12吋”的跨越,在功率半导体(功率IC、功率器件和功率模块)、MEMS传感器、光电产品和高端LED芯片等领域构筑了核心竞争力,已成为目前国内最主要的IDM公司之一。