1. 被动元件是电子电路产业的基石

1.1. RCL是用量最多的被动元件

被动元件最初是中国台湾电子行业对某些电子元器件的叫法,区别于主动元件;而此前中国大陆则称无源器件和有源器件。被动元件内部不需要电源驱动,其本身不消耗电能,只需输入信号就可以做出放大、震荡、计算等响应,无需外部激励单元。被动元件主要分为 RCL 以及射频元器件两大类,其中 RCL 约占被动元件总产值的90%。电阻普遍用于分压、分流,滤波和阻抗匹配;电容的主要功能是旁路,去藕,滤波和储能;电感的主要用途是滤波,稳流和抗电磁干扰。 据ECIA统计,2019年全球RCL合计市场规模277亿美元,出货量54万只,其中电容、电感、电阻的产值分别占73%、10%和17%。

被动元件产业链上游为各类电子材料,行业技术经验性强,规模效应明显,壁垒较高,全球市场份额集中于美国、日本和中国台湾的部分厂商,国产替代空间较大。产业链中游为被动元件,全球市场集中度较高,目前由日本、韩国、美国企业主导。而国内被动元件企业主要布局在低端市场,且规模较小,产业转移仍处于初级阶段,有较大成长空间。产业链下游为终端电子,应用领域广泛,包括消费电子、通信、汽车电子、工业、医疗设备、航天等。

1.2. 电容器在电路中起到滤波和去耦等作用

两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质,这就构成了电容器。电容器有两大基本性质,一是储存电荷,二是不使直流电流通过,而使交流电流通过。这种特点以各种形式被应用在日常使用的电子产品的电路中,发挥着重要作用。在电路中,电容器可以起到蓄电、平滑、耦合和去耦四种作用。蓄电是指利用储存的电荷,平滑即使电压变动变得平滑,而耦合能够阻断直流电流仅让信号成分(交流电流通过),去耦则能对频率高的噪声成分起到旁路作用。

电容器主要有钽电解电容、铝电解电容、陶瓷电容器和薄膜电容器四种类型,分别占比7%、32%、53%、8%。四种不同类型的电容有着不同的特点:陶瓷电容小型化优势明显,尤其适用于消费电子设备,其电容量比较小,适用于高频领域;电解电容容量比较大,适用于低频领域;薄膜电容的电容量介于前两者之间,突出的优点是耐高压,可靠性好。

1.3. 电阻器是应用广泛的限流元件

电阻器是一个限流元件,接在电路中后可限制通过它所连支路的电流大小。电阻根据结构形式分为引线电阻和片式电阻,其中引线电阻按照原材料和工艺细分为绕线电阻、碳合成电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化物膜电阻,片式电阻按照工艺分为厚膜电阻和薄膜电阻;根据阻值是否可以变化分为固定电阻和可变电阻,其中可变电阻包括手动调节阻值的电位器,以及阻值根据物理条件变化的热敏电阻、压敏电阻等。电阻在电路中起到限流和分压的作用,广泛应用于通讯、计算机、汽车电子、家电消费类等整机制造领域,是各类电子制造业生产中不可缺少且使用量较大的电子元件。在通用型领域,厚膜电阻由于价格便宜、阻值范围宽、稳定性和可靠性好而应用最多;在精密型领域,薄膜电阻中的金属箔电阻将凭借最佳的温度稳定性成为核心发展方向。

1.4. 电感在电路中用于稳流

电感器是线圈的别名,由电线一圈圈缠绕而成。在线圈内通入电流后会像磁石一样产生磁力线,插入磁芯则产生大量磁力线,这是因为磁芯上存在聚集磁力线的能力,这种生产磁力线的能力值称为电感。电感器在电路中的作用主要有两个:一是整理信号,除去干扰信号,只让需要的信号通过;二是积蓄电能,线圈内流动的电流产生磁场,该磁场再产生电流,通过这种方式线圈可以将电能积蓄为磁能。

根据工艺结构不同,电感可分为绕线型、叠层型、薄膜型和一体成型电感。

根据用途,可以将电感分为高频电感和功率电感。高频电感主要用途包括:(1)耦合:消除失谐阻抗,将反射、损失降至最小,一般用于天线、IF部等零件的线路中;(2)共振:保持必要的频率,一般用于合成器及振荡回路中;(3)扼流:扼制高频成分等AC电流,一般用RF、IF部的能动部件的电源线路中。功率电感主要用途是(1)变化电压:积蓄与释放直流能量;(2)扼流:对高频AC电流进行阻流;一般用于DC-DC转换电路中。

2. 被动元件需求量增加并向小型化和高品质发展

2.1. 5G手机功能多元化带动被动元件用量增长、以及小型化和高容化需求

智能手机功能的复杂化、多元化及其对5G的支持将使得被动元件单机用量快速增加。随着智能手机产品功能的复杂化、多元化,终端设备需要更多的被动元件来进行稳压、稳流、滤杂波,以保障正常运作;同时,更快的连接和更强大的处理能力也需要更多的被动元件。根据Skyworks预测,5G技术将较4G新增50个频段,总频段数量将达到91个,要求终端通讯设备支持的频段数随之增长。同时,5G传输速率较4G时提升了1-2个数量级,因此5G手机的射频设计更复杂,滤波器、功率放大器等射频前端器件用量提升,带动被动元件用量提升。

根据中国产业信息网的数据,2G、3G、4G和5G手机中单机MLCC用量约为166颗、450颗、700颗和1000颗。像iPhone等旗舰机型MLCC用量更大,iPhone 4S单机MLCC需求量约为500颗,iPhone 6单机MLCC需求量约为800颗,而iPhone X单机MLCC需求量为1100颗。根据中国电子元件行业协会数据,2G、3G、4G手机单机电感用量约为20-30颗、40-80颗、90-110颗,我们预计5G手机单机电感用量约为120-200颗。其中功率电感用量约为20-40颗,较4G手机增长30%-50%;射频电感用量约为120颗-160颗,较4G手机增长约一倍。晶片电阻单机用量由 iPhone7 的 200-300个,增加到了iPhone8的300-400个。

随着消费电子日益轻薄化,要在体积日渐缩小的手机机身中植入更多电子元件,要求元件向小型化发展。根据Murata和Rohm的数据,近年0201英寸的元件占比不断上升并逐渐替代0402英寸成为主流,未来将向更小尺寸的01005和008004英寸发展。

为匹配终端不断增加的功能,电池容量增长,充电功率提高,要求电容向着大容量和高耐压性趋势发展。根据Murata的预测,高端智能手机静电容量预计由2015年的2000μF增长到2023年的4000μF,CAGR达9.05%;中等智能手机静电容量预计由2015年的1000μF增长到2023年的2000μF,CAGR达9.05%。部分电子回路通过使用大容量规格以减少MLCC的数量,MLCC容量与体积比逐渐提升以满足下游终端的需求。根据Murata披露的数据,MLCC容量体积比由1996年的1μF/立方毫米增加到2020年的40μF/立方毫米。

此外,随着手机电池容量增加,快速充电器渗透率也不断提升。根据BCC Research的数据,2017年全球快速充电器市场规模为17.27亿美元,在有线充电器中占比20%;预测2022年市场规模将达到27.43亿美元,占比提升至24%。铝电解电容广泛应用于快充插头中,快充技术对充电电压和电流的提升驱动铝电容向大容量和高耐压性发展。对比华为22.5W、40W、65W充电器使用的铝电容规格,可以看出当充电功率提高时所需的电容容量和额定电压也随之提升。

2.2. 新能源汽车驱动电容向小型化和高可靠性发展

现代汽车对功能与安全性的需求将带动MLCC用量增加,驱动车载MLCC向大容量、小型化、低电感特性、高可靠性和高耐压性发展。据Murata统计,目前一辆汽车的MLCC用量约为3000-5000个,而搭载了等级2+自动驾驶功能的电动汽车单车MLCC用量可超过10000个,滤波器用量约为450个,电感用量约为700个。

“Connectivity”(联网)趋势下,汽车将借助5G通信技术与其周围的人、其他车辆、交通基础设施等连接起来,需要高品质、高可靠性的MLCC来实现相应功能。 “Autonomous”(自动化)趋势下,由于需要对配置在汽车各个部位的多种传感器收集到的大量数据进行处理,汽车搭载的高性能CPU和FPGA将比以往使用的ECU消耗更多电力,因此需要MLCC向大容量化和使用数量增加的方向发展。 “Sharing and Service”(共享与服务)趋势下,汽车每日工作时间将由4小时可能延长至最大24小时,这对MLCC提出了更高的可靠性要求。 “Electric”(电动化)趋势下,对续航能力的需求促使汽车电池容量扩大,需要发展高压化的充电技术以控制充电时间,目前部分高级车已经实际配置800V电池,要求电容的耐压性与之适配。

同时,汽车有限的体积要求MLCC小型化,目前0402英寸的MLCC已经超越0603英寸占据了主要地位,未来更小型的0201英寸占比将不断增加。

铝电解电容和薄膜电容广泛应用于汽车中,新能源汽车的发展驱动电容需求量增加。铝电解电容主要应用于车载充电器(OBC)、车载导航、车载音响、AC逆变器、电池管理系统(BMS)、电动门窗、电动座椅等。与铝电解电容相比,薄膜电容具有无极性、频率响应广、稳定性好、抗脉冲能力强、耐高压等优势,逐步取代电解电容成为新能源汽车支流支撑电容首选。目前薄膜电容主要在汽车驱动系统及OBC内部的DC/DC转换器中用作直流支撑(DC-Link)电容,以及在电机控制器中用作IGBT吸收保护电容,通过薄膜电容的平滑和滤波后,输出到电路后级的电流更加稳定,对设备整体的稳定性和性能提供了保障。

2.3. 5G基站驱动MLCC向高品质和高可靠性发展

5G的高密集组网以及全频谱接入将带来基站数量的增加和基站复杂度的提升,未来5G基站对MLCC的需求将大幅提升。5G由于频点高,信号穿透力差,将需要搭建大量的5G 宏基站、毫米波微基站、sub-6 微基站。VENKEL提供的数据显示,4G基站MLCC用量为3750 颗,而5G基站的用量则大幅提升为为15000颗。5G基站应用环境苛刻,要求MLCC向高品质和高可靠性发展。从单个宏基站MLCC需求看,5G基站对于MLCC需求主要来自基带处理单元(BBU)和有源天线处理单元(AAU),其中BBU需要高容值电容,AAU有大量大功率高Q值电容的需求。此外,5G 需要加载更多更高的频段,基站内电路将变得更复杂,对MLCC可靠性的要求也会变得更高。

2.4. 光伏发电驱动电容需求量增加、可靠性提升

光伏新增装机容量增长,直接带来光伏逆变器需求持续放量,成长前景广阔。成本下降叠加碳排放目标压力,光伏发电新增装机数量增长。根据IRENA的数据,全球光伏新增装机量由2011年的31.75GW增加至2019年的97.08GW,年复合增速为15%,2019年全球光伏累计装机容量达580.16GW。EPIA预测,在乐观、保守和悲观情景下,2024年全球光伏新增装机容量分别对应255GW、200GW和129GW,2019年-2024年均新增装机容量复合增速分别为21.31%、15.57%和5.78%,2024年预计累计装机容量对应可达1678GW、1512GW和1178GW。储能成本的持续下降和光伏发电的消纳需求使得“光伏+储能”成为未来发展趋势。IHS数据显示,全球储能逆变器市场规模由2015年的0.9GW增加到2019年的9.8GW,CAGR为81.65%。

光伏逆变器驱动电容向高耐压、高耐纹波能力和长寿命发展,电解电容和薄膜电容需求共存。为保证极端环境下的使用寿命,光伏逆变器对电容品质提出了较高要求:(1)光伏电池组将转化后的交流电直接并入高压电网中,输出电压可达到900V,要求电容器提高工作电压以减少串联数量;(2)要求电容器提高耐纹波能力以减少并联数量,提高可靠性;(3)光伏电池板的使用寿命长达25年,要求电容器使用寿命提高。铝电解电容和薄膜电容在光伏逆变器中作为母线支撑电容,用于实现输入输出功率的解耦。

铝电解电容主要优势在于:(1)电容单体容量大,(2)价格低体积小,但问题是(1)容易发生漏液问题,(2)寿命不如薄膜电容。薄膜电容的优势是(1)耐压值高,能承受2倍于额定电压的浪涌电压的冲击,能长期承受反向脉冲电压,(2)寿命长,具备自愈效应;缺点是(1)容值低于电解电容,(2)价格高体积大。 因此,目前集中式光伏逆变器中采用全薄膜电容设计,而组串式光伏逆变器采用薄膜电容和铝电解电容混合设计或者铝电解电容设计。

3. 海外厂商主导市场,国产替代空间广阔

3.1. 被动元件行业集中度高,多为日韩台主导

被动元件市场整体集中度较高,且由海外厂商主导。日本、美国、韩国及中国台湾厂商具有技术优势和规模优势,占据垄断地位。例如,在MLCC领域,日系龙头厂商村田占据30%的市场份额,韩系龙头厂商三星电机占据20%的市场份额;在铝电解电容领域,日系3CON(Nippon Chemicon、Nichicon、Rubycon)合计占据50%的市场份额;在电阻领域,台系国巨占据34%的份额。而中国大陆被动元件厂商目前规模较小,且多集中于中低端产品,只在少数领域具有优势。例如,在电感领域,顺络电子以7%的市占率位居第五。

3.2. 贸易战、疫情加速国产替代进程

海外大厂进行产能调整,逐渐退出中低端市场,主攻高端产品。常规型产品价格竞争激烈,海外厂商生产成本高,利润远低于中国大陆厂商。近年来海外企业专注于附加值较高的高性能产品,向高端制造、汽车电子等市场收缩。

在MLCC领域,自2016年下半年开始,村田、TDK等厂商转向深耕小尺寸、高容MLCC,计划性逐步停产中低阶应用的中高容MLCC 产品,释出规模达20%的标准型MLCC 产能。 在电解电容领域,铝电容大厂Rubycon于2017年第3季度退出利润低下的光伏、充电桩等领域,其他日厂则将中低端业务从日本转移到中国大陆,本土主营业务转向技术含量更高的小型化、低阻抗、耐高温、大纹波电流的高端铝电解电容市场。 在电感领域,2019年12月,村田宣布关闭旗下两家生产电感器的在华全资子公司华建电子和华钜科技,主要原因系近年来智能手机市场等主要市场的需求呈现多样化、开发周期缩短、与海外制造商的竞争加剧,导致华建电子和华钜科技出现了对生产品类的需求急剧减少、价格竞争加剧等情况,经营困难。

下游需求端逐步往国内转移,疫情加速被动元件产业链转移趋势。从需求端来看,以手机为代表的国产品牌正在逐步崛起,这也就对上游元器件就近配套产生诉求;另一方面,从供应端来看,近几年海外被动元件厂商扩产速度较慢,另外前后反复的新冠疫情让海外被动元件厂商的工厂受到较大冲击,而产线稼动率的恢复也需要时间,所以可以看到订单往国内转移趋势非常明显。

我们认为即使以后疫情好转,这些回流国内的订单也很难转移:(1)国内厂商在常规品布局已久,产品工艺技术成熟,部分高规格产品有望陆续突破;(2)国内被动元件厂商产品具备性价比;(3)国内被动元件厂商可以提供更优质的配套服务。因此,我们认为近两年被动元件厂商积极扩产产能,话语权和市占率有望提升。

4. 景气度进入上行周期,交期拉长,价格具备向上弹性

整体来看,5G手机、新能车、光伏等需求拉动被动元件需求,加之疫情影响厂商产能,被动元件行业开始出现供需紧张。根据ECIA披露的数据,我们可以看到被动元件的平均货期从此前的12周拉长至15周以上。

手机、车用需求旺盛导致供需失衡,MLCC厂商货期延长、调涨报价。手机:受益于苹果手机需求旺盛,小型电容(01005)率先涨价,此外高容MLCC也随着5G手机出货量需求优于预期而出现价格上涨;MLCC龙头村田位于日本的工厂反复出现集体感染时间,停工次数较多影响供给。车规:需求侧来看,去年下半年车市复苏叠加新能源车逐步起量带动车用MLCC需求增长,供给侧来看,美系AVX位于马来西亚的产线稼动率反复受到疫情因素影响,供需持续偏紧,价格走扬。

原材料成本上涨、新能车、光伏需求旺盛叠加东南亚产能影响幅度大,铝电解电容大厂相继涨价。3月起,由于(1)原材料铝缺货、涨价,(2)电镀制程往往需要在电费较低的国家进行,此项运输费用由于疫情影响暴涨三倍,(3)下游新能源汽车、光伏、挖矿机、显卡等需求持续景气,各大铝电容大厂相继宣布调涨售价。5月底,由于马来西亚疫情爆发,在当地设厂的日系厂商产能受到较大影响,例如在佳美工在当地的工厂只能维60%的人力运作,估计影响产能2-3成。直到7月底,疫情依旧反复,佳美工复工日期一拖再拖,尼吉康也因材料和成品运输问题影响供货量,日系铝电容三大厂已经重新调整7月宣布的涨价幅度,由9%-12%提升至10%-15%。

供给侧紧张叠加上游原材料涨价为电阻涨价的核心因素。去年年底全球第二大芯片电阻厂厚声发生分家事件,致使月产能减少50%(对应300亿只月产能);另外,被动元件大厂华新科产能重镇广东东莞大朗厂于今年1月失火进一步加剧供给紧张;而 5G手机、汽车电子等下游终端市场景气度回升带动电阻需求增长,电阻行业出现全面性的供需紧俏。此外,包括陶瓷基板、油墨、贵金属在内的上游原材料价格全面起涨(例如全球第一大陶瓷基板厂商三环集团于2月1日调涨全尺寸陶瓷基板价格10-15%)亦推动了今年的Q1的涨价潮。而随后5月底开始的马来西亚疫情又进一步加剧供给侧的紧缩(影响全球约10%的电阻产能)。根据ECIA的数据,电阻货期已经由2020年底的16周上升至2021年6月份的20周。

铜线涨价叠加下游需求增长,电感交期延长并打破价格稳定。电感客制化程度高,价格上不易有调整的空间。今年来在5G和车用等需求拉动以及原材料涨价(上游铜线厂益利素勒和东莞荣星电子于今年2月相继调涨加工费10%,新价格于3月1日生效)的情况下,东南亚疫情大爆发亦影响包括村田、太阳诱电的海外产能,电感供需失衡。根据6月份披露的新闻来看,村田和TDK已经不接低毛利率产品,顺络调涨价格10%-30%,台系奇力新等首次取消过往每季1%-3%的价格折让。

5.风险提示

需求不及预期、竞争加剧、扩产进度不及预期