有色金属行业深度研究：磁材系列深度（二），高频高功率迭代推动磁元件与磁粉芯爆发式增长

核心逻辑 高频、高功率趋势下对软磁材料要求高电阻率、高功率、高饱和磁通密度和低能耗。第三代半导体材料具有禁 带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等性能，应用于新能源车、服务器电源、数据中心等诸多领域。SiC器件拥有更小的尺寸和更低的开关频率损耗，整体实现高频化、高功率密度的发展趋势，同时对配套的磁性元件也要求向高频化、高功率、微型化、节能化的方向发展。软磁磁芯是决定磁性元件性能的关键上游材料，因此对软磁材料的选择要求高电阻率、高功率、高饱和磁通密度和低能耗。 金属磁粉芯是高频、高功率趋势下的最契合软磁材料。目前软磁材料根据性能和使用功能不同，主要分为硅钢 片、软磁铁氧体、合金粉芯、非晶纳米晶几大类。软磁复合材料（金属磁粉芯）通过在基体铁磁性颗粒表面包覆至少一层绝缘层来达到增加电阻率，减少涡流损耗，综合了铁氧体软磁和传统金属软磁特性，同时具有损耗低、磁导率高、饱和磁感强度高、电阻率高、优良的磁和热各向同性、工作频率范围较宽等特点，为磁性器件的小型化、智能化、高集成化、节能化提供了可能，更加契合第三代半导体下的应用场景。 新能源车、充电桩、光伏储能等场景带动磁元件与磁粉芯市场规模不断扩张。磁性元件在新能源车中主要用于 OBC、DC-DC转换器、逆变器、电驱&电控、BMS等场景，预计25年磁性元件市场规模304亿元，CAGR为49%，磁粉芯市场规模30亿元。磁性元件在充电桩主要用于充电器的高频PFC电感等，起储能、滤波作用，快充直流充电桩较传统交流充电桩对磁性元件的需求量更大，预计25年磁性元件市场规模147亿元，CAGR为46%，磁粉芯市场规模15亿元。磁性元件是光伏储能核心部件逆变器的重要组成部分，用于Boost升压电感和逆变电感等。组串式占比提升带动磁粉芯渗透率逐年提升，预计25年磁性元件市场规模131亿元，CAGR为32%，磁粉芯市场规模35亿元。 AI算力需求下芯片电感用金属磁粉芯渗透率提升。金属磁粉芯更加顺应消费电子电感高频化、片式化、微型化 的发展趋势。芯片电感为芯片前端供电，广泛应用于通讯电源、GPU、FPGA、电源模组等领域。GPU供电在满载功率下高电流导致外围元件损耗占比较大，磁粉芯相比铁氧体制成的芯片电感体积更小，适应大电流趋势，降低铜损，提高工作效率。由于GPU数量的增加，AI服务器相较普通服务器芯片电感价值量多60%-220%。根据Trendforce预测，23年AI服务器出货量近120万台，同增38.4%，占整体服务器出货量近9%。预计25年全球服务器芯片电感市场规模18.1亿元。随着AI服务器在整体服务器中占比持续提升，芯片电感市场规模将快速增长。 磁性元件加速国产替代，磁粉芯技术壁垒高筑。国内磁性元件企业在光伏领域依靠逆变器产业链本土优势已基 本实现国产替代，车用磁性元件高端产品仍以海外企业胜美达、TDK、太阳诱电为主导，车用普通品和充电桩用磁性元件目前被国内企业可立克、海光电子、京泉华等本土企业逐步渗透。磁粉芯制造工艺复杂，客户认证程序繁琐，具有较高的技术门槛和市场壁垒，竞争格局较为集中，且定制化需求下产业链协同效应凸显，磁粉芯企业若同时具备向上磁粉制备、包覆和向下磁元件设计能力，竞争优势将更加显著。国内企业铂科新材整合了磁性材料产业链从磁粉到电感元件的研发、生产和销售环节，而对于专注于粉末材料或电感设计的企业向磁粉芯环节扩展则难度较大。 投资建议&投资标的 金属磁粉芯磁导率高、饱和磁感强度高、电阻率高等优点，是高频、高功率半导体器件趋势下的发展最快速的软磁材料，跟随下游磁性元件在光储、新能源车、充电桩、高端消费电子等领域市场规模不断扩张，AI算力需求下芯片电感用磁粉芯渗透率提升。建议关注磁性元件产业链企业铂科新材、龙磁科技、可立克（电子组覆盖）等。 风险提示 行业竞争加剧的风险；原材料价格波动风险；下游行业景气度不及预期风险。 内容目录 一、高功率、高频化趋势下对磁性元件和软磁材料的要求4 1.1第三代半导体功率器件呈现高频、高功率发展趋势4 1.2对应磁性元件和软磁材料要求高电阻率、高功率、微型化、节能化5 二、金属磁粉芯是高频、高功率趋势下的最佳软磁材料6 2.1磁性元件上游关键材料，软磁产品不断迭代6 2.2综合传统金属软磁与铁氧体软磁优势，契合高频高功率应用场景9 三、新能源领域需求高增长，AI算力带来新增量11 3.1新能源车、充电桩、光储带动磁性元件与磁粉芯市场规模快速增长11 3.2AI算力需求下芯片电感用磁粉芯渗透率提升14 3.3磁性元件加速国产替代，磁粉芯技术壁垒高筑16 四、投资建议&投资标的17 4.1投资建议17 4.2投资标的18 五、风险提示22 图表目录 图表1：SiC基MOSFET尺寸为Si基MOSFET的1/104 图表2：SiC基MOSFET损耗较Si基IGBT降低70%4 图表3：半导体材料发展与应用场景变化4 图表4：半导体器件发展趋势高频化、高功率化4 图表5：预计2027年全球碳化硅市场规模62.97亿美元5 图表6：磁性元器件主要分为电感器和变压器5 图表7：磁性元器件产业链6 图表8：磁性元器件中软磁磁芯分类与应用场景7 图表9：软磁材料主要性能指标7 图表10：软磁材料发展历史8 图表11：软磁材料磁性能应用范围8 图表12：软磁材料性能指标对比8 图表13：铂科新材磁粉芯产品不断迭代升级9 图表14：金属磁粉芯为多相系统结构9 图表15：软磁粉体制备工艺10 图表16：金属磁粉芯生产流程10 图表17：新能源车磁性元器件应用领域11 图表18：全球新能源车磁性元件与金属磁粉芯市场规模测算12 图表19：国内充电桩支持政策12 图表20：充电桩磁性元器件应用领域13 图表21：全球充电桩磁性元件与金属磁粉芯市场规模测算13 图表22：光伏储能磁性元器件应用领域14 图表23：全球光储磁性元件与金属磁粉芯市场规模测算14 图表24：电感在UPS中的应用15 图表25：电感在APF中的应用15 图表26：一体成型电感15 图表27：芯片电感15 图表28：全球服务器用芯片电感市场规模测算15 图表29：全球电子变压器市场竞争格局16 图表30：全球电感器市场竞争格局16 图表31：2022年全球金属磁粉芯行业竞争格局16 图表32：铂科新材与下游和终端企业协同发展模式17 图表33：国内主要金属软磁粉芯生产商扩产计划17 图表34：重点公司盈利预测、估值与评级17 图表35：铂科新材营收结构（百万元）18 图表36：铂科新材归母净利润（百万元）与增速（%）18 图表37：铂科新材金属磁粉芯产销情况（吨）18 图表38：铂科新材芯片电感产品19 图表39：东睦股份营收结构（百万元）19 图表40：东睦股份归母净利润（百万元）与增速（%）19 图表41：东睦股份软磁粉芯产销量（吨）20 图表42：龙磁科技营收结构（亿元）20 图表43：龙磁科技归母净利润（亿元）与增速（%）20 图表44：公司软磁项目建设情况20 图表45：可立克营收结构（亿元）21 图表46：可立克扣非归母净利润（亿元）与增速（%）21 图表47：顺络电子营收结构（亿元）22 图表48：顺络电子归母净利润（亿元）与增速（%）22 一、高功率、高频化趋势下对磁性元件和软磁材料的要求 1.1第三代半导体功率器件呈现高频、高功率发展趋势 大功率、高密度快充电源逐渐成为市场主要发展趋势，以硅材料为基础的各种电力电子器件逐渐接近其理论极限值，难以在高压、高温、高频等特定环境使用。目前以氮化镓 （GaN）、碳化硅（SiC）等为代表的第三代宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能，显示出比传统功率器件更优异的特性，正以高速增长趋势被应用于光伏逆变器、新能源汽车、充电桩、储能、服务器电源、数据中心、5G基站等诸多领域。 SiC器件拥有更小的尺寸和更低的开关频率损耗。相同规格的SiC基MOSFET与Si基MOSFET相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的1/100。根据功率密度公式，更小的尺寸更有利于实现高频化，进一步实现高功率密度。另外，相同规格的SiC基MOSFET较Si基IGBT的总能量损耗可大大降低70%。 图表1：SiC基MOSFET尺寸为Si基MOSFET的1/10图表2：SiC基MOSFET损耗较Si基IGBT降低70% 来源：科锐公司官网，国金证券研究所来源：应用材料官网，国金证券研究所 对于大部分IGBT模块，在光伏、新能源车、充电桩领域的开关频率很多在100khz的水平，当三代半导体开始使用后，开关频率将提升至几百khz甚至兆赫兹的水平，且电压升高、功率密度提升，可以耐受更高的温度。目前受限制的是碳化硅成本还较高，但SiCMOSFET在诸多行业中的顺利推广应用，其背后驱动力也基本都是广义上的成本，即采用此类型器件之后，在系统层面带来的经济效益会超出增加的采购成本。Yole预计碳化硅功率器件市场规模将由21年10.9亿美元增长至27年62.97亿美元，复合增长率达34%。未来碳化硅市场空间逐步扩大，IGBT向宽禁带半导体发展是必然的趋势。 图表3：半导体材料发展与应用场景变化图表4：半导体器件发展趋势高频化、高功率化 来源：《2021年全球半导体产业研究报告》，国金证券研究所来源：英飞凌官网，国金证券研究所 图表5：预计2027年全球碳化硅市场规模62.97亿美元 来源：Yole，国金证券研究所 1.2对应磁性元件和软磁材料要求高电阻率、高功率、微型化、节能化 半导体功率器件的发展是随着半导体材料的第一代、第二代、第三代禁带宽度的逐渐打开以及功率密度的提高决定的，同时对配套的磁性元器件也提出了更高的性能要求。目前半导体器件在于成本端的考量，实际上限制电源性能的，是配套的磁性元器件技术的进步，滞后于半导体器件的发展。 磁性元器件是利用电磁感应原理，将电能和磁能相互转换，从而达到能量转换、传输的电子元器件，主要分为变压器和电感器两大类。变压器是实现电能变换或把电能从一个电路传递到另一个电路的静止电磁装置。电感器将电能转化为磁能而存储起来，主要功能为通直流阻交流，对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。 图表6：磁性元器件主要分为电感器和变压器 来源：CSDN，国金证券研究所 磁性元器件随着半导体功率器件的发展和技术的进步，向高频化、高功率、微型化、节能化的方向发展： 1）高频化：开关频率的提升； 2）高功率：电压升高带来功率密度的提升； 3）微型化：开关频率、功率密度的提升对体积和重量要求减小； 4）节能化：能耗降低，转化效率提高。 磁性元器件的组成主要由磁芯材料加上外面的绕组（铜、铝），性能的决定因素是内部的磁芯材料，由软磁材料制成。磁性元器件高频化、高功率、微型化、节能化的发展趋势下，对软磁磁芯的要求： 1）高电阻率：高频化下的涡流损耗要大幅降低，即要求高电阻率； 2）高功率：大功率密度要求材料要抗饱和，要求好的直流偏置的性能； 3）高饱和磁通密度：器件的微型化要求磁芯尺寸小，意味着单位体积内磁矩多； 4）低能耗：高效节能要求材料能耗较低。 图表7：磁性元器件产业链 来源：京泉华招股说明书，国金证券研究所 二、金属磁粉芯是高频、高功率趋势下的最佳软磁材料 2.1磁性元件上游关键材料，软磁产品不断迭代 软磁材料是指矫顽力较小，容易磁化，也容易退磁的一类磁性材料，具有磁滞损耗小、磁导率高、饱和磁感应强度高等特点。作为磁性元器件的磁芯，软磁材料要向高电阻率、高功率、高饱和磁通密度、低能耗方向发展。根据性能和使用功能不同，软磁磁芯主要分为硅钢片、软磁铁氧体、合金粉芯、非晶纳米晶几大类。 图表8：磁性元器件中软磁磁芯分类与应用场景 来源：CSDN，国金证券研究所 评判软磁材料性能好坏的主要磁参数有磁导率、饱和磁化强度、磁损耗等。高的饱和磁化强度有利于得到高的初始磁导率，磁导率高使得软磁材