隨著智能化浪潮加速，汽車行業(yè)有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)變革升級，加速步入萬物互聯(lián)+萬物智聯(lián)的新時代。當前消費電子已先一步步入智能時代，而汽車行業(yè)正面臨著智能化產(chǎn)業(yè)升級，整體過程可以類比功能機到智能機。疊加政策端碳中和推動，電動化浪潮迭起，看好新能源汽車在智能化+電動化驅(qū)動下加速起量。

汽車芯片從應用環(huán)節(jié)可以分為5類：主控芯片、存儲芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器芯片等，其中功率芯片價值量增加幅度最大。

而新能源汽車相比傳統(tǒng)燃油車，新能源車中的功率半導體價值量提升幅度更大，按照傳統(tǒng)燃油車半導體價值量417美元計算，功率半導體單車價值量達到87.6美元，按照FHEV、PHEV、BEV單車半導體價值量834美元計算，功率半導體單車價值量達到458.7美元，價值量增加四倍多。功率半導體中，IGBT和SiC表現(xiàn)極為強勢，被一眾芯片廠商所看好。

IGBT：決定電動車核心性能，乘新能源汽車之風揚帆起航

汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化發(fā)展趨勢中帶動汽車半導體需求大幅度增長，IGBT應用于新能源的電壓轉(zhuǎn)換，例如：汽車動力系統(tǒng)、光伏逆變器等，IGBT功率模塊均是逆變器的核心功率器件，在電動車動力系統(tǒng)半導體價值量中占比52%。IGBT透過控制開關控制改變電壓具備耐壓的特性被各類下游市場廣泛使用，此外由于IGBT工藝與設計難度高，海外企業(yè)憑借多年的積累占據(jù)較大的市場份額；國內(nèi)廠商近年來通過積極投入研發(fā)成功在國內(nèi)新能源汽車用IGBT模塊市場中占取到了一定份額，但仍有很大的替代空間。

IGBT不僅是國產(chǎn)功率半導體企業(yè)的布局重心，也是車廠與半導體大廠強強聯(lián)手的破局點。

華潤微部分MOSFET和IGBT產(chǎn)品已進入整車應用，實現(xiàn)銷售貢獻，公司2021年IGBT業(yè)務增速超70%。廣汽集團子公司與株洲中車時代合資設立青藍半導體，圍繞新能源汽車IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）領域開展自主技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用。項目、投資總額4.63億元人民幣，一期規(guī)劃產(chǎn)能年產(chǎn)30萬只汽車IGBT模塊，計劃2023年投產(chǎn)；二期規(guī)劃產(chǎn)能年產(chǎn)30萬只汽車IGBT模塊，計劃2025年投產(chǎn)。項目全部建成后，可實現(xiàn)年產(chǎn)60萬只汽車IGBT模塊的總產(chǎn)能，利于打開雙方在新能源汽車IGBT領域的發(fā)展局面。

IGBT被應用于汽車的多個零部件中，是核心器件之一。IGBT是決定電動車性能的核心器件之一，主要應用于電池管理系統(tǒng)、電動控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等，主要功能在于在逆變器中將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動三相電機的交流電；在車載充電機（OBC）中將交流電轉(zhuǎn)換為直流并為高壓電池充電；用于DC/DC轉(zhuǎn)換器、溫度PTC、水泵、油泵、空調(diào)壓縮機等系統(tǒng)中。

車規(guī)級IGBT對產(chǎn)品性能要求要高于工控與消費類IGBT。作為汽車電氣化變革的關鍵制程，IGBT產(chǎn)品在智能汽車中具有不可替代的作用。由于汽車電子本身使用環(huán)境較為復雜，一旦失效可能引發(fā)嚴重后果，所以市場對于車規(guī)級IGBT產(chǎn)品的要求要高于工控類與消費類IGBT產(chǎn)品。相比工控與消費類IGBT，車規(guī)級IGBT對于溫度的覆蓋要求更高、對出錯率的容忍度更低、且要求使用時間也更長。

車規(guī)級IGBT在汽車產(chǎn)業(yè)鏈處于中游位置，車規(guī)認證是其壁壘之一。IGBT廠商在汽車產(chǎn)業(yè)鏈中處于中游位置，其上游包括材料供應商、設備供應商以及代工廠，例如日本信越、晶瑞股份、晶盛機電、日立科技、高塔、華虹等；其下游包括Tier 1廠商以及整車廠。在車載IGBT產(chǎn)業(yè)鏈中，認證壁壘是IGBT廠商進入車載市場的壁壘之一。

IGBT廠商進入車載市場需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級認證，認證時長約為12~18個月，且在通過認證門檻后，IGBT廠商還需與汽車廠商或Tier 1供應商進行市場約2~3年的車型導入測試驗證。在測試驗證完成后，汽車廠商也往往不會立即切換，而是要求供應商以二供或者三供的身份供貨，再逐步提高裝機量。

IGBT組件數(shù)量隨新能源汽車的動力性能提升而增加。IGBT約占電機驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅(qū)動系統(tǒng)約占整車成本的15~20%，即是說，IGBT約占整車成本的7~10%。隨著新能源汽車的動力性能增強，IGBT組件使用個數(shù)也在提升，例如MHEV 48V所需IGBT組件數(shù)量約為2~5個，但BEV A所需IGBT組件數(shù)量則為90~120個。隨著新能源汽車的動力性能增強，IGBT組件數(shù)量也在提升，帶動整體IGBT價值量提升。

根據(jù)不同車型，IGBT價值量也有所不同，A級車IGBT價值最高達到3900人民幣。根據(jù)不同車型，汽車通常可分為物流車、大巴車、A00級、A級以上四個大類。不同類型的汽車所需要的IGBT價值量也有所不同。

物流車通常使用1200V 450A模塊，單車價值量為1000元；8米大巴IGBT單車價值量為3000元、10米大巴IGBT價值量為3600元；A00級汽車單車IGBT價值量約為600~900元；15萬左右的A級車以上汽車單車IGBT價值量約為1000~2000元、20~30萬左右的A級車以上汽車單車IGBT價值量約為2000~2600元；屬高級車型的A級車以上汽車單車IGBT價值量則約3000~3900元。

充電樁中的IGBT模塊是負責功率轉(zhuǎn)換的核心器件。根據(jù)充電方式，充電樁可分為直流樁、交流樁、無線充電，其中以直流樁和交流樁為主。交流樁又叫慢充樁，只提供電力輸出，無充電功能，需要通過車載充電機為電動車充電；而直流樁則叫快充樁，與交流電網(wǎng)連接，輸出可調(diào)直流電，直接為電動汽車的動力電池充電，且充電速度較快。IGBT模塊在充電樁中擔當功率轉(zhuǎn)換的角色，是充電樁的核心器件之一。

充電樁數(shù)量逐步提升，帶動IGBT需求增長。隨著新能源汽車的普及，充電樁市場也在不斷擴大。2021年5月至2022年4月，我國公共充電樁保有量從88.4萬臺增長至133.2萬臺。根據(jù)中國充電聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2022年，我國充電樁市場中，直流電樁約為57.7萬臺；交流樁約為75.5萬臺，雖然充電樁市場對于IGBT來說仍然較小，但由于充電樁的部署對于擴大新能源汽車來說至關重要，所以未來充電樁用IGBT市場有望快速增長。

英飛凌在車規(guī)級功率芯片市場處于領先。從市場容量看，我國車規(guī)級IGBT市場規(guī)模從2015年5.92億元增長至2020年26.85億元，2015-2020年均復合增速高達35.31%。截止2019年，英飛凌處于絕對領先位置，占49.2%；排在第二和第三位分別是比亞迪和斯達，份額分別為20.0%和16.6%。

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SiC：物理性能優(yōu)勢+碳中和需求帶動上車進程加速

SiC材料相比于Si材料有著顯著的優(yōu)勢。目前車規(guī)級半導體主要采用硅基材料，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進一步提高，硅基材料在高開關頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升。與硅基半導體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點。下表是三代半導體襯底材料的指標參數(shù)對比，可看出SiC材料具有Si材料不可比擬的優(yōu)勢，具體優(yōu)勢體現(xiàn)在：

能量損耗低。SiC模塊的開關損耗和導通損耗顯著低于同等IGBT模塊且隨著開關頻率的提高，與IGBT模塊的損耗差越大，SiC模塊在降低損耗的同時可以實現(xiàn)高速開關，有助于降低電池用量，提高續(xù)航里程，解決新能源汽車痛點。

更小的封裝尺寸。SiC器件具備更小的能量損耗，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。

實現(xiàn)高頻開關。SiC材料的電子飽和漂移速率是Si的2倍，有助于提升器件的工作頻率；高臨界擊穿電場的特性使其能夠?qū)OSFET帶入高壓領域，克服IGBT在開關過程中的拖尾電流問題，降低開關損耗和整車能耗，減少無源器件如電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體積和重量。

耐高溫、散熱能力強。SiC的禁帶寬度、熱導率約是Si的3倍，可承受溫度更高，高熱導率也將帶來功率密度的提升和熱量的更易釋放，冷卻部件可小型化，有利于系統(tǒng)的小型化和輕量化。

新能源汽車需求高起帶動第三代半導體在大功率電力電子器件領域起量。電動汽車和充電樁等都需要大功率、高效率的電力電子器件，基于SiC、GaN的電子電力器件因其物理性能優(yōu)異在相關市場備受青睞。第三代半導體有望成為綠色經(jīng)濟的中流砥柱，助力新能源汽車電能高效轉(zhuǎn)換，推動能源綠色低碳發(fā)展。舉例來看，到2030年，如果有3500萬電動車使用SiC，那么這一制造年生產(chǎn)出的新能源汽車總計在它們的使用期限中節(jié)約了的能源相當于節(jié)省1.92億桶油，相當于節(jié)省82億美元電力成本。

第三代半導體襯底成本相對較高，但綜合成本優(yōu)勢大于傳統(tǒng)硅基，與傳統(tǒng)產(chǎn)品價差持續(xù)縮小。SiC與傳統(tǒng)產(chǎn)品價差持續(xù)縮小，預計SiC 2022年將迎來增長拐點, 2026年將全面鋪開。

SiC與傳統(tǒng)Si基產(chǎn)品價差持續(xù)縮小：

1.上游襯底產(chǎn)能持續(xù)釋放，供貨能力提升，材料端襯底價格下降，器件制造成本降低。

2.量產(chǎn)技術趨于穩(wěn)定，良品率提升，疊加產(chǎn)能持續(xù)擴張，拉動市場價格下降

3.產(chǎn)線規(guī)格由 4英寸轉(zhuǎn)向 6英寸, 成本大幅下降。未來SiC、GaN綜合成本優(yōu)勢顯著，可通過大幅提高器件能效+減小器件體積使其綜合成本優(yōu)勢大于傳統(tǒng)硅基材料，看好第三代半導體隨著價格降低有望迎來大發(fā)展。

需求測算：

目前業(yè)界于電動車較積極導入SiC的主要裝置和部件有主驅(qū)逆變器、車載充電器、車外充電器，SiC功率元件發(fā)揮如下優(yōu)勢：

1.極佳的內(nèi)在特質(zhì)：高效率，降低能量損耗；高轉(zhuǎn)換頻率，增加能量強度；可在更高的溫度下運行，提升長期可靠性。

2.性能改進和小型化：從Si-IGBT 模組到SiC MOSFET 模組，體積縮小了50%，效率提升了2%，器件的使用壽命得到延長。

3.有助于降低電動車用戶的使用成本：提升效率以達到節(jié)電目的，在相同輸出功率下可增加續(xù)航里程、提升充電速度。

使用以上的主驅(qū)逆變器、車載充電器、車外充電器三者所需要的SiC的晶圓面積測算可得:

純電動汽車:8英寸晶圓可以滿足13輛車的SiC需求; 6英寸晶圓可以滿足7輛車的SiC需求。8inch wafer= 324.29平方厘米，假設良率為50%，BEV各部件需要的SiC晶圓面積：逆變器=10平方厘米；OBC=1.8平方厘米；DC/DC=0.9平方厘米，那么1張8英寸晶圓可以滿足13輛車的SiC需求。6inch wafer= 176.7平方厘米, 假設良率為50%，那么1張6英寸晶圓可以滿足7輛車的SiC需求。

油電混合車:8英寸晶圓可以滿足17輛車的SiC需求; 6英寸晶圓可以滿足9輛車的SiC需求。8inch wafer= 324.29平方厘米，假設良率為50%，BEV各部件需要的SiC晶圓面積：逆變器=8平方厘米；OBC=0.9平方厘米；DC/DC=0.5平方厘米，那么1張8英寸晶圓可以滿足17輛車的SiC需求。6inch wafer= 176.7平方厘米, 假設良率為50%，那么1張6英寸晶圓可以滿足9輛車的SiC需求。

我國新能源汽車SiC需求測算：

純電動汽車占新能源汽車比重為81%，以此數(shù)據(jù)假設，我國2021-2025年新能源汽車相關8英寸SiC晶圓需求為27.1萬片、34.2萬片、43.3萬片、54.7萬片、69.2萬片， 6英寸SiC晶圓需求我國為48.1萬片、60.9萬片、77.0萬片、97.3萬片、123.1萬片。

上車情況：

高性能車電驅(qū)動參數(shù)對比，碳化硅物理性能優(yōu)勢凸顯。

價格持續(xù)降低+物理性能優(yōu)勢+碳中和需求帶動碳化硅加速上車，數(shù)家車企多車型爭先嘗鮮。三安光電副總經(jīng)理陳東坡預計，在2023-2024年，長續(xù)航里程的車型基本上80-90%、甚至100%都會導入碳化硅（SiC）器件。2022年，隨著800V高壓平臺的推進，未來將有更多的SiC器件在車上搭載。國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將在SiC賽道持續(xù)展開競賽。

高電壓高功率超級快充成為解決用戶充電焦慮的行業(yè)通行方案，在超級快充方面多加主機廠和充電樁服務商均在布局120-480KW超級快充，在整車電壓方面，800V整車電壓成為下一代電動車重要選擇，SiC強勢入場。

據(jù)英飛凌最新的材料顯示，我們看到英飛凌是現(xiàn)代EMP系列SiC的主要提供商；美國的車企中，根據(jù)當前的信息猜測，可能是第一個導入SiC的是通用汽車，因為之前有一則消息：Wolfspeed宣布，與通用汽車達成了一項戰(zhàn)略供應協(xié)議，為通用汽車未來的電動汽車提供碳化硅；而下圖中亞洲OEM可能是韓國車企；小鵬則是第一次明確800V的SiC平臺。

我國情況：整車及零部件企業(yè)積極引入SiC,市場前景十分明確。

國內(nèi)新能源汽車企業(yè)首先在OBC和DC DC中應用SiC器件，然后逐步滲透到可靠性要求更高的電機控制器

競爭格局：

功率半導體方面，士蘭微、時代電氣、斯達半導、宏微科技、新潔能積極布局。

士蘭微自主研發(fā)的V代IGBT和FRD芯片的電動汽車主電機驅(qū)動模塊在2021年上半年已在國內(nèi)多家客戶通過測試，并在部分客戶開始批量供貨。

時代電氣2020年乘用車IGBT已獲得廣汽、東風訂單。斯達半導2021年上半年應用于主電機控制器的車規(guī)級IGBT模塊持續(xù)放量，合計配套超過20萬輛新能源汽車，同時基于第七代微溝槽Trench FieldStop技術的新一代車規(guī)級650V/750V IGBT芯片研發(fā)成功，預計今年開始批量供貨。

宏微科技車規(guī)級IGBT模塊GV系列產(chǎn)品已實現(xiàn)對臻驅(qū)科技（上海）有限公司小批量供貨，匯川技術、蜂巢電驅(qū)動科技河北有限公司（長城汽車子公司）和麥格米特正在對GV系列產(chǎn)品進行產(chǎn)品認證。

新潔能募資14.5億擴建SiC/GaN 項目，汽車用 1200V SiC MOS 和 650V E－Mode GaN HEMT 首次流片驗證完成，產(chǎn)品部分性能達到國內(nèi)先進水平。2021 年公司在汽車電子市場重點導入了比亞迪，目前已經(jīng)實現(xiàn)十幾款產(chǎn)品的大批量供應，產(chǎn)品進入了多個汽車品牌的整機配件廠，汽車電子產(chǎn)品的整體銷售占比快速提升。

價值量測算：車載IGBT及SiC發(fā)展勢不可擋

關鍵假設：

1.汽車銷量與滲透率：根據(jù)國務院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》以及乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，我們預計新能源汽車行業(yè)將加速發(fā)展，對傳統(tǒng)燃油車具有較強的滲透和替代能力，政策支持力度較大。我們預計2022年全國新能源汽車銷售將持續(xù)放量，銷量達445萬輛，到2025年增加至900萬輛，滲透率達30%

2.車規(guī)級IGBT價值量：我們按照IGBT芯片使用數(shù)量估計，A00/A0級電動乘用車IGBT價值量平均為1000元，A級以上電動乘用車IGBT價值量平均為3000元，插電混動乘用車IGBT價值量平均為2100元，商用車IGBT價值量平均為1800元，傳統(tǒng)燃油車IGBT價值量平均為700元

3.A00/A0級電動車銷量占比：我們預計新能源汽車的銷售結(jié)構(gòu)將會從“啞鈴型”向“紡錘型”優(yōu)化，A00和A0級車占比逐漸下降，預計將從2022年占比35%逐漸下降至2025年占比15%

4.等效8英寸晶圓數(shù)量(億片)：我們按照英飛凌生產(chǎn)的FSxxR12KT4系列IGBT模塊中IGBT芯片的平均面積90.17mm2進行估算，8英寸晶圓大約可以切出301塊IGBT芯片。晶圓數(shù)量需求量將從2021年156.54萬片大幅增長至2025年363.61萬片

5.IGBT+SiC市場規(guī)模：我們按照各類型汽車銷售量乘以各類型汽車中IGBT與SiC價值量，其中SiC的滲透率逐漸提高，成本大幅降低。

審核編輯：劉清