智能化浪潮加速，汽車功率半導體需求暴漲

隨著智能化浪潮加速，汽車行業(yè)有望實現(xiàn)產業(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；國內廠商近年來通過積極投入研發(fā)成功在國內新能源汽車用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)和產業(yè)化應用。項目、投資總額4.63億元人民幣，一期規(guī)劃產能年產30萬只汽車IGBT模塊，計劃2023年投產；二期規(guī)劃產能年產30萬只汽車IGBT模塊，計劃2025年投產。項目全部建成后，可實現(xiàn)年產60萬只汽車IGBT模塊的總產能，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換為驅動三相電機的交流電；在車載充電機（OBC）中將交流電轉換為直流并為高壓電池充電；用于DC/DC轉換器、溫度PTC、水泵、油泵、空調壓縮機等系統(tǒng)中。

車規(guī)級IGBT對產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產品的要求要高于工控類與消費類IGBT產品。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約占電機驅動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅動系統(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?？煞譃槲锪鬈?、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，與交流電網連接，輸出可調直流電，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將MOSFET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濟的中流砥柱，助力新能源汽車電能高效轉換，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)產品價差持續(xù)縮小。SiC與傳統(tǒng)產品價差持續(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基產品價差持續(xù)縮?。?/strong>