功率半導體對于汽車市場發(fā)展有何意義？

最近，瑞薩將以60億美元收購IDT炒得沸沸揚揚。作為全球排名第二的汽車半導體廠商，瑞薩這一大手筆并購被看作是其進一步強化自動駕駛技術的大動作，收購IDT可以讓瑞薩獲得自動駕駛所需的芯片資源。

不久前的7月底，高通并購全球排名第一的汽車半導體廠商NXP宣告失敗，從而終結了這一持續(xù)近兩年的并購案，顯然，并購失敗令高通非常無奈且沮喪，因為這使其稱霸未來汽車半導體市場的宏圖失去了最雄厚的資源支持。

此外，最近兩年，作為汽車功率半導體的優(yōu)質(zhì)供應商，安世半導體成為了中國各方資本爭奪的目標，之所以這么搶手，也是由于都看到了其在汽車半導體，特別是功率半導體方面的巨大潛力，都想分一杯羹。

汽車驅(qū)動半導體成長

近5年，全球汽車產(chǎn)量從2012年的8213萬輛，增長至2017年的9704萬輛，根據(jù)中國信息產(chǎn)網(wǎng)預估，從2018到2022年，全球汽車銷量年均復合年增長率約為3.2%，預計2022年，全球汽車銷量將增加至1.14億輛。

中國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，增長率處于世界前列，產(chǎn)量由2012年的1930萬輛增長至2017年的2900萬輛，平均年復合增長率為8.5%，已成為全球最大的汽車制造國和消費國，2017年，約占全球總產(chǎn)量的29.8%。預計到2022年，中國汽車產(chǎn)量將增長至3970萬輛，約占全球產(chǎn)量的36.6%，2017至2022的年復合增長率為6.5%。

未來幾年，電動汽車的銷量增速有望超過50%。據(jù)EV sales統(tǒng)計，2017年全球電動車銷量超過122萬輛，同比增長了58%。2018 年，電動車銷量明顯提速，1~4月，全球電動車銷售達到43.55萬輛，較去年同期增長了68.18%，銷量呈現(xiàn)出加速增長的態(tài)勢。

受益于政策支持及銷售補助，預計全球及中國新能源電動車銷量的復合年增長率將達到32%，這將帶動相關半導體，電子產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，汽車作為拉動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三駕馬車之一絕非虛言(5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子被認為是下一波帶動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大引擎)。

功率半導體需求增加

汽車中用量最多的半導體器件主要是三大類：傳感器，MCU和功率半導體。

這三類中，MCU的市場份額最大，其次是功率半導體，功率半導體主要運用在動力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全等系統(tǒng)當中。

新能源汽車新增半導體用量中大部分是功率半導體。在傳統(tǒng)汽車中，功率半導體主要應用在啟動與發(fā)電、安全等領域，占傳統(tǒng)汽車半導體總量的20%，單車價值約為60美元。

由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當電池輸出高電壓時，需要頻繁進行電壓變換，這時電壓轉換電路(DC-DC)用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、 二極管等半導體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動了汽車電子系統(tǒng)對功率器件需求的增加。

根據(jù)麥肯錫的統(tǒng)計，純電動汽車的半導體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達387美元，占55%。純電動汽車相比傳統(tǒng)汽車新增的半導體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。

IGBT增長突出

功率半導體是電動車成本占比僅次于電池的第二大核心零部件。新能源電動車動力產(chǎn)生和傳輸過程與汽油發(fā)動機有較大差異，需要頻繁進行電壓變換和直流-交流轉換。加之純電動車對續(xù)航里程的高需求，使得電能管理需求更精細化，這些對IGBT、MOSFET、二極管等功率分立器件的需求遠高于傳統(tǒng)汽車。而作為新興功率器件，IGBT在汽車需求的帶動下，將出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

隨著新能源汽車的普及，IGBT作為重要的功率器件，受到了廣泛的關注。IGBT 模塊在電動汽車中發(fā)揮著至關重要的作用，是電動汽車及充電樁等設備的核心部件。有統(tǒng)計顯示，IGBT模塊占電動汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。

IGBT 廣泛運用于汽車電機控制系統(tǒng)，目前，汽車電機控制系統(tǒng)需要用到數(shù)十個IGBT。以特斯拉為例，特斯拉后三相交流異步電機每相要用到28個IGBT，總計要用84個IGBT，加上電機其他部位的IGBT，特斯拉共計使用了96個IGBT(雙電機還要加前電機的36個)。按照 4~5美元/個的價格計算，雙電機IGBT價值大概在650美元左右。

車用充電機

電動汽車車載充電機(OBC)主要用于為電動車動力電池安全、自動充滿電，依據(jù)電池管理系統(tǒng)(BMS)提供的數(shù)據(jù)，充電機能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應的操作，完成充電過程。

車載充電機作為一個電力電子系統(tǒng)，主要由功率電路和控制電路組成。對于功率電路，由變壓器和功率管組成的DC/DC變換器是其重要組成部分。對于控制電路，它的核心是控制器，用來實現(xiàn)與BMS的CAN通信，并控制功率電路按照三段式充電曲線給鋰電池組充電。當車載充電機接上交流電后，并不是立刻將電能輸出給電池，而是通過BMS電池管理系統(tǒng)，首先對電池的狀態(tài)進行采集分析和判斷，進而調(diào)整充電機的充電參數(shù)。

隨著電動車的普及，車載充電機的用量越來越大，對相關功率器件和電源管理IC的需求量很大，而這些在傳統(tǒng)的燃油動力車中是沒有的，會吞食大量的功率半導體器件，其市場發(fā)展前景不容忽視。

市場格局

Infineon預估，隨著全球汽車產(chǎn)量增長，同時汽車電動化、智能化、舒適化趨勢帶來汽車中單機功率半導體價值量提升，共同驅(qū)動汽車對功率半導體的需求，未來3~5年增速約為8%。

ON Semi報告顯示，2016年全球汽車功率半導體市場規(guī)模約為55億美元，預計2020年汽車功率半導體市場規(guī)模有望達70億美元。

在新能源汽車用功率半導體領域，歐美日廠商三足鼎立。歐洲廠商主要包括英飛凌、意法半導體、博世、恩智浦等;美國廠商主要包括德州儀器、安森美半導體、威世半導體等;日本廠商則主要包括東芝、三菱電機、瑞薩、羅姆半導體等。

圖：全球汽車功率半導體廠商排名，資料來源：strategy analytics

而從汽車用功率半導體廠商排名來看，來自strategy analytics的數(shù)據(jù)顯示，英飛凌以25.6%的市占率排第一，意法半導體13.4%排第二，博世9.2%排第三，恩智浦8.8%排第四，緊隨其后的是德州儀器，市占率為8.2%。

供需趨于緊張

半導體元器件在汽車中的用量成倍增長，而功率半導體對硅片的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸硅片僅能切割70~80顆IGBT芯片。目前，電動車尚處于滲透率較低的產(chǎn)業(yè)化初期，汽車半導體用量需求的成長空間很大，這些將帶動硅片產(chǎn)業(yè)進入長期、持續(xù)的供需緊張狀態(tài)。

例如在純電動車方面，一輛tesla model x汽車需要使用84顆IGBT，這樣算來，基本上一輛車就要消耗掉一片硅片。混合動力汽車的功率半導體用量相對較少，以寶馬i3為例，單輛汽車的功率半導體硅片消耗量約為1/4片。

預計到2022年，全球電動車銷量有望突破1000萬輛，以平均每輛車消耗1/2片硅片計算，對應功率半導體硅片消耗量將達到500萬片左右。

今年，進入二季度以來，功率器件延續(xù)供需緊張局面。來自IC分銷商富昌電子的市場報告數(shù)據(jù)顯示，MOSFET、TVS、肖特基二極管等功率器件產(chǎn)品的交期普遍延長，行業(yè)呈現(xiàn)出明顯的供不應求態(tài)勢，這其中，來自汽車用的功率器件是重要組成部分。

與此同時，英飛凌等國際大廠均優(yōu)先將產(chǎn)能分配給了毛利率較高的新產(chǎn)品，如汽車和工業(yè)用器件，退出了中低壓MOSFET，這就導致MOSFET供需缺口擴大。英飛凌、意法半導體等大廠下半年的MOSFET產(chǎn)能被預訂一空，ODM/OEM及系統(tǒng)廠只能大舉轉單中國***MOSFET廠，包括富鼎、大中、尼克森、杰力第三季接單全滿，漲價5%～10%后的產(chǎn)能已全數(shù)賣光，已開始接10月之后訂單。

IDM大廠將MOSFET產(chǎn)能轉移至高毛利的汽車及工業(yè)用領域，同時提高IGBT及整合電源模組(IPM)產(chǎn)能，導致MOSFET出現(xiàn)缺貨壓力。在這種情況下，IDM 廠也順勢調(diào)漲了MOSFET第三季價格，漲幅在5%～10%之間，第四季很可能繼續(xù)漲價。

一般情況下，MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期在8~12周左右，但現(xiàn)在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已延長到20~40周，而低壓MOSFET交期接近或超過40周，其中，汽車功率器件的貨期問題尤為顯著，IGBT的交期最高已經(jīng)達到52周。

中國市場

中國是新能源汽車最重要的市場之一， 中國新能源車銷售量占全球銷量一半以上。

在這樣的市場背景下，國際半導體大廠紛紛與國內(nèi)汽車主機廠建立戰(zhàn)略合作關系，例如，在2018年3月，上汽集團與英飛凌成立合資企業(yè)——上汽英飛凌半導體公司，上汽集團持股 51%，英飛凌持股49%，計劃于今年下半年開始批量生產(chǎn)。

據(jù)悉，上汽英飛凌半導體聚焦IGBT模塊封裝業(yè)務，旨在服務上汽集團及其他國內(nèi)新能源汽車廠商，項目一期投資16億元，預計未來2~3年實現(xiàn)100萬套的年產(chǎn)能。

另外，不久前，聞泰科技已取得安世半導體控股權，安世半導體源于NXP的標準產(chǎn)品業(yè)務，在汽車功率半導體器件領域有著深厚的積累，其有兩座晶圓廠(6英寸、8英寸)及三座封測廠，2017年銷售額超過13億美元，該公司超過50%的產(chǎn)品應用在汽車領域，按照規(guī)劃，安世半導體未來有望在中國大陸擴產(chǎn)，這可以說是給我國本土汽車功率半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打了一針強心劑。

對比汽車半導體的競爭格局和國外廠商的發(fā)展史，中國國內(nèi)廠商主要有兩種發(fā)展路徑：一是在傳統(tǒng)芯片領域通過收購獲得技術和客戶資源;二是在新能源汽車功率半導體和智能汽車芯片上發(fā)力。

在傳統(tǒng)汽車電子半導體市場，國外廠商憑借技術優(yōu)勢和穩(wěn)定的配套關系掌握著主動權，國內(nèi)廠商難以取得突破，對外收購成為了國內(nèi)廠商涉入汽車電子半導體領域的捷徑，除了安世半導體，四維圖新、曠達科技等廠商，通過收購快速進入了汽車半導體領域。

電動化為汽車半導體市場帶來新增需求的同時，也為國內(nèi)汽車半導體廠商提供了不少機遇。目前，國內(nèi)廠商已經(jīng)開始在新能源汽車功率半導體和智能汽車芯片上布局，功率半導體方面的代表廠商包括比亞迪、中國中車、士蘭微電子等，而智能汽車芯片方面的代表企業(yè)有寒武紀和地平線等。

總體來看，中國本土的汽車功率半導體廠商還比較弱，市占率比較低，如果不通過并購獲得國外優(yōu)質(zhì)資源的話，短時間內(nèi)難以與國際大廠形成真正的競爭關系，還需要不斷成長，道阻且長。

結語

汽車市場發(fā)展方興未艾，汽車的各大系統(tǒng)組成對半導體元器件的種類和數(shù)量需求都很旺盛，這其中，功率半導體表現(xiàn)將尤為突出，必將是國內(nèi)外廠商爭奪的焦點，好戲在后頭。