隨著智能化浪潮加速，汽車行業(yè)有望實(shí)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(shí)代。當(dāng)前消費(fèi)電子已先一步步入智能時(shí)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(jī)到智能機(jī)。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(yīng)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(jià)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(dǎo)體價(jià)值量提升幅度更大，按照傳統(tǒng)燃油車半導(dǎo)體價(jià)值量417美元計(jì)算，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量達(dá)到87．6美元，按照FHEV、PHEV、BEV單車半導(dǎo)體價(jià)值量834美元計(jì)算，功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量達(dá)到458．7美元，價(jià)值量增加四倍多。功率半導(dǎo)體中，IGBT和SiC表現(xiàn)極為強(qiáng)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(fēng)揚(yáng)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(dǎo)體需求大幅度增長，IGBT應(yīng)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(dǎo)體價(jià)值量中占比52％。IGBT透過控制開關(guān)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(shè)計(jì)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(dǎo)體企業(yè)的布局重心，也是車廠與半導(dǎo)體大廠強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的破局點(diǎn)。

華潤微部分MOSFET和IGBT產(chǎn)品已進(jìn)入整車應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)銷售貢獻(xiàn)，公司2021年IGBT業(yè)務(wù)增速超70％。廣汽集團(tuán)子公司與株洲中車時(shí)代合資設(shè)立青藍(lán)半導(dǎo)體，圍繞新能源汽車IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）領(lǐng)域開展自主技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。項(xiàng)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(jì)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(jì)劃2025年投產(chǎn)。項(xiàng)目全部建成后，可實(shí)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(lǐng)域的發(fā)展局面。

IGBT被應(yīng)用于汽車的多個(gè)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(yīng)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(jī)的交流電；在車載充電機(jī)（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(jī)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(fèi)類IGBT。作為汽車電氣化變革的關(guān)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(fù)雜，一旦失效可能引發(fā)嚴(yán)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(fèi)類IGBT產(chǎn)品。相比工控與消費(fèi)類IGBT，車規(guī)級IGBT對于溫度的覆蓋要求更高、對出錯(cuò)率的容忍度更低、且要求使用時(shí)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(rèn)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(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商以及代工廠，例如日本信越、晶瑞股份、晶盛機(jī)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(rèn)證壁壘是IGBT廠商進(jìn)入車載市場的壁壘之一。

IGBT廠商進(jìn)入車載市場需要獲得AEC－Q100等車規(guī)級認(rèn)證，認(rèn)證時(shí)長約為12～18個(gè)月，且在通過認(rèn)證門檻后，IGBT廠商還需與汽車廠商或Tier 1供應(yīng)商進(jìn)行市場約2～3年的車型導(dǎo)入測試驗(yàn)證。在測試驗(yàn)證完成后，汽車廠商也往往不會立即切換，而是要求供應(yīng)商以二供或者三供的身份供貨，再逐步提高裝機(jī)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(jī)驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)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(qiáng)，IGBT組件使用個(gè)數(shù)也在提升，例如MHEV 48V所需IGBT組件數(shù)量約為2～5個(gè)，但BEV A所需IGBT組件數(shù)量則為90～120個(gè)。隨著新能源汽車的動力性能增強(qiáng)，IGBT組件數(shù)量也在提升，帶動整體IGBT價(jià)值量提升。

根據(jù)不同車型，IGBT價(jià)值量也有所不同，A級車IGBT價(jià)值最高達(dá)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(gè)大類。不同類型的汽車所需要的IGBT價(jià)值量也有所不同。

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

充電樁中的IGBT模塊是負(fù)責(zé)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(jī)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(dān)當(dāng)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(kuò)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(kuò)大新能源汽車來說至關(guān)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(lǐng)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(fù)合增速高達(dá)35．31％。截止2019年，英飛凌處于絕對領(lǐng)先位置，占49．2％；排在第二和第三位分別是比亞迪和斯達(dá)，份額分別為20．0％和16．6％。

SiC：物理性能優(yōu)勢＋碳中和需求帶動上車進(jìn)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(dǎo)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(jìn)一步提高，硅基材料在高開關(guān)頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升。與硅基半導(dǎo)體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、高抗輻射能力等特點(diǎn)。下表是三代半導(dǎo)體襯底材料的指標(biāo)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(guān)損耗和導(dǎo)通損耗顯著低于同等IGBT模塊且隨著開關(guān)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(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)，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(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)。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(lǐng)域，克服IGBT在開關(guān)過程中的拖尾電流問題，降低開關(guān)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(qiáng)。SiC的禁帶寬度、熱導(dǎo)率約是Si的3倍，可承受溫度更高，高熱導(dǎo)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(dǎo)體在大功率電力電子器件領(lǐng)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(guān)市場備受青睞。第三代半導(dǎo)體有望成為綠色經(jīng)濟(jì)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(jì)在它們的使用期限中節(jié)約了的能源相當(dāng)于節(jié)省1．92億桶油，相當(dāng)于節(jié)省82億美元電力成本。

第三代半導(dǎo)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(jià)差持續(xù)縮小。SiC與傳統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)差持續(xù)縮小，預(yù)計(jì)SiC 2022年將迎來增長拐點(diǎn)， 2026年將全面鋪開。

SiC與傳統(tǒng)Si基產(chǎn)品價(jià)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(jià)格下降，器件制造成本降低。

2．量產(chǎn)技術(shù)趨于穩(wěn)定，良品率提升，疊加產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，拉動市場價(jià)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(dǎo)體隨著價(jià)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(dǎo)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(qiáng)度；可在更高的溫度下運(yùn)行，提升長期可靠性。

2．性能改進(jìn)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(dá)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)，我國2021－2025年新能源汽車相關(guān)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(jià)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(yù)計(jì)，在2023－2024年，長續(xù)航里程的車型基本上80－90％、甚至100％都會導(dǎo)入碳化硅（SiC）器件。2022年，隨著800V高壓平臺的推進(jìn)，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(jī)廠和充電樁服務(wù)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(qiáng)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(dāng)前的信息猜測，可能是第一個(gè)導(dǎo)入SiC的是通用汽車，因?yàn)橹坝幸粍t消息：Wolfspeed宣布，與通用汽車達(dá)成了一項(xiàng)戰(zhàn)略供應(yīng)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(yīng)用SiC器件，然后逐步滲透到可靠性要求更高的電機(jī)控制器

競爭格局：

功率半導(dǎo)體方面，士蘭微、時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、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(jī)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(shí)代電氣2020年乘用車IGBT已獲得廣汽、東風(fēng)訂單。斯達(dá)半導(dǎo)2021年上半年應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級IGBT模塊持續(xù)放量，合計(jì)配套超過20萬輛新能源汽車，同時(shí)基于第七代微溝槽Trench FieldStop技術(shù)的新一代車規(guī)級650V／750V IGBT芯片研發(fā)成功，預(yù)計(jì)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(shí)現(xiàn)對臻驅(qū)科技（上海）有限公司小批量供貨，匯川技術(shù)、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(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證。

新潔能募資14．5億擴(kuò)建SiC／GaN 項(xiàng)目，汽車用 1200V SiC MOS 和 650V E－Mode GaN HEMT 首次流片驗(yàn)證完成，產(chǎn)品部分性能達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。2021 年公司在汽車電子市場重點(diǎn)導(dǎo)入了比亞迪，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)十幾款產(chǎn)品的大批量供應(yīng)，產(chǎn)品進(jìn)入了多個(gè)汽車品牌的整機(jī)配件廠，汽車電子產(chǎn)品的整體銷售占比快速提升。

價(jià)值量測算：車載IGBT及SiC發(fā)展勢不可擋

關(guān)鍵假設(shè)：

1．汽車銷量與滲透率：根據(jù)國務(wù)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(yù)計(jì)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(qiáng)的滲透和替代能力，政策支持力度較大。我們預(yù)計(jì)2022年全國新能源汽車銷售將持續(xù)放量，銷量達(dá)445萬輛，到2025年增加至900萬輛，滲透率達(dá)30％

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

3．A00／A0級電動車銷量占比：我們預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)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90．17mm?進(jìn)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(jià)值量，其中SiC的滲透率逐漸提高，成本大幅降低。