借著“全球汽車電動(dòng)化”的東風(fēng)，功率半導(dǎo)體行業(yè)乘風(fēng)而起，汽車的智能化和電動(dòng)化趨勢正明顯帶動(dòng)車用半導(dǎo)體的價(jià)值量提升。

 

　　與此同時(shí)，面對(duì)半導(dǎo)體需求量突增、海外交期延長等因素，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體廠商將迎來國產(chǎn)替代的契機(jī)，國內(nèi)廠商有望受益。

 

　　新能源汽車東風(fēng)已至

 

　　功率半導(dǎo)體乘風(fēng)而起

 

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　　1、全球新能源汽車銷量快速增長，滲透率不斷提升

　　隨著全球環(huán)保政策日益趨嚴(yán)、能源結(jié)構(gòu)改善要求日益迫切，各國紛紛制定新能源汽車的發(fā)展規(guī)劃，以純電、油電混合為主要?jiǎng)恿π问降男履茉雌囘M(jìn)入快速發(fā)展期，汽車電動(dòng)化為大勢所趨。

　　多國政府出臺(tái)規(guī)劃推進(jìn)新能源汽車發(fā)展

　　

　　資料來源：ICCT、開源證券研究所

 

　　根據(jù)中國汽車工程學(xué)會(huì)編制的《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖2.0》，到2025年我國新能源汽車在新車銷量中滲透率將達(dá)到20％。根據(jù)中汽協(xié)預(yù)測，2025年我國汽車銷量有望達(dá)3000萬輛，以20％的滲透率計(jì)算，屆時(shí)我國新能源汽車銷量有望達(dá)600萬輛。而到2035年，新能源汽車更將成為主流，占總銷量50％。

 

　　據(jù)EV Sales數(shù)據(jù)，2020年全球新能源乘用車銷量達(dá)312.48萬輛，即使在全球汽車市場萎縮的情況下，新能源乘用車仍保持了41.40％的高速增長。據(jù)EVTank預(yù)測，至2025年，全球新能源汽車銷量有望達(dá)到1200萬輛。

 

　　2025年我國新能源汽車銷量有望達(dá)600萬輛

　　

　　數(shù)據(jù)來源：中汽協(xié)、開源證券研究所

 

　　2025年全球新能源乘用車銷量有望達(dá)1200萬輛

　　

　　數(shù)據(jù)來源：EVSales、開源證券研究所

 

　　2、新能源車用半導(dǎo)體價(jià)值量提升，功率半導(dǎo)體提升最為顯著

 

　　汽車的智能化和電動(dòng)化趨勢正明顯帶動(dòng)車用半導(dǎo)體的價(jià)值量提升。汽車智能化涵義主要包括汽車智能駕駛、智能座艙、網(wǎng)聯(lián)化等，在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進(jìn)的傳感器（雷達(dá)、攝像）、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實(shí)現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，顯著提升乘坐體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛乃至自動(dòng)駕駛。汽車智能化主要帶動(dòng)車用數(shù)字芯片、傳感器芯片及存儲(chǔ)芯片等的用量。

　　電動(dòng)化是指動(dòng)力電池替代燃油成為汽車的動(dòng)力來源，電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)將動(dòng)力電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)能。在這一過程中，用于電能功率轉(zhuǎn)換的功率半導(dǎo)體用量將得到顯著提升。功率半導(dǎo)體顯著受益電動(dòng)化趨勢，是車用半導(dǎo)體中價(jià)值量提升最為顯著的類別之一。

 

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　　功率半導(dǎo)體深度受益電動(dòng)化趨勢，

 

　　增長勢不可擋

 

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　　1、IGBT是新能源車高壓系統(tǒng)核心器件，深度受益電動(dòng)化趨勢

　　新能源汽車母線電壓通常在400V左右，而IGBT是一種耐高壓、高頻的電力電子開關(guān)器件，其額定電壓通常在600V以上，因此IGBT在汽車上的應(yīng)用主要以高壓電能變換為主，最核心的應(yīng)用為主驅(qū)逆變。

 

　　IGBT被用于主驅(qū)逆變

　　

　　數(shù)據(jù)來源：Something about Tech、開源證券研究所

　　其余應(yīng)用也包括車載OBC及電池管理/車載空調(diào)/轉(zhuǎn)向助力等高壓輔助系統(tǒng)，此外也應(yīng)用于各類直流和交流充電樁。

 

　　IGBT主要在新能源汽車的高壓領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用

　　

　　資料來源：意法半導(dǎo)體

 

　　IGBT模塊還可以用于輔助功率逆變器，為車載空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備供電。出于效率的考慮，新能源汽車有許多應(yīng)用采用高壓供電，如空調(diào)壓縮機(jī)、EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、主動(dòng)底盤控制等。IGBT可用于以上這些輔助系統(tǒng)的DC-AC逆變/DC-DC變壓，使電流電壓符合負(fù)載端的用電需求。

　　IGBT用于為空調(diào)供電調(diào)節(jié)電壓

　　

　　資料來源：英飛凌

　　除了直接裝載于新能源汽車上的應(yīng)用，IGBT亦是直流充電樁的核心功率器件。與在OBC中的功能類似，IGBT在直流充電樁中的作用也是DC-DC變壓。直流充電樁的一端與交流電網(wǎng)相連，通過整流功率模塊將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，流經(jīng)DC-LINK電容穩(wěn)壓濾波進(jìn)入DC-DC變壓環(huán)節(jié)。

 

　　IGBT在充電樁中用于DC-DC轉(zhuǎn)換

　　

　　資料來源：世強(qiáng)硬創(chuàng)點(diǎn)商

 

　　2、MOSFET在低壓系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，未來用量將持續(xù)提升

　　汽車上的各類供電器件都是直接從蓄電池取電的，蓄電池電壓通常有24V和12V兩種。而新能源汽車的動(dòng)力電池電壓普遍高達(dá)300-400V，因此新能源汽車高壓和低壓系統(tǒng)之間需要功率器件進(jìn)行調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)高低壓系統(tǒng)之間的電能流動(dòng)。

　　MOSFET用于汽車高低壓系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換

　　

　　資料來源：英飛凌

　　隨著汽車上電子部件的增多，MOSFET在汽車上的應(yīng)用也與日俱增。我們統(tǒng)計(jì)了英飛凌提供的新能源汽車MOSFET解決方案，單車分立MOSFET器件用量可達(dá)接近200個(gè)（不同車型因電子部件不同，用量會(huì)有所差別），若統(tǒng)計(jì)集成化設(shè)計(jì)的Switch、PMIC等功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，整車低壓系統(tǒng)所用功率半導(dǎo)體產(chǎn)品用量將更大。據(jù)英飛凌預(yù)計(jì)，高端新能源汽車上MOSFET的用量可達(dá)400個(gè)左右。

　　統(tǒng)計(jì)英飛凌提供的解決方案對(duì)應(yīng)的MOS數(shù)量接近200個(gè)

　　

　　數(shù)據(jù)來源：英飛凌官網(wǎng)、開源證券研究所

　?。▋H統(tǒng)計(jì)英飛凌提供的解決方案所用MOSFET分立器件數(shù)量，不同供應(yīng)商的解決方案或不同車型所用數(shù)量會(huì)有所區(qū)別）

 

　　功率半導(dǎo)體加速國產(chǎn)替代，

　　國產(chǎn)企業(yè)嶄露頭角

 

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　　1、國產(chǎn)替代進(jìn)度總體加快，車規(guī)器件準(zhǔn)入門檻高

　　我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步晚，基礎(chǔ)低，在整體的技術(shù)實(shí)力和市場占有率上與海外廠商仍有較為明顯的差距。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我國在中高端MOSFET及IGBT器件市場上，90％依賴進(jìn)口，市場基本被歐美、日本企業(yè)壟斷。全球范圍來看，前十大功率半導(dǎo)體廠商均為海外廠商，合計(jì)占據(jù)60％的市場份額。

　　2019年全球功率半導(dǎo)體市場主要被海外廠商占據(jù)

　　

　　數(shù)據(jù)來源：Omdia、開源證券研究所

　　產(chǎn)能緊張及地緣政治因素帶來國產(chǎn)替代契機(jī)，部分企業(yè)開始嶄露頭角。2017-2018年前后，全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)能緊張，海外廠商器件交期延長，客戶需求得不到滿足。由此部分國內(nèi)客戶開始對(duì)國產(chǎn)功率器件進(jìn)行供應(yīng)認(rèn)證，按下了功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代加速鍵。

 

　　2018Q4海外廠商功率半導(dǎo)體器件交期明顯延長

　　

　　資料來源：電子發(fā)燒友、開源證券研究所

 

　　車規(guī)產(chǎn)品認(rèn)證要求高，國產(chǎn)功率器件替代在汽車領(lǐng)域的替代總體仍處于較為初步的階段。汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品的認(rèn)證壁壘主要來自兩方面，一方面是ISO（國際化標(biāo)準(zhǔn)組織）、AEC-Q（汽車電子委員會(huì)）等國際組織的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，是車規(guī)供應(yīng)的進(jìn)入門檻；另一方面是來自各家整車廠自身嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。車規(guī)認(rèn)證流程周期長、項(xiàng)目多、標(biāo)準(zhǔn)高，對(duì)供應(yīng)商的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)施、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品穩(wěn)定性及安全性都提出了較高要求，形成了較高的進(jìn)入門檻。目前我國功率半導(dǎo)體企業(yè)已經(jīng)全面進(jìn)入消費(fèi)級(jí)、中低端工業(yè)領(lǐng)域的供應(yīng)，在汽車市場的供應(yīng)滲透總體仍較為初步。

 

　　車規(guī)電子零部件供應(yīng)認(rèn)證壁壘高

　　

　　資料來源：IND4汽車人、開源證券研究所

 

　　2、微型車為突破口，國產(chǎn)主驅(qū)IGBT發(fā)展加速

　　IGBT發(fā)明于上個(gè)世紀(jì)80年代，海外產(chǎn)品發(fā)展已有40年左右的時(shí)間，龍頭廠商英飛凌推出7代IGBT產(chǎn)品。經(jīng)過追趕，我國IGBT企業(yè)的技術(shù)和生產(chǎn)水平有了較大的進(jìn)步，目前我國部分領(lǐng)先的IGBT企業(yè)能夠量產(chǎn)對(duì)標(biāo)英飛凌5-6代的技術(shù)水平，與國際領(lǐng)先廠商技術(shù)水平仍有差距，但差距在不斷縮小。

　　英飛凌歷代IGBT芯片技術(shù)升級(jí)

　　

　　數(shù)據(jù)來源：斯達(dá)半導(dǎo)招股書、開源證券研究所

　　我國領(lǐng)先企業(yè)已量產(chǎn)對(duì)標(biāo)英飛凌第5-6代的產(chǎn)品

　　

　　資料來源：各公司官網(wǎng)、開源證券研究所

　　在車規(guī)IGBT市場份額上國內(nèi)企業(yè)占比仍較小，國產(chǎn)替代空間大。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年全球IGBT市場達(dá)63.4億美元。據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2019年國內(nèi)僅有斯達(dá)半導(dǎo)以2.5％的市占率進(jìn)入了全球前十大IGBT模塊供應(yīng)商，國內(nèi)企業(yè)開始嶄露頭角，但在市場份額上與海外廠商差距仍較大。

　　全球IGBT市場不斷成長

　　

　　數(shù)據(jù)來源：Infineon、Yole、開源證券研究所

　　2019年全球IGBT市場主要被海外廠商壟斷

　　

　　數(shù)據(jù)來源：Omdia、開源證券研究所

　　國產(chǎn)車規(guī)IGBT模塊借助我國肥沃的汽車市場土壤，在近幾年取得了長足的進(jìn)步。據(jù)EV Sales，我國2020年新能源乘用車銷量127.19萬輛，占全球銷量的40.7％。同時(shí)，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到較大的政策扶持，經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，已經(jīng)建立了從電池、電機(jī)、電控等核心零配件到整車裝配、自主品牌的完整自主產(chǎn)業(yè)鏈，為汽車半導(dǎo)體的逐步自主化提供了良好的土壤。

 

　　我國已建立起完整的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈

　　

　　資料來源：各公司官網(wǎng)、開源證券研究所

　　我國A00級(jí)新能源車占比較高

　　

　　數(shù)據(jù)來源：乘聯(lián)會(huì)、開源證券研究所

　　A00級(jí)別新能源汽車在續(xù)航里程、輸出功率等方面的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)A級(jí)車及SUV較低，品牌車型眾多的A00級(jí)別新能源車對(duì)采用國產(chǎn)IGBT模塊的驗(yàn)證測試秉持更為開放的態(tài)度。因此，以A00級(jí)微型新能源車為主要突破口，國產(chǎn)廠商在車規(guī)主驅(qū)逆變IGBT模塊領(lǐng)域取得了快速發(fā)展。

　　根據(jù)佐思汽研的數(shù)據(jù)，按照銷量數(shù)據(jù)來看，2019年英飛凌在中國新能源汽車IGBT領(lǐng)域排名第一，占比高達(dá) 49.3％，其次是比亞迪，主要給比亞迪品牌車型配套，占比20％，斯達(dá)半導(dǎo)體位居第三，市占率達(dá)到16.6％。

 

　　英飛凌占據(jù)國內(nèi)新能源汽車IGBT市場的半壁江山

　　

　　數(shù)據(jù)來源：佐思汽研、開源證券研究所

　　造車“新勢力”或?qū)⒙氏乳_啟A級(jí)及以上車型的主驅(qū)IGBT模塊自主化進(jìn)程。以蔚來、理想、小鵬等為代表的國內(nèi)造車“新勢力”的車型開發(fā)周期相對(duì)傳統(tǒng)車企更短、造車?yán)砟罡鼮榧みM(jìn)；相比合資、外資品牌的車企，大部分“新勢力”廠商對(duì)海外汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商的議價(jià)權(quán)不足，因此其出于成本控制和供應(yīng)鏈保障的原因也更愿意嘗試引入國產(chǎn)供應(yīng)商。國產(chǎn)IGBT模塊廠商有望先通過造車“新勢力”廠商進(jìn)軍A級(jí)乃至更高級(jí)的新能源汽車市場。

　　展望未來，新能源汽車A00-A0級(jí)別市場占比將逐步下降，A級(jí)及以上市場占比提升，國內(nèi)企業(yè)一旦突破A級(jí)車型供應(yīng)，也將受益新能源汽車消費(fèi)升級(jí)帶來的量價(jià)齊升。

 

　　A00級(jí)別電動(dòng)車銷量占比在2017-2019年持續(xù)下降

　　

　　數(shù)據(jù)來源：中汽協(xié)、蓋世汽車數(shù)據(jù)庫、開源證券研究所

 

　　3、國內(nèi)領(lǐng)先MOSFET廠商初步進(jìn)入車規(guī)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈

　　MOSFET市場空間廣闊，下游市場分散，我國MOSFET企業(yè)市占率低。2019年，我國本土龍頭企業(yè)華潤微以3.00％市占率位列全球第九大MOSFET供應(yīng)商。被我國ODM龍頭企業(yè)聞泰科技收購的安世半導(dǎo)體則以4.10％的市占率位列全球第八大供應(yīng)商。

 

　　2019年全球IGBT市場主要被海外廠商壟斷

　　

　　數(shù)據(jù)來源：Omdia、開源證券研究所

　　近年來國內(nèi)MOSFET企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)明顯進(jìn)步、產(chǎn)品矩陣迅速完善、代工/晶圓制造水平不斷提高，為全面進(jìn)入車規(guī)供應(yīng)鏈打下了基礎(chǔ)。

　　產(chǎn)品方面，以華潤微、士蘭微、華微電子、新潔能等為代表的企業(yè)，均建立起比較完備的產(chǎn)品體系，不僅有供應(yīng)平面型、溝槽型（Trench）這類比較成熟的MOSFET種類的能力，也基本具備隔離柵（SGT）、超級(jí)結(jié)（SJ）等先進(jìn)種類的MOSFET的能力，并且本土頭部企業(yè)的MOSFET產(chǎn)品線也基本做到比較完整的電壓、電流覆蓋。此外，聞泰科技則通過外延并購，將汽車MOSFET/二極管領(lǐng)先供應(yīng)商安世半導(dǎo)體收入麾下，有望使得我國MOSFET的車規(guī)供應(yīng)能力實(shí)現(xiàn)快速提升。

 

　　國內(nèi)硅基MOSFET產(chǎn)品系列較為完善

　　

　　資料來源：華潤微招股說明書、英飛凌官網(wǎng)、新潔能官網(wǎng)、開源證券研究所

　　目前國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、制造工藝、封裝能力正不斷提升，未來有希望全面進(jìn)入車規(guī)MOSFET產(chǎn)品的供應(yīng)。

 

　　第三代半導(dǎo)體性能優(yōu)異，已開啟逐步滲透

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　　SiC屬于第三代半導(dǎo)體材料，以其制作成的功率器件性能優(yōu)異。SiC 具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，使得其器件適用于高壓、高頻、高溫的應(yīng)用場景，相較于硅器件，可以顯著降低開關(guān)損耗。因此，SiC 可以制造高耐壓、大功率的電力電子器件，下游主要用于智能電網(wǎng)、新能源汽車等行業(yè)。

 

　　第三代半導(dǎo)體在高壓、高頻、高溫環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)異

　　

　　資料來源：與非網(wǎng)、開源證券研究所

 

　　新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展將帶動(dòng)SiC功率器件的市場需求。SiC功率器件能滿足新能源汽車多方位的需求，給新能源汽車帶來諸多方面的性能升級(jí)。

　　根據(jù) Yole預(yù)測，2019-2025年功率SiC市場將由5.41億美元增長至25.62億美元，年均復(fù)合增速高達(dá)約30％。其中新能源汽車市場（含主驅(qū)逆變、車載OBC、DC-DC轉(zhuǎn)換）為最大的增量來源，市場空間將從2.25億美元增長至15.53億美元。

 

　　新能源汽車市場為SiC需求最大的增量來源

　　

　　資料來源：Yole

　　第三代半導(dǎo)體現(xiàn)階段的滲透瓶頸主要是成本過高，尤其是襯底的成本高企?，F(xiàn)有SiC單晶的制備常使用PVT法，該方法不可實(shí)施監(jiān)控，相當(dāng)于黑匣子操作，生長出來的單晶位錯(cuò)多，質(zhì)量難以提高。此外該方法生長速度較慢、難以生長形成大晶體，規(guī)模化生產(chǎn)效率低。

 

　　第三代半導(dǎo)體制造流程總體與硅基半導(dǎo)體類似

　　

　　資料來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

 

　　當(dāng)前全球市場上，6英寸SiC襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，主流幾家大廠商推出8英寸襯底樣品。據(jù)CASA預(yù)計(jì)，5年內(nèi)8英寸將全面商用。隨著6英寸SiC單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質(zhì)量提高、8英寸產(chǎn)線有望逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，SiC器件制造成本將持續(xù)下降，推進(jìn)SiC器件和模塊的普及。