（報告出品方/作者：中航證券，劉牧野）

汽車電動化洶湧澎湃，車載半導體如火如荼

電動車進入發展快車道，車載半導體景氣度提升。據Ev Volumes， 全球2021年新能源車銷量694萬輛，同比增長106%，盡管2022年歐 洲新能源車銷量疲軟，但2022年1-6月，國内新能源汽車銷量260萬 輛，同比均增長1.1倍。由于國内新能源車持續高景氣，Ev Volumes 預計2022年全球電動車銷量1070萬輛，同比增長54.3%。

随着電動車的繁榮發展，國際半導體龍頭供應商的汽車業務營收創新 高，其中功率半導體龍頭英飛淩的汽車相關業務在2021年實現約 37%的同比增長，代工廠龍頭台積電的汽車業務同比提升約51%。

電動車核心器件，價值占比高

電動車半導體單車價值量激增，逆變器用功率半導體占比最高。據英飛淩，電動車的半導體單車價值量較燃油車增長約950美 元，其中約900美元來自功率半導體的使用，而逆變器使用的功率半導體，占單車功率半導體總價值量75%左右。

電機和逆變器是電動車新增核心需求，功率器件（IGBT和碳化矽MOS）是逆變器核心器件，也是車輛性能的主要保證方式之 一。和計算機上處理數字信号的CPU類似，功率器件是電動車在功率上的“CPU”。CPU依靠軟件實現信号流在0和1之間轉換。 功率器件依靠變頻控制軟件，處理功率流的開和關。

動力“CPU”高景氣持續

全球功率半導體持續供不應求。主要功率半導體供應商陸續宣布漲價，毛利率得到顯著的提升。受供需關系影響，當前供應商 進入主動補庫存階段，季度收入/庫存比例維持在正常水位。2021年行業經曆的缺貨行情仍在延續，頭部供應商明顯感受到供 不應求的産能緊張狀況。據英飛淩，包括尚未确認的訂單在内,2022年1-3月英飛淩積壓的訂單金額從去年四季度的310億歐元 增長了19.4%至370億歐元，這些訂單當中超過五成是汽車相關産品,75%的訂單在未來12個月内才能交貨,積壓訂單顯然遠超 出英飛淩的交付能力。

供應鍊重塑，上下遊合力推進國産化

新能源電氣系統垂直整合趨勢愈發明顯。新能源電氣系統在整車安全與性能表現方面起到關鍵作用，主機廠掌控意願較高， 以規避潛在技術缺陷與産能短缺風險。同時，相關技術仍處于發展階段，垂直整合帶來的獨家供應能夠構建主機廠新的核心 競争力，且更高的産品價值與利潤也成為重要誘因。

目前國内OEM出于國産化替代，供應鍊穩定的考量願意培養自主半導體産業，投資或成立合資公司共同探索車規級半導體 技術和質量達标方案，或者自建模塊産線，将品質掌控在自己手中。OEM和Tier供應商對功率模塊的設計和制造進行完整 的評價測試和長期管理培養後，将方便采用部分本土的功率芯片，從而在成本控制上找到合适的方案。

IGBT：取長補短的複合型功率器件

功率半導體器件（Power Electronic Device）又稱為電力電子器件和功率電子器件，是指可直接用于處理電能的主電路中 ，實現電能的變換或控制的電子器件，其作用主要分為功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護和整流等。

功率半導體大緻可分為功率半導體分立器件（Power Discrete）(包括功率模塊)和功率半導體集成電路（Power IC）兩大類 。 按照器件結構，現有的功率半導體分立器件可分二極管、功率晶體管、晶閘管等，其中功率晶體管分為雙極性結型晶體 管（BJT）、結型場效應晶體管（JFET）、金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）和絕緣栅雙極晶體管（IGBT）等。

進口替代空間廣闊

我國在功率二極管、功率三極管、晶閘管等分立器件大部分已實現國産化。MOSFET、IGBT、SiC等高端分立器件産品較大程 度依賴進口。

耗散功率大于5瓦的晶體管一般為功率器件。我國耗散功率≥1瓦晶體管的進出口規模逐年增長，且進口規模增速大于出口規模 。IGBT屬于功率晶體管中技術壁壘較高的産品，我國起步較晚，還存在較廣闊的進口替代空間。

技術疊代周期較長，國産替代追趕至成熟産品

經過幾十年的發展，IGBT頭部供應商英飛淩不斷改進芯片結構，将IGBT技術做到了第七代，IGBT1和IGBT2已經不被英飛淩建 議使用，目前使用最廣泛的是IGBT4，國内部分供應商目前能在第四代進行量産。IGBT的發展方向依然是提高耐壓、增加電 流、擴大功率、提升最高工作結溫。

車載IGBT模塊主導市場

IGBT具有導通電阻小、開關速度快、工作頻率高等特點，可以在各種電路中提高功率轉換、傳送和控制的效率，實現節 約能源、提高工業控制水平的目的，廣泛應用于電機節能、軌道交通、智能電網、航空航天、家用電器、汽車電子、新能 源發電、新能源汽車等領域。

電動車成為驅動IGBT需求的主要動力。據比亞迪半導招股書，從2020年IGBT模塊全球應用占比來看，工業控制占比 33.5%，是目前IGBT最大的應用領域，新能源汽車占比14.2%。未來，汽車電動化、智能化推動車規級IGBT成為增長最 快的細分領域，遠超行業平均增速。

受益于國内新能源車的高速發展，據華經産業研究院，新能源車IGBT在2020年已成為中國IGBT第一大應用領域，占比約 30%。工業控制、消費電子（家電）與新能源發電市場分别占比27%、22%、11%，為中國新能源汽車外前三大應用領 域。

高功率IGBT價值凸顯

2022年國内新能源車呈現市場下 沉的趨勢，A級車型以下的銷量占 比有所提升，但A級以上的車型需 要使用更大功率的IGBT。産品附 加值高，技術壁壘高的大功率 IGBT仍然是未來國産替代的主要 方向。

從主機廠的角度來觀察國内IGBT 市場規模，國内高端車型的主機廠 主要包括特斯拉、理想、蔚來、小 鵬等，電機功率在180kw以上。 特斯拉使用的碳化矽和IGBT模塊 主要由意法半導體、英飛淩提供， 國内技術上還有差距。比亞迪的驅 動IGBT大部分由比亞迪半導提供。 保守測算，短期内國産替代的市場 在180kw以下，再除去比亞迪的 市場，2021年國内供應商主要面 對的車載驅動IGBT的市場規模約 為25億元。

技術持續疊代，芯片、封裝具提升空間

目前，為滿足電動汽車的功率需求，牽引逆變器中一般使用多芯片并聯的功率模塊。可通過提高芯片電流密度，和改進封裝工 藝，來實現模塊功率密度以及模塊電、熱性能的綜合提升。

在電動汽車應用領域，IGBT芯片性能優化的思路基本為：在溝槽精細化的基礎上，采用薄片工藝并優化背面緩沖層設計，再 結合優良的終端結構提高芯片耐壓等級；将IGBT芯片和反并聯二極管整合于一體，形成RC-IGBT結構，進一步提升芯片電流 密度；芯片上集成溫度/電流傳感器，門極驅動電阻以及RC芯片，有利于提高芯片長期運行的可靠性。

在封裝層面，為了實現高可靠性、高功率密度、成本優勢，目前汽車廠商主流的幾種模塊應用解決方案，主要分為：分立器 件 ；1 in 1；2 in 1 ；6 in 1。雖然6 in 1模塊對汽車來說并不是最優設計，但由于其設計應用的方便性，在短期内還将占據 主流，技術改進主要聚焦在散熱技術和可靠性。

國内百舸争流，車載IGBT加速替代

國産車載IGBT拐點已至，實現市占率的快速上升。 據愛集微，2022年一季度國内出貨量前五的功率器 件供應商中，已經有三家中國本土企業入列，分别為 斯達半導、比亞迪半導體、時代電氣，三家合計裝機 量占比約40%。

比亞迪半導體具備産業下遊的支持，随着比亞迪新能 源車的銷量增長，比亞迪半導體的IGBT高速發展。 斯達半導生産的應用于主電機控制器的車規級IGBT 模塊持續放量，2021年合計配套超過60萬輛新能源 汽車，其中A級及以上車型配套超過15萬輛。時代電 氣具備高壓IGBT的豐富經驗，并且擁有中車集團的 下遊支持，2022年新能源車IGBT預計年内交付的在 手訂單70萬台。

車載碳化矽勢在必行

與矽（Si）相比，碳化矽（SiC）是一種介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導率更高的半導體材料。因此，與矽 器件相比，當用于半導體器件中時，碳化矽器件可以提供高耐壓、高速開關和低導通電阻。鑒于該特性，其将成為有助于降低 能耗和縮小系統尺寸的下一代低損耗器件。據東芝半導，通過更改2kVA單相逆變器産品的開關元件（将IGBT替換為SiC MOSFET），額定運行期間每個器件的損耗降低了約41%。這主要歸功于SiC MOSFET卓越的開關能力。

除了降低損耗外，采用SiC MOSFET還具有諸多優點。SiC MOSFET在高溫環境下具有優異的工作特性，與IGBT相比，可簡化 現有散熱措施。此外，由于開關損耗非常低，系統可在比IGBT開關可支持頻率更高的頻率下運行。如能提高開關頻率，就可 以降低外圍器件（線圈和電容器）的使用，從而節省空間和成本，并使産品具有更大的競争優勢。

本土車廠進入碳化矽元年

随着越來越多新能源車型采用碳化矽器件，顯示出碳化矽對傳統車用矽基IGBT的替代已經逐漸展開。特斯拉上海工廠和比亞迪 在其電機控制器的逆變器中已經采用了SiC MOSFET的芯片作為核心的功率器件。豐田、大衆、本田、寶馬、奧迪等汽車企業 也都将SiC功率器件作為未來新能源汽車電機驅動系統的首選解決方案。

國内SiC供應商中，比亞迪半導體實現了SiC三相全橋模塊在新能源汽車電機驅動控制器中大批量裝車。2022年，國内造車新勢 力蔚來ET7、小鵬G9均采用了碳化矽器件。國内車廠的SiC MOSFET滲透率有望加速提升，随着搭載高功率電機的新能源車銷 量增長，車載SiC MOSFET需求将持續增長。

國内電驅動SiC MOSFET市場有望高速成長

假設特斯拉品牌效應對銷量的帶動作用漸近瓶頸，國産品牌占比逐步提升，國内本土品牌電車（電機功率高于180kw）銷量于 2025年達到2022年國内整體銷量水平，2022-2025年銷量增速分别為52.9%、40%、30%、20%；

國産多款主流高端車型于2022年開始搭載碳化碳MOSFET，碳化矽的滲透率有望加速，假設滲透率分别為20%、30%、40%、 50%；單車電驅動SiC價值量每年下降5%。

據我們測算，至2025年，本土主機廠對電驅SiC需求空間約98.84億元，2021-2025年複合增長率約92%。

碳化矽降本核心：提高襯底生産速率及良率

以碳化矽材料為襯底的産業鍊主要包括碳化矽襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下遊應用市場。在碳化矽襯底上， 主要使用化學氣相沉積法（CVD法）在襯底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，進一步制成器件。

SiC器件的制造成本中，SiC襯底成本占比50%，SiC外延的成本占比25%。SiC襯底成本較高的原因在于，目前主流商用的PVT 法晶體存在生長速度慢、缺陷控制難度大，推高了SiC的單片成本。

國内起步較晚，全産業鍊奮力追趕

碳化矽行業企業的業态主要可以分為兩種商業模式：第一類是覆蓋較全的産業鍊環節，同時從事碳化矽襯底、外延及器件的 制作，例如科銳公司等；第二類是隻從事産業鍊的單個或者部分環節，例如II-VI公司等。

國内碳化矽産業起步較晚。襯底方面，科銳和II-IV公司已分别于2009年和2012年實現了6英寸襯底的量産，國内公司如天嶽 先進于2019年才實現了量産。此外，科銳于2015年具備了更大的8英寸襯底量産能力，國内公司目前尚未有公司在8英寸實現 突破。器件方面，意法半導體、英飛淩等設計、生産的SiC MOSFET已經批量應用于特斯拉，國内斯達半導、比亞迪還處于小 批量供應階段。

功率半導體現有産能

英飛淩、意法半導體、安森美等國際頭部功率半導體供應商的現有産能以8英寸線為主，并逐漸向12英寸線轉移。日系 供應商富士電機、東芝也在加速擴張。國内供應商起步較晚，4至6英寸的功率半導體産線居多，但有多條8英寸、12英 寸以及碳化矽在建設、爬坡中。由于功率半導體的疊代速度較慢，國内供應商有更充足的時間追趕國際頭部公司，逐漸 實現功率半導體的國産化。

全球擴産統計

國外供應商擴産項目以12英寸功率半導體産線，以及6英寸、8英寸碳化矽産線為主。産能釋放時間在2023年之後，因此短 期内，全球功率半導體仍将呈現供需緊張的局面。

國内功率半導體供應商中，華潤微、士蘭微、聞泰科技、燕東微電子均有12英寸線的在建産能。華潤微、士蘭微、斯達半 導、時代電氣、燕東微電子正在建設、規劃碳化矽6至8英寸的産線。比亞迪、上汽集團、蔚來、博格華納等主機廠及零部 件供應商，也在積極布局IGBT和碳化矽模塊、芯片産線。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站