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(jí)，加速步入萬(wàn)物互聯(lián)+萬(wàn)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(jí)，整體過(guò)程可以類比功能機(jī)到智能機(jī)。疊加政策端碳中和推動(dòng)，電動(dòng)化浪潮迭起，看好新能源汽車在智能化+電動(dòng)化驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(shì)，被一眾芯片廠商所看好。

IGBT：決定電動(dòng)車核心性能，乘新能源汽車之風(fēng)揚(yáng)帆起航

汽車電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化發(fā)展趨勢(shì)中帶動(dòng)汽車半導(dǎo)體需求大幅度增長(zhǎng)，IGBT應(yīng)用于新能源的電壓轉(zhuǎn)換，例如：汽車動(dòng)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(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)半導(dǎo)體價(jià)值量中占比52%。IGBT透過(guò)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(chǎng)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(chǎng)份額；國(guó)內(nèi)廠商近年來(lái)通過(guò)積極投入研發(fā)成功在國(guó)內(nèi)新能源汽車用IGBT模塊市場(chǎng)中占取到了一定份額，但仍有很大的替代空間。

IGBT不僅是國(guó)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(rùn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)IGBT對(duì)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(chǎng)對(duì)于車規(guī)級(jí)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(jí)IGBT對(duì)于溫度的覆蓋要求更高、對(duì)出錯(cuò)率的容忍度更低、且要求使用時(shí)間也更長(zhǎng)。

車規(guī)級(jí)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(chǎng)的壁壘之一。

IGBT廠商進(jìn)入車載市場(chǎng)需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級(jí)認(rèn)證，認(rèn)證時(shí)長(zhǎng)約為12~18個(gè)月，且在通過(guò)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(chǎng)約2~3年的車型導(dǎo)入測(cè)試驗(yàn)證。在測(cè)試驗(yàn)證完成后，汽車廠商也往往不會(huì)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(dòng)力性能提升而增加。IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)約占整車成本的15~20%，即是說(shuō)，IGBT約占整車成本的7~10%。隨著新能源汽車的動(dòng)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(dòng)力性能增強(qiáng)，IGBT組件數(shù)量也在提升，帶動(dòng)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(jí)車IGBT價(jià)值最高達(dá)到3900人民幣。根據(jù)不同車型，汽車通?？煞譃槲锪鬈嚒⒋蟀蛙?、A00級(jí)、A級(jí)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(jí)汽車單車IGBT價(jià)值量約為600~900元；15萬(wàn)左右的A級(jí)車以上汽車單車IGBT價(jià)值量約為1000~2000元、20~30萬(wàn)左右的A級(jí)車以上汽車單車IGBT價(jià)值量約為2000~2600元；屬高級(jí)車型的A級(jí)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(wú)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(wú)充電功能，需要通過(guò)車載充電機(jī)為電動(dòng)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(dòng)汽車的動(dòng)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(dòng)IGBT需求增長(zhǎng)。隨著新能源汽車的普及，充電樁市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大。2021年5月至2022年4月，我國(guó)公共充電樁保有量從88.4萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)至133.2萬(wàn)臺(tái)。根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2022年，我國(guó)充電樁市場(chǎng)中，直流電樁約為57.7萬(wàn)臺(tái)；交流樁約為75.5萬(wàn)臺(tái)，雖然充電樁市場(chǎng)對(duì)于IGBT來(lái)說(shuō)仍然較小，但由于充電樁的部署對(duì)于擴(kuò)大新能源汽車來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，所以未來(lái)充電樁用IGBT市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)。

英飛凌在車規(guī)級(jí)功率芯片市場(chǎng)處于領(lǐng)先。從市場(chǎng)容量看，我國(guó)車規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)規(guī)模從2015年5.92億元增長(zhǎng)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(duì)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%。

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SiC：物理性能優(yōu)勢(shì)+碳中和需求帶動(dòng)上車進(jìn)程加速

SiC材料相比于Si材料有著顯著的優(yōu)勢(shì)。目前車規(guī)級(jí)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(chǎng)、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(duì)比，可看出SiC材料具有Si材料不可比擬的優(yōu)勢(shì)，具體優(yōu)勢(shì)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(jí)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(chǎng)的特性使其能夠?qū)OSFET帶入高壓領(lǐng)域，克服IGBT在開關(guān)過(guò)程中的拖尾電流問(wèn)題，降低開關(guān)損耗和整車能耗，減少無(wú)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(lái)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(dòng)第三代半導(dǎo)體在大功率電力電子器件領(lǐng)域起量。電動(dòng)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(chǎng)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(dòng)能源綠色低碳發(fā)展。舉例來(lái)看，到2030年，如果有3500萬(wàn)電動(dòng)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(duì)較高，但綜合成本優(yōu)勢(shì)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(lái)增長(zhǎng)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?。?/strong>