（報告出品方/作者：中航證券，劉牧野）

一、擁抱新能源，動力“CPU”迎風口

汽車電動化洶涌澎湃，車載半導體如火如荼

電動車進入發(fā)展快車道，車載半導體景氣度提升。據(jù)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，國內(nèi)新能源汽車銷量260萬 輛，同比均增長1.1倍。由于國內(nèi)新能源車持續(xù)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%。

隨著電動車的繁榮發(fā)展，國際半導體龍頭供應商的汽車業(yè)務營收創(chuàng)新 高，其中功率半導體龍頭英飛凌的汽車相關業(yè)務在2021年實現(xiàn)約 37%的同比增長，代工廠龍頭臺積電的汽車業(yè)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(jù)英飛凌，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和碳化硅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(shù)字信號的CPU類似，功率器件是電動車在功率上的“CPU”。CPU依靠軟件實現(xiàn)信號流在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(xù)

全球功率半導體持續(xù)供不應求。主要功率半導體供應商陸續(xù)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(yè)經(jīng)歷的缺貨行情仍在延續(xù)，頭部供應商明顯感受到供 不應求的產(chǎn)能緊張狀況。據(jù)英飛凌，包括尚未確認的訂單在內(nèi),2022年1-3月英飛凌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產(chǎn)品,75%的訂單在未來12個月內(nèi)才能交貨,積壓訂單顯然遠超 出英飛凌的交付能力。

供應鏈重塑，上下游合力推進國產(chǎn)化

新能源電氣系統(tǒng)垂直整合趨勢愈發(fā)明顯。新能源電氣系統(tǒng)在整車安全與性能表現(xiàn)方面起到關鍵作用，主機廠掌控意愿較高， 以規(guī)避潛在技術缺陷與產(chǎn)能短缺風險。同時，相關技術仍處于發(fā)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 競爭力，且更高的產(chǎn)品價值與利潤也成為重要誘因。

目前國內(nèi)OEM出于國產(chǎn)化替代，供應鏈穩(wěn)定的考量愿意培養(yǎng)自主半導體產(chǎn)業(yè)，投資或成立合資公司共同探索車規(guī)級半導體 技術和質量達標方案，或者自建模塊產(chǎn)線，將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(yǎng)后，將方便采用部分本土的功率芯片，從而在成本控制上找到合適的方案。

二、IGBT方興未艾

IGBT：取長補短的復合型功率器件

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(xiàn)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。

功率半導體大致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(xiàn)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）和絕緣柵雙極晶體管（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(xiàn)國產(chǎn)化。MOSFET、IGBT、SiC等高端分立器件產(chǎn)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(guī)模逐年增長，且進口規(guī)模增速大于出口規(guī)模 。IGBT屬于功率晶體管中技術壁壘較高的產(chǎn)品，我國起步較晚，還存在較廣闊的進口替代空間。

技術迭代周期較長，國產(chǎn)替代追趕至成熟產(chǎn)品

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，IGBT頭部供應商英飛凌不斷改進芯片結構，將IGBT技術做到了第七代，IGBT1和IGBT2已經(jīng)不被英飛凌建 議使用，目前使用最廣泛的是IGBT4，國內(nèi)部分供應商目前能在第四代進行量產(chǎn)。IGBT的發(fā)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(xiàn)節(jié) 約能源、提高工業(yè)控制水平的目的，廣泛應用于電機節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能 源發(fā)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(jù)比亞迪半導招股書，從2020年IGBT模塊全球應用占比來看，工業(yè)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(guī)級IGBT成為增長最 快的細分領域，遠超行業(yè)平均增速。

受益于國內(nèi)新能源車的高速發(fā)展，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)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(yè)控制、消費電子（家電）與新能源發(fā)電市場分別占比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年國內(nèi)新能源車呈現(xiàn)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。產(chǎn)品附 加值高，技術壁壘高的大功率 IGBT仍然是未來國產(chǎn)替代的主要 方向。

從主機廠的角度來觀察國內(nèi)IGBT 市場規(guī)模，國內(nèi)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。 特斯拉使用的碳化硅和IGBT模塊 主要由意法半導體、英飛凌提供， 國內(nèi)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，短期內(nèi)國產(chǎn)替代的市場 在180kw以下，再除去比亞迪的 市場，2021年國內(nèi)供應商主要面 對的車載驅動IGBT的市場規(guī)模約 為25億元。

技術持續(xù)迭代，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(lián)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(xiàn)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(yōu)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(yōu)化背面緩沖層設計，再 結合優(yōu)良的終端結構提高芯片耐壓等級；將IGBT芯片和反并聯(lián)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(xiàn)高可靠性、高功率密度、成本優(yōu)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(yōu)設計，但由于其設計應用的方便性，在短期內(nèi)還將占據(jù) 主流，技術改進主要聚焦在散熱技術和可靠性。

國內(nèi)百舸爭流，車載IGBT加速替代

國產(chǎn)車載IGBT拐點已至，實現(xiàn)市占率的快速上升。 據(jù)愛集微，2022年一季度國內(nèi)出貨量前五的功率器 件供應商中，已經(jīng)有三家中國本土企業(yè)入列，分別為 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%。

比亞迪半導體具備產(chǎn)業(yè)下游的支持，隨著比亞迪新能 源車的銷量增長，比亞迪半導體的IGBT高速發(fā)展。 斯達半導生產(chǎn)的應用于主電機控制器的車規(guī)級IGBT 模塊持續(xù)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(jīng)驗，并且擁有中車集團的 下游支持，2022年新能源車IGBT預計年內(nèi)交付的在 手訂單70萬臺。

三、碳化硅勢在必行

車載碳化硅勢在必行

與硅（Si）相比，碳化硅（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，與硅 器件相比，當用于半導體器件中時，碳化硅器件可以提供高耐壓、高速開關和低導通電阻。鑒于該特性，其將成為有助于降低 能耗和縮小系統(tǒng)尺寸的下一代低損耗器件。據(jù)東芝半導，通過更改2kVA單相逆變器產(chǎn)品的開關元件（將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(yōu)點。SiC MOSFET在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的工作特性，與IGBT相比，可簡化 現(xiàn)有散熱措施。此外，由于開關損耗非常低，系統(tǒng)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(jié)省空間和成本，并使產(chǎn)品具有更大的競爭優(yōu)勢。

本土車廠進入碳化硅元年

隨著越來越多新能源車型采用碳化硅器件，顯示出碳化硅對傳統(tǒng)車用硅基IGBT的替代已經(jīng)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(jīng)采用了SiC MOSFET的芯片作為核心的功率器件。豐田、大眾、本田、寶馬、奧迪等汽車企業(yè) 也都將SiC功率器件作為未來新能源汽車電機驅動系統(tǒng)的首選解決方案。

國內(nèi)SiC供應商中，比亞迪半導體實現(xiàn)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，國內(nèi)造車新勢 力蔚來ET7、小鵬G9均采用了碳化硅器件。國內(nèi)車廠的SiC MOSFET滲透率有望加速提升，隨著搭載高功率電機的新能源車銷 量增長，車載SiC MOSFET需求將持續(xù)增長。

國內(nèi)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，國產(chǎn)品牌占比逐步提升，國內(nèi)本土品牌電車（電機功率高于180kw）銷量于 2025年達到2022年國內(nèi)整體銷量水平，2022-2025年銷量增速分別為52.9%、40%、30%、20%；

國產(chǎn)多款主流高端車型于2022年開始搭載碳化碳MOSFET，碳化硅的滲透率有望加速，假設滲透率分別為20%、30%、40%、 50%；單車電驅動SiC價值量每年下降5%。

據(jù)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年復合增長率約92%。

碳化硅降本核心：提高襯底生產(chǎn)速率及良率

以碳化硅材料為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長、器件制造以及下游應用市場。在碳化硅襯底上， 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。

國內(nèi)起步較晚，全產(chǎn)業(yè)鏈奮力追趕

碳化硅行業(yè)企業(yè)的業(yè)態(tài)主要可以分為兩種商業(yè)模式：第一類是覆蓋較全的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，同時從事碳化硅襯底、外延及器件的 制作，例如科銳公司等；第二類是只從事產(chǎn)業(yè)鏈的單個或者部分環(huán)節(jié)，例如II-VI公司等。

國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)起步較晚。襯底方面，科銳和II-IV公司已分別于2009年和2012年實現(xiàn)了6英寸襯底的量產(chǎn)，國內(nèi)公司如天岳 先進于2019年才實現(xiàn)了量產(chǎn)。此外，科銳于2015年具備了更大的8英寸襯底量產(chǎn)能力，國內(nèi)公司目前尚未有公司在8英寸實現(xiàn) 突破。器件方面，意法半導體、英飛凌等設計、生產(chǎn)的SiC MOSFET已經(jīng)批量應用于特斯拉，國內(nèi)斯達半導、比亞迪還處于小 批量供應階段。

四、附表：全球產(chǎn)能統(tǒng)計

功率半導體現(xiàn)有產(chǎn)能

英飛凌、意法半導體、安森美等國際頭部功率半導體供應商的現(xiàn)有產(chǎn)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。國內(nèi)供應商起步較晚，4至6英寸的功率半導體產(chǎn)線居多，但有多條8英寸、12英 寸以及碳化硅在建設、爬坡中。由于功率半導體的迭代速度較慢，國內(nèi)供應商有更充足的時間追趕國際頭部公司，逐漸 實現(xiàn)功率半導體的國產(chǎn)化。

全球擴產(chǎn)統(tǒng)計

國外供應商擴產(chǎn)項目以12英寸功率半導體產(chǎn)線，以及6英寸、8英寸碳化硅產(chǎn)線為主。產(chǎn)能釋放時間在2023年之后，因此短 期內(nèi)，全球功率半導體仍將呈現(xiàn)供需緊張的局面。

國內(nèi)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英寸線的在建產(chǎn)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(guī)劃碳化硅6至8英寸的產(chǎn)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和碳化硅模塊、芯片產(chǎn)線。

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