（報(bào)告出品方/作者：中航證券，劉牧野）

一、擁抱新能源，動(dòng)力“CPU”迎風(fēng)口

汽車(chē)電動(dòng)化洶涌澎湃，車(chē)載半導(dǎo)體如火如荼

電動(dòng)車(chē)進(jìn)入發(fā)展快車(chē)道，車(chē)載半導(dǎo)體景氣度提升。據(jù)Ev Volumes， 全球2021年新能源車(chē)銷(xiāo)量694萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)106%，盡管2022年歐 洲新能源車(chē)銷(xiāo)量疲軟，但2022年1-6月，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量260萬(wàn) 輛，同比均增長(zhǎng)1.1倍。由于國(guó)內(nèi)新能源車(chē)持續(xù)高景氣，Ev Volumes 預(yù)計(jì)2022年全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量1070萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)54.3%。

隨著電動(dòng)車(chē)的繁榮發(fā)展，國(guó)際半導(dǎo)體龍頭供應(yīng)商的汽車(chē)業(yè)務(wù)營(yíng)收創(chuàng)新 高，其中功率半導(dǎo)體龍頭英飛凌的汽車(chē)相關(guān)業(yè)務(wù)在2021年實(shí)現(xiàn)約 37%的同比增長(zhǎng)，代工廠龍頭臺(tái)積電的汽車(chē)業(yè)務(wù)同比提升約51%。

電動(dòng)車(chē)核心器件，價(jià)值占比高

電動(dòng)車(chē)半導(dǎo)體單車(chē)價(jià)值量激增，逆變器用功率半導(dǎo)體占比最高。據(jù)英飛凌，電動(dòng)車(chē)的半導(dǎo)體單車(chē)價(jià)值量較燃油車(chē)增長(zhǎng)約950美 元，其中約900美元來(lái)自功率半導(dǎo)體的使用，而逆變器使用的功率半導(dǎo)體，占單車(chē)功率半導(dǎo)體總價(jià)值量75%左右。

電機(jī)和逆變器是電動(dòng)車(chē)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(chē)輛性能的主要保證方式之 一。和計(jì)算機(jī)上處理數(shù)字信號(hào)的CPU類(lèi)似，功率器件是電動(dòng)車(chē)在功率上的“CPU”。CPU依靠軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)流在0和1之間轉(zhuǎn)換。 功率器件依靠變頻控制軟件，處理功率流的開(kāi)和關(guān)。

動(dòng)力“CPU”高景氣持續(xù)

全球功率半導(dǎo)體持續(xù)供不應(yīng)求。主要功率半導(dǎo)體供應(yīng)商陸續(xù)宣布漲價(jià)，毛利率得到顯著的提升。受供需關(guān)系影響，當(dāng)前供應(yīng)商 進(jìn)入主動(dòng)補(bǔ)庫(kù)存階段，季度收入/庫(kù)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(yīng)商明顯感受到供 不應(yīng)求的產(chǎn)能緊張狀況。據(jù)英飛凌，包括尚未確認(rèn)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(zhǎng)了19.4%至370億歐元，這些訂單當(dāng)中超過(guò)五成是汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)品,75%的訂單在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)才能交貨,積壓訂單顯然遠(yuǎn)超 出英飛凌的交付能力。

供應(yīng)鏈重塑，上下游合力推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化

新能源電氣系統(tǒng)垂直整合趨勢(shì)愈發(fā)明顯。新能源電氣系統(tǒng)在整車(chē)安全與性能表現(xiàn)方面起到關(guān)鍵作用，主機(jī)廠掌控意愿較高， 以規(guī)避潛在技術(shù)缺陷與產(chǎn)能短缺風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)仍處于發(fā)展階段，垂直整合帶來(lái)的獨(dú)家供應(yīng)能夠構(gòu)建主機(jī)廠新的核心 競(jìng)爭(zhēng)力，且更高的產(chǎn)品價(jià)值與利潤(rùn)也成為重要誘因。

目前國(guó)內(nèi)OEM出于國(guó)產(chǎn)化替代，供應(yīng)鏈穩(wěn)定的考量愿意培養(yǎng)自主半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，投資或成立合資公司共同探索車(chē)規(guī)級(jí)半導(dǎo)體 技術(shù)和質(zhì)量達(dá)標(biāo)方案，或者自建模塊產(chǎn)線，將品質(zhì)掌控在自己手中。OEM和Tier供應(yīng)商對(duì)功率模塊的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行完整 的評(píng)價(jià)測(cè)試和長(zhǎng)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(zhǎng)補(bǔ)短的復(fù)合型功率器件

功率半導(dǎo)體器件（Power Electronic Device）又稱(chēng)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(shí)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(zhuǎn)換、功率放大、功率開(kāi)關(guān)、線路保護(hù)和整流等。

功率半導(dǎo)體大致可分為功率半導(dǎo)體分立器件（Power Discrete）(包括功率模塊)和功率半導(dǎo)體集成電路（Power IC）兩大類(lèi) 。 按照器件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的功率半導(dǎo)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(jié)型晶體 管（BJT）、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）、金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等。

進(jìn)口替代空間廣闊

我國(guó)在功率二極管、功率三極管、晶閘管等分立器件大部分已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。MOSFET、IGBT、SiC等高端分立器件產(chǎn)品較大程 度依賴(lài)進(jìn)口。

耗散功率大于5瓦的晶體管一般為功率器件。我國(guó)耗散功率≥1瓦晶體管的進(jìn)出口規(guī)模逐年增長(zhǎng)，且進(jìn)口規(guī)模增速大于出口規(guī)模 。IGBT屬于功率晶體管中技術(shù)壁壘較高的產(chǎn)品，我國(guó)起步較晚，還存在較廣闊的進(jìn)口替代空間。

技術(shù)迭代周期較長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)替代追趕至成熟產(chǎn)品

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，IGBT頭部供應(yīng)商英飛凌不斷改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)，將IGBT技術(shù)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(guó)內(nèi)部分供應(yīng)商目前能在第四代進(jìn)行量產(chǎn)。IGBT的發(fā)展方向依然是提高耐壓、增加電 流、擴(kuò)大功率、提升最高工作結(jié)溫。

車(chē)載IGBT模塊主導(dǎo)市場(chǎng)

IGBT具有導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高等特點(diǎn)，可以在各種電路中提高功率轉(zhuǎn)換、傳送和控制的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié) 約能源、提高工業(yè)控制水平的目的，廣泛應(yīng)用于電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車(chē)電子、新能 源發(fā)電、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域。

電動(dòng)車(chē)成為驅(qū)動(dòng)IGBT需求的主要?jiǎng)恿?。?jù)比亞迪半導(dǎo)招股書(shū)，從2020年IGBT模塊全球應(yīng)用占比來(lái)看，工業(yè)控制占比 33.5%，是目前IGBT最大的應(yīng)用領(lǐng)域，新能源汽車(chē)占比14.2%。未來(lái)，汽車(chē)電動(dòng)化、智能化推動(dòng)車(chē)規(guī)級(jí)IGBT成為增長(zhǎng)最 快的細(xì)分領(lǐng)域，遠(yuǎn)超行業(yè)平均增速。

受益于國(guó)內(nèi)新能源車(chē)的高速發(fā)展，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，新能源車(chē)IGBT在2020年已成為中國(guó)IGBT第一大應(yīng)用領(lǐng)域，占比約 30%。工業(yè)控制、消費(fèi)電子（家電）與新能源發(fā)電市場(chǎng)分別占比27%、22%、11%，為中國(guó)新能源汽車(chē)外前三大應(yīng)用領(lǐng) 域。

高功率IGBT價(jià)值凸顯

2022年國(guó)內(nèi)新能源車(chē)呈現(xiàn)市場(chǎng)下 沉的趨勢(shì)，A級(jí)車(chē)型以下的銷(xiāo)量占 比有所提升，但A級(jí)以上的車(chē)型需 要使用更大功率的IGBT。產(chǎn)品附 加值高，技術(shù)壁壘高的大功率 IGBT仍然是未來(lái)國(guó)產(chǎn)替代的主要 方向。

從主機(jī)廠的角度來(lái)觀察國(guó)內(nèi)IGBT 市場(chǎng)規(guī)模，國(guó)內(nèi)高端車(chē)型的主機(jī)廠 主要包括特斯拉、理想、蔚來(lái)、小 鵬等，電機(jī)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(dǎo)體、英飛凌提供， 國(guó)內(nèi)技術(shù)上還有差距。比亞迪的驅(qū) 動(dòng)IGBT大部分由比亞迪半導(dǎo)提供。 保守測(cè)算，短期內(nèi)國(guó)產(chǎn)替代的市場(chǎng) 在180kw以下，再除去比亞迪的 市場(chǎng)，2021年國(guó)內(nèi)供應(yīng)商主要面 對(duì)的車(chē)載驅(qū)動(dòng)IGBT的市場(chǎng)規(guī)模約 為25億元。

技術(shù)持續(xù)迭代，芯片、封裝具提升空間

目前，為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)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(guò)提高芯片電流密度，和改進(jìn)封裝工 藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊功率密度以及模塊電、熱性能的綜合提升。

在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，IGBT芯片性能優(yōu)化的思路基本為：在溝槽精細(xì)化的基礎(chǔ)上，采用薄片工藝并優(yōu)化背面緩沖層設(shè)計(jì)，再 結(jié)合優(yōu)良的終端結(jié)構(gòu)提高芯片耐壓等級(jí)；將IGBT芯片和反并聯(lián)二極管整合于一體，形成RC-IGBT結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升芯片電流 密度；芯片上集成溫度/電流傳感器，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻以及RC芯片，有利于提高芯片長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。

在封裝層面，為了實(shí)現(xiàn)高可靠性、高功率密度、成本優(yōu)勢(shì)，目前汽車(chē)廠商主流的幾種模塊應(yīng)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(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)并不是最優(yōu)設(shè)計(jì)，但由于其設(shè)計(jì)應(yīng)用的方便性，在短期內(nèi)還將占據(jù) 主流，技術(shù)改進(jìn)主要聚焦在散熱技術(shù)和可靠性。

國(guó)內(nèi)百舸爭(zhēng)流，車(chē)載IGBT加速替代

國(guó)產(chǎn)車(chē)載IGBT拐點(diǎn)已至，實(shí)現(xiàn)市占率的快速上升。 據(jù)愛(ài)集微，2022年一季度國(guó)內(nèi)出貨量前五的功率器 件供應(yīng)商中，已經(jīng)有三家中國(guó)本土企業(yè)入列，分別為 斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體、時(shí)代電氣，三家合計(jì)裝機(jī) 量占比約40%。

比亞迪半導(dǎo)體具備產(chǎn)業(yè)下游的支持，隨著比亞迪新能 源車(chē)的銷(xiāo)量增長(zhǎng)，比亞迪半導(dǎo)體的IGBT高速發(fā)展。 斯達(dá)半導(dǎo)生產(chǎn)的應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車(chē)規(guī)級(jí)IGBT 模塊持續(xù)放量，2021年合計(jì)配套超過(guò)60萬(wàn)輛新能源 汽車(chē)，其中A級(jí)及以上車(chē)型配套超過(guò)15萬(wàn)輛。時(shí)代電 氣具備高壓IGBT的豐富經(jīng)驗(yàn)，并且擁有中車(chē)集團(tuán)的 下游支持，2022年新能源車(chē)IGBT預(yù)計(jì)年內(nèi)交付的在 手訂單70萬(wàn)臺(tái)。

三、碳化硅勢(shì)在必行

車(chē)載碳化硅勢(shì)在必行

與硅（Si）相比，碳化硅（SiC）是一種介電擊穿強(qiáng)度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導(dǎo)率更高的半導(dǎo)體材料。因此，與硅 器件相比，當(dāng)用于半導(dǎo)體器件中時(shí)，碳化硅器件可以提供高耐壓、高速開(kāi)關(guān)和低導(dǎo)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(dǎo)，通過(guò)更改2kVA單相逆變器產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)元件（將IGBT替換為SiC MOSFET），額定運(yùn)行期間每個(gè)器件的損耗降低了約41%。這主要?dú)w功于SiC MOSFET卓越的開(kāi)關(guān)能力。

除了降低損耗外，采用SiC MOSFET還具有諸多優(yōu)點(diǎn)。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(jiǎn)化 現(xiàn)有散熱措施。此外，由于開(kāi)關(guān)損耗非常低，系統(tǒng)可在比IGBT開(kāi)關(guān)可支持頻率更高的頻率下運(yùn)行。如能提高開(kāi)關(guān)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

本土車(chē)廠進(jìn)入碳化硅元年

隨著越來(lái)越多新能源車(chē)型采用碳化硅器件，顯示出碳化硅對(duì)傳統(tǒng)車(chē)用硅基IGBT的替代已經(jīng)逐漸展開(kāi)。特斯拉上海工廠和比亞迪 在其電機(jī)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(chē)企業(yè) 也都將SiC功率器件作為未來(lái)新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選解決方案。

國(guó)內(nèi)SiC供應(yīng)商中，比亞迪半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了SiC三相全橋模塊在新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車(chē)。2022年，國(guó)內(nèi)造車(chē)新勢(shì) 力蔚來(lái)ET7、小鵬G9均采用了碳化硅器件。國(guó)內(nèi)車(chē)廠的SiC MOSFET滲透率有望加速提升，隨著搭載高功率電機(jī)的新能源車(chē)銷(xiāo) 量增長(zhǎng)，車(chē)載SiC MOSFET需求將持續(xù)增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)電驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET市場(chǎng)有望高速成長(zhǎng)

假設(shè)特斯拉品牌效應(yīng)對(duì)銷(xiāo)量的帶動(dòng)作用漸近瓶頸，國(guó)產(chǎn)品牌占比逐步提升，國(guó)內(nèi)本土品牌電車(chē)（電機(jī)功率高于180kw）銷(xiāo)量于 2025年達(dá)到2022年國(guó)內(nèi)整體銷(xiāo)量水平，2022-2025年銷(xiāo)量增速分別為52.9%、40%、30%、20%；

國(guó)產(chǎn)多款主流高端車(chē)型于2022年開(kāi)始搭載碳化碳MOSFET，碳化硅的滲透率有望加速，假設(shè)滲透率分別為20%、30%、40%、 50%；單車(chē)電驅(qū)動(dòng)SiC價(jià)值量每年下降5%。

據(jù)我們測(cè)算，至2025年，本土主機(jī)廠對(duì)電驅(qū)SiC需求空間約98.84億元，2021-2025年復(fù)合增長(zhǎng)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(zhǎng)、器件制造以及下游應(yīng)用市場(chǎng)。在碳化硅襯底上， 主要使用化學(xué)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(jìn)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(zhǎng)速度慢、缺陷控制難度大，推高了SiC的單片成本。

國(guó)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(lèi)是覆蓋較全的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，同時(shí)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(lèi)是只從事產(chǎn)業(yè)鏈的單個(gè)或者部分環(huán)節(jié)，例如II-VI公司等。

國(guó)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(shí)現(xiàn)了6英寸襯底的量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)公司如天岳 先進(jìn)于2019年才實(shí)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(guó)內(nèi)公司目前尚未有公司在8英寸實(shí)現(xiàn) 突破。器件方面，意法半導(dǎo)體、英飛凌等設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的SiC MOSFET已經(jīng)批量應(yīng)用于特斯拉，國(guó)內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪還處于小 批量供應(yīng)階段。

四、附表：全球產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

功率半導(dǎo)體現(xiàn)有產(chǎn)能

英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美等國(guó)際頭部功率半導(dǎo)體供應(yīng)商的現(xiàn)有產(chǎn)能以8英寸線為主，并逐漸向12英寸線轉(zhuǎn)移。日系 供應(yīng)商富士電機(jī)、東芝也在加速擴(kuò)張。國(guó)內(nèi)供應(yīng)商起步較晚，4至6英寸的功率半導(dǎo)體產(chǎn)線居多，但有多條8英寸、12英 寸以及碳化硅在建設(shè)、爬坡中。由于功率半導(dǎo)體的迭代速度較慢，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有更充足的時(shí)間追趕國(guó)際頭部公司，逐漸 實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)化。

全球擴(kuò)產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

國(guó)外供應(yīng)商擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目以12英寸功率半導(dǎo)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(shí)間在2023年之后，因此短 期內(nèi)，全球功率半導(dǎo)體仍將呈現(xiàn)供需緊張的局面。

國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體供應(yīng)商中，華潤(rùn)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(rùn)微、士蘭微、斯達(dá)半 導(dǎo)、時(shí)代電氣、燕東微電子正在建設(shè)、規(guī)劃碳化硅6至8英寸的產(chǎn)線。比亞迪、上汽集團(tuán)、蔚來(lái)、博格華納等主機(jī)廠及零部 件供應(yīng)商，也在積極布局IGBT和碳化硅模塊、芯片產(chǎn)線。

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