關(guān)于功率半導(dǎo)體對(duì)汽車的重要性分析

最近，瑞薩將以60億美元收購(gòu)IDT炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。作為全球排名第二的汽車半導(dǎo)體廠商，瑞薩這一大手筆并購(gòu)被看作是其進(jìn)一步強(qiáng)化自動(dòng)駕駛技術(shù)的大動(dòng)作，收購(gòu)IDT可以讓瑞薩獲得自動(dòng)駕駛所需的芯片資源。

不久前的7月底，高通并購(gòu)全球排名第一的汽車半導(dǎo)體廠商NXP宣告失敗，從而終結(jié)了這一持續(xù)近兩年的并購(gòu)案，顯然，并購(gòu)失敗令高通非常無奈且沮喪，因?yàn)檫@使其稱霸未來汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的宏圖失去了最雄厚的資源支持。

此外，最近兩年，作為汽車功率半導(dǎo)體的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商，安世半導(dǎo)體成為了中國(guó)各方資本爭(zhēng)奪的目標(biāo)，之所以這么搶手，也是由于都看到了其在汽車半導(dǎo)體，特別是功率半導(dǎo)體方面的巨大潛力，都想分一杯羹。

汽車驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體成長(zhǎng)

近5年，全球汽車產(chǎn)量從2012年的8213萬輛，增長(zhǎng)至2017年的9704萬輛，根據(jù)中國(guó)信息產(chǎn)網(wǎng)預(yù)估，從2018到2022年，全球汽車銷量年均復(fù)合年增長(zhǎng)率約為3.2%，預(yù)計(jì)2022年，全球汽車銷量將增加至1.14億輛。

中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，增長(zhǎng)率處于世界前列，產(chǎn)量由2012年的1930萬輛增長(zhǎng)至2017年的2900萬輛，平均年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.5%，已成為全球最大的汽車制造國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2017年，約占全球總產(chǎn)量的29.8%。預(yù)計(jì)到2022年，中國(guó)汽車產(chǎn)量將增長(zhǎng)至3970萬輛，約占全球產(chǎn)量的36.6%，2017至2022的年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.5%。

未來幾年，電動(dòng)汽車的銷量增速有望超過50%。據(jù)EV sales統(tǒng)計(jì)，2017年全球電動(dòng)車銷量超過122萬輛，同比增長(zhǎng)了58%。2018 年，電動(dòng)車銷量明顯提速，1~4月，全球電動(dòng)車銷售達(dá)到43.55萬輛，較去年同期增長(zhǎng)了68.18%，銷量呈現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

受益于政策支持及銷售補(bǔ)助，預(yù)計(jì)全球及中國(guó)新能源電動(dòng)車銷量的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到32%，這將帶動(dòng)相關(guān)半導(dǎo)體，電子產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，汽車作為拉動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三駕馬車之一絕非虛言（5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子被認(rèn)為是下一波帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大引擎）。

功率半導(dǎo)體需求增加

汽車中用量最多的半導(dǎo)體器件主要是三大類：傳感器，MCU和功率半導(dǎo)體。

這三類中，MCU的市場(chǎng)份額最大，其次是功率半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在動(dòng)力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全等系統(tǒng)當(dāng)中。

新能源汽車新增半導(dǎo)體用量中大部分是功率半導(dǎo)體。在傳統(tǒng)汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用在啟動(dòng)與發(fā)電、安全等領(lǐng)域，占傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體總量的20%，單車價(jià)值約為60美元。

由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當(dāng)電池輸出高電壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)行電壓變換，這時(shí)電壓轉(zhuǎn)換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對(duì)IGBT、MOSFET、 二極管等半導(dǎo)體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動(dòng)了汽車電子系統(tǒng)對(duì)功率器件需求的增加。

根據(jù)麥肯錫的統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達(dá)387美元，占55%。純電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。

IGBT增長(zhǎng)突出

功率半導(dǎo)體是電動(dòng)車成本占比僅次于電池的第二大核心零部件。新能源電動(dòng)車動(dòng)力產(chǎn)生和傳輸過程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有較大差異，需要頻繁進(jìn)行電壓變換和直流-交流轉(zhuǎn)換。加之純電動(dòng)車對(duì)續(xù)航里程的高需求，使得電能管理需求更精細(xì)化，這些對(duì)IGBT、MOSFET、二極管等功率分立器件的需求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。而作為新興功率器件，IGBT在汽車需求的帶動(dòng)下，將出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

隨著新能源汽車的普及，IGBT作為重要的功率器件，受到了廣泛的關(guān)注。IGBT 模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車及充電樁等設(shè)備的核心部件。有統(tǒng)計(jì)顯示，IGBT模塊占電動(dòng)汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。

IGBT 廣泛運(yùn)用于汽車電機(jī)控制系統(tǒng)，目前，汽車電機(jī)控制系統(tǒng)需要用到數(shù)十個(gè)IGBT。以特斯拉為例，特斯拉后三相交流異步電機(jī)每相要用到28個(gè)IGBT，總計(jì)要用84個(gè)IGBT，加上電機(jī)其他部位的IGBT，特斯拉共計(jì)使用了96個(gè)IGBT（雙電機(jī)還要加前電機(jī)的36個(gè)）。按照 4~5美元/個(gè)的價(jià)格計(jì)算，雙電機(jī)IGBT價(jià)值大概在650美元左右。

車用充電機(jī)

電動(dòng)汽車車載充電機(jī)（OBC）主要用于為電動(dòng)車動(dòng)力電池安全、自動(dòng)充滿電，依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，充電機(jī)能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成充電過程。

車載充電機(jī)作為一個(gè)電力電子系統(tǒng)，主要由功率電路和控制電路組成。對(duì)于功率電路，由變壓器和功率管組成的DC/DC變換器是其重要組成部分。對(duì)于控制電路，它的核心是控制器，用來實(shí)現(xiàn)與BMS的CAN通信，并控制功率電路按照三段式充電曲線給鋰電池組充電。當(dāng)車載充電機(jī)接上交流電后，并不是立刻將電能輸出給電池，而是通過BMS電池管理系統(tǒng)，首先對(duì)電池的狀態(tài)進(jìn)行采集分析和判斷，進(jìn)而調(diào)整充電機(jī)的充電參數(shù)。

隨著電動(dòng)車的普及，車載充電機(jī)的用量越來越大，對(duì)相關(guān)功率器件和電源管理IC的需求量很大，而這些在傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力車中是沒有的，會(huì)吞食大量的功率半導(dǎo)體器件，其市場(chǎng)發(fā)展前景不容忽視。

市場(chǎng)格局

Infineon預(yù)估，隨著全球汽車產(chǎn)量增長(zhǎng)，同時(shí)汽車電動(dòng)化、智能化、舒適化趨勢(shì)帶來汽車中單機(jī)功率半導(dǎo)體價(jià)值量提升，共同驅(qū)動(dòng)汽車對(duì)功率半導(dǎo)體的需求，未來3~5年增速約為8%。

ON Semi報(bào)告顯示，2016年全球汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約為55億美元，預(yù)計(jì)2020年汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)70億美元。

在新能源汽車用功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，歐美日廠商三足鼎立。歐洲廠商主要包括英飛凌、意法半導(dǎo)體、博世、恩智浦等；美國(guó)廠商主要包括德州儀器、安森美半導(dǎo)體、威世半導(dǎo)體等；日本廠商則主要包括東芝、三菱電機(jī)、瑞薩、羅姆半導(dǎo)體等。

圖：全球汽車功率半導(dǎo)體廠商排名，資料來源：strategy analytics

而從汽車用功率半導(dǎo)體廠商排名來看，來自strategy analytics的數(shù)據(jù)顯示，英飛凌以25.6%的市占率排第一，意法半導(dǎo)體13.4%排第二，博世9.2%排第三，恩智浦8.8%排第四，緊隨其后的是德州儀器，市占率為8.2%。

供需趨于緊張

半導(dǎo)體元器件在汽車中的用量成倍增長(zhǎng)，而功率半導(dǎo)體對(duì)硅片的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸硅片僅能切割70~80顆IGBT芯片。目前，電動(dòng)車尚處于滲透率較低的產(chǎn)業(yè)化初期，汽車半導(dǎo)體用量需求的成長(zhǎng)空間很大，這些將帶動(dòng)硅片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入長(zhǎng)期、持續(xù)的供需緊張狀態(tài)。

例如在純電動(dòng)車方面，一輛tesla model x汽車需要使用84顆IGBT，這樣算來，基本上一輛車就要消耗掉一片硅片?；旌蟿?dòng)力汽車的功率半導(dǎo)體用量相對(duì)較少，以寶馬i3為例，單輛汽車的功率半導(dǎo)體硅片消耗量約為1/4片。

預(yù)計(jì)到2022年，全球電動(dòng)車銷量有望突破1000萬輛，以平均每輛車消耗1/2片硅片計(jì)算，對(duì)應(yīng)功率半導(dǎo)體硅片消耗量將達(dá)到500萬片左右。

今年，進(jìn)入二季度以來，功率器件延續(xù)供需緊張局面。來自IC分銷商富昌電子的市場(chǎng)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，MOSFET、TVS、肖特基二極管等功率器件產(chǎn)品的交期普遍延長(zhǎng)，行業(yè)呈現(xiàn)出明顯的供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)，這其中，來自汽車用的功率器件是重要組成部分。

與此同時(shí)，英飛凌等國(guó)際大廠均優(yōu)先將產(chǎn)能分配給了毛利率較高的新產(chǎn)品，如汽車和工業(yè)用器件，退出了中低壓MOSFET，這就導(dǎo)致MOSFET供需缺口擴(kuò)大。英飛凌、意法半導(dǎo)體等大廠下半年的MOSFET產(chǎn)能被預(yù)訂一空，ODM/OEM及系統(tǒng)廠只能大舉轉(zhuǎn)單中國(guó)***MOSFET廠，包括富鼎、大中、尼克森、杰力第三季接單全滿，漲價(jià)5%～10％后的產(chǎn)能已全數(shù)賣光，已開始接10月之后訂單。

IDM大廠將MOSFET產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至高毛利的汽車及工業(yè)用領(lǐng)域，同時(shí)提高IGBT及整合電源模組（IPM）產(chǎn)能，導(dǎo)致MOSFET出現(xiàn)缺貨壓力。在這種情況下，IDM 廠也順勢(shì)調(diào)漲了MOSFET第三季價(jià)格，漲幅在5%～10％之間，第四季很可能繼續(xù)漲價(jià)。

一般情況下，MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期在8~12周左右，但現(xiàn)在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已延長(zhǎng)到20~40周，而低壓MOSFET交期接近或超過40周，其中，汽車功率器件的貨期問題尤為顯著，IGBT的交期最高已經(jīng)達(dá)到52周。

中國(guó)市場(chǎng)

中國(guó)是新能源汽車最重要的市場(chǎng)之一， 中國(guó)新能源車銷售量占全球銷量一半以上。

在這樣的市場(chǎng)背景下，國(guó)際半導(dǎo)體大廠紛紛與國(guó)內(nèi)汽車主機(jī)廠建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，例如，在2018年3月，上汽集團(tuán)與英飛凌成立合資企業(yè)——上汽英飛凌半導(dǎo)體公司，上汽集團(tuán)持股 51%，英飛凌持股49%，計(jì)劃于今年下半年開始批量生產(chǎn)。

據(jù)悉，上汽英飛凌半導(dǎo)體聚焦IGBT模塊封裝業(yè)務(wù)，旨在服務(wù)上汽集團(tuán)及其他國(guó)內(nèi)新能源汽車廠商，項(xiàng)目一期投資16億元，預(yù)計(jì)未來2~3年實(shí)現(xiàn)100萬套的年產(chǎn)能。

另外，不久前，聞泰科技已取得安世半導(dǎo)體控股權(quán)，安世半導(dǎo)體源于NXP的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品業(yè)務(wù)，在汽車功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域有著深厚的積累，其有兩座晶圓廠（6英寸、8英寸）及三座封測(cè)廠，2017年銷售額超過13億美元，該公司超過50%的產(chǎn)品應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，按照規(guī)劃，安世半導(dǎo)體未來有望在中國(guó)大陸擴(kuò)產(chǎn)，這可以說是給我國(guó)本土汽車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打了一針強(qiáng)心劑。

對(duì)比汽車半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)格局和國(guó)外廠商的發(fā)展史，中國(guó)國(guó)內(nèi)廠商主要有兩種發(fā)展路徑：一是在傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域通過收購(gòu)獲得技術(shù)和客戶資源；二是在新能源汽車功率半導(dǎo)體和智能汽車芯片上發(fā)力。

在傳統(tǒng)汽車電子半導(dǎo)體市場(chǎng)，國(guó)外廠商憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)和穩(wěn)定的配套關(guān)系掌握著主動(dòng)權(quán)，國(guó)內(nèi)廠商難以取得突破，對(duì)外收購(gòu)成為了國(guó)內(nèi)廠商涉入汽車電子半導(dǎo)體領(lǐng)域的捷徑，除了安世半導(dǎo)體，四維圖新、曠達(dá)科技等廠商，通過收購(gòu)快速進(jìn)入了汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域。

電動(dòng)化為汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來新增需求的同時(shí)，也為國(guó)內(nèi)汽車半導(dǎo)體廠商提供了不少機(jī)遇。目前，國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)開始在新能源汽車功率半導(dǎo)體和智能汽車芯片上布局，功率半導(dǎo)體方面的代表廠商包括比亞迪、中國(guó)中車、士蘭微電子等，而智能汽車芯片方面的代表企業(yè)有寒武紀(jì)和地平線等。

總體來看，中國(guó)本土的汽車功率半導(dǎo)體廠商還比較弱，市占率比較低，如果不通過并購(gòu)獲得國(guó)外優(yōu)質(zhì)資源的話，短時(shí)間內(nèi)難以與國(guó)際大廠形成真正的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，還需要不斷成長(zhǎng)，道阻且長(zhǎng)。

結(jié)語

汽車市場(chǎng)發(fā)展方興未艾，汽車的各大系統(tǒng)組成對(duì)半導(dǎo)體元器件的種類和數(shù)量需求都很旺盛，這其中，功率半導(dǎo)體表現(xiàn)將尤為突出，必將是國(guó)內(nèi)外廠商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，好戲在后頭。