車規(guī)功率半導(dǎo)體被玩家壟斷，2023年看不到供需緩解跡象

中國作為全球最大的新能源汽車市場，其銷量占全球比重已達(dá)53%。但在車規(guī)功率器件市場方面，一直以來卻被國際巨頭占據(jù)，國內(nèi)自給率僅8%，存在巨大的供需缺口?？上驳氖?，在新能源汽車超預(yù)期發(fā)展、供應(yīng)鏈安全、國產(chǎn)替代進(jìn)程加速推進(jìn)的驅(qū)動下，國內(nèi)已經(jīng)有一批車規(guī)功率器件廠商崛起，并且迎來快速發(fā)展。

功率半導(dǎo)體能改變電路中的電壓、電流、頻率、導(dǎo)通狀態(tài)等物理特性，以實現(xiàn)對電能的管理，是電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心器件。

功率器件品類眾多，其中車規(guī)功率器件量價齊升市場規(guī)模已超過1000億元

按技術(shù)特點與功能的不同，功率半導(dǎo)體器件可以分為二極管、晶閘管、晶體管等產(chǎn)品。其中，晶體管包含BJT、MOSFET、IGBT等熱門品線，總體占比超過70%，是功率半導(dǎo)體市場份額中最大的品類。

資料來源：Omdia

具體來看，二極管中商業(yè)化較為成功的器件包括PiN功率二極管和肖特基勢壘功率二極管，二者在開關(guān)速度、開關(guān)頻率等方面呈現(xiàn)互補(bǔ)關(guān)系；晶閘管則是一種半控型功率器件，早期由于其較高的電壓和應(yīng)用電流，被廣泛應(yīng)用率高功率場景；BJT是結(jié)構(gòu)相對簡單的功率器件，其在功率和頻率上的表現(xiàn)都不突出，但由于其工藝成熟、成本較低等優(yōu)點，仍在低端功率應(yīng)用場景中具備一定的份額；功率 MOS 可以進(jìn)一步細(xì)分為平面型MOSFET、溝槽型MOSFET、超結(jié)MOSFET、屏蔽柵MOSFET等，分別具有不同的功率和頻率特性，應(yīng)用場景較為廣泛；而IGBT 的出現(xiàn)大大拓寬了硅基功率半導(dǎo)體的工作電壓范圍，其最高工作電壓達(dá)到 6500V，同時具備功率 MOS 相對合適的工作頻率，在電動車、軌道交通、電網(wǎng)、光伏和風(fēng)電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

市場規(guī)模方面，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2020年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到 452 億美元，其中功率 IC 市場規(guī)模為 243 億美元，功率器件市場規(guī)模為 209 億美元。功率器件中，二極管、晶閘管、BJT、功率 MOS 和 IGBT 的市場規(guī)模分別為 38.7 億美元、4.7 億美元、18.1 億美元、81 億美元和 66.5 億美元。

值得強(qiáng)調(diào)的是，隨著近年來汽車電動化的發(fā)展，功率半導(dǎo)體的具體應(yīng)用場景已經(jīng)從燃油車時代的輔助驅(qū)動系統(tǒng)單一場景不斷向牽引逆變器、OBC、高低壓輔助驅(qū)動系統(tǒng)、DC/DC模塊、充電樁等多個細(xì)分領(lǐng)域拓展，以此帶來了內(nèi)部功率半導(dǎo)體使用數(shù)量的快速增加。

功率半導(dǎo)體在新能源汽車上的應(yīng)用

資料來源：英飛凌

除了數(shù)量大幅增長之外，相較于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車的功率越大，電氣化程度越高，其單車功率半導(dǎo)體價值量也就越大。根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，目前新能源汽車的單車功率半導(dǎo)體價值量可達(dá)到458.7美元，約為傳統(tǒng)燃油車87.6美元的 5 倍。在量價齊升的帶動下，汽車領(lǐng)域功率半導(dǎo)體市場份額逐年提高，目前占比已經(jīng)達(dá)到35%，金額約為160億美元。

車規(guī)功率半導(dǎo)體被國際玩家壟斷，供需缺口在2023年看不到緩解的跡象

功率半導(dǎo)體器件又被稱為電力電子器件，是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成電力電子變換裝置的核心器件。

根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2021年前十大功率半導(dǎo)體為英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、東芝、威仕、恩智浦、瑞薩、羅姆。其中，排名第一的英飛凌以48.69億美元的銷售額排名第一，市占率約20%左右；安森美以20.51億美元的銷售額緊隨其后排名第二，市占率約9%左右；第3-10名合計市占率約30%左右，排名每年變化迅速。

此外，值得注意的是企業(yè)榜單中有一半為日本企業(yè)，分別是三菱電機(jī)(第4)、富士電機(jī)(第5)、東芝(第6)、瑞薩(第9)、羅姆(第10)，五家企業(yè)的營收在過去三年內(nèi)大體保持在榜單總營收的32%~33%左右。

資料來源：Omdia

（一）二極管與晶閘管

從細(xì)分品類來看，二極管的導(dǎo)通和截止，相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。目前包括肖特基二極管、碳化硅二極管、超快二極管等產(chǎn)品已經(jīng)在汽車領(lǐng)域廣泛使用。

據(jù)GIR (Global Info Research)調(diào)研，2021年全球車規(guī)級二極管收入大約491.6百萬美元，預(yù)計2028年達(dá)到810.1百萬美元，2022至2028期間年復(fù)合增長率CAGR為 7.4%。國際上目前車規(guī)二級管的玩家主要有英飛凌、安森美、恩智浦、威仕、羅姆等。

而晶閘管是基礎(chǔ)型功率半導(dǎo)體分立器件，由于具有技術(shù)成熟、工作可靠性高、性價比優(yōu)勢明顯等特點，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的各個應(yīng)用場合占有重要地位，具有應(yīng)用廣泛性和不可替代性的特點。

據(jù)華金產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2021年全球晶閘管中，意法半導(dǎo)體市占率20.4%，排名第一；威仕占比13.7%，排名第二。而在車規(guī)晶閘管方面，意法半導(dǎo)體、威仕、瑞薩等企業(yè)排名前列。

資料來源：華金產(chǎn)業(yè)研究院

（二）MOSFET

MOSFET是汽車電子的核心。相較于其他功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，MOSFET具有開關(guān)頻率高，穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點，已經(jīng)在汽車領(lǐng)域廣泛使用，2022年其占比已經(jīng)達(dá)到22%，并且有逐年加大的趨勢。

從汽車MOSFET的主要玩家來看，主要以英飛凌、安森美、瑞薩、東芝、意法半導(dǎo)體、羅姆、微芯科技等廠商為主。

2022年四季度，各類型MOSFET（低壓、高壓、 寬帶隙）交期均維在24周以上，其中英飛凌、意法半導(dǎo)體等大廠的交期更是在42周以上，由此可見市場對MOSFET產(chǎn)品需求依舊維持高漲；從價格趨勢上來看，大部分MOSFET廠商產(chǎn)品價格維持穩(wěn)定，市場短期內(nèi)未看到下行的風(fēng)險。

（三）IGBT

IGBT在新能源汽車中的主要應(yīng)用包括電機(jī)控制器、車載充電器（OBC）、車載空調(diào)、以及為新能源汽車充電的直流充電樁中。

從價值量來看，IGBT及IGBT模塊在新能源汽車成本結(jié)構(gòu)中，占驅(qū)動系統(tǒng)的比重已達(dá)50%，占全車成本的比重也高達(dá)8-10%，是新能源汽車中成本最高的單一元器件，并且單車價值量在持續(xù)提升，價值量占新增器件比重超過80%，是功率器中在汽車電動化過程中最受益的品種。

競爭格局方面，目前IGBT主要由歐洲和日本大廠主導(dǎo)，前五大廠商市占率超過60%。據(jù)民生證券統(tǒng)計，目前英飛凌市占率為32.7%，是IGBT領(lǐng)域的絕對巨頭。除了英飛凌之外，三菱電機(jī)和富士電機(jī)目前市占率都為9.6%，其他廠商比如賽米控市占率為6%、Vincotech市占率為4.4%、日立市占率為2.7%。

由于新能源汽車需求端的爆發(fā)與供給端擴(kuò)產(chǎn)周期的錯配，導(dǎo)致目前整個汽車IGBT都處于嚴(yán)重供不用求的狀態(tài)。

早在2022年，業(yè)內(nèi)就傳出安森美深圳工廠的2023年產(chǎn)能已全部售罄，為了防止交不上貨的風(fēng)險，公司已停止接受新的IGBT訂單。作為汽車行業(yè)前十大半導(dǎo)體供應(yīng)商之一，安森美IGBT模塊產(chǎn)能超五十萬只，收入的近1/3來自汽車市場。而安森美停止接單的這一舉動，足以說明當(dāng)下車規(guī)IGBT行情的火熱。供應(yīng)鏈人士認(rèn)為，目前車規(guī)IGBT的供需缺口在2023年看不到任何緩解的跡象。

（四）碳化硅功率器件

SiC功率器件在新能源汽車中主要應(yīng)用于主驅(qū)逆變器、OBC、DC/DC車載電源轉(zhuǎn)換器和大功率DC/DC充電器領(lǐng)域。

其中，在主逆變器中，碳化硅能將動力電池的直流電逆變成三相交流電驅(qū)動電機(jī)；在OBC（車載充電機(jī)）中，能將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)變成對應(yīng)電壓的直流電為動力電池充電；而在DC-DC中，碳化硅功率器件將動力電池的高電壓轉(zhuǎn)換為12V、48V等低電壓，為其他低電壓系統(tǒng)供電。

從整體市場布局看，目前碳化硅器件尤其是車用碳化硅功率器件市場主要由海外大廠掌控，包括意法半導(dǎo)體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆及安森美等頭部IDM廠商深耕車用市場多年，跨足上游材料到加工器件等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，并且與各車企及Tier1廠商及車企合作緊密，市場優(yōu)勢明顯。

數(shù)據(jù)來源：Yole

具體來看，意法半導(dǎo)體在車規(guī)碳化硅領(lǐng)域擁有先發(fā)優(yōu)勢，其通過率先打入特斯拉供應(yīng)鏈，目前在車規(guī)級碳化硅模塊應(yīng)用市場占比約41%；英飛凌依托其在車規(guī)級功率器件方面的技術(shù)積淀，近兩年開拓了大眾、現(xiàn)代、日產(chǎn)、小鵬等客戶，市占率快速提升，目前市占率為23%；此外，安森美也看好并積極“押注”車規(guī)級碳化硅產(chǎn)品，2021年通過收購襯底供應(yīng)商GTAT，搭建了從碳化硅晶錠、襯底、器件生產(chǎn)到模塊封裝的垂直整合模式，建立了自己獨特的競爭優(yōu)勢，主要客戶有蔚來、特斯拉、奔馳等。

資料來源：芯八哥整理

依托最大的新能源汽車市場，國內(nèi)車規(guī)功率器件廠商在國產(chǎn)替代的驅(qū)動下迅速崛起

從技術(shù)層面來說，由于功率半導(dǎo)體對晶圓尺寸及工藝制程要求相對較低，比如二極管、晶閘管等功率器件目前還是以4英寸/6英寸的微米級別的工藝制程為主，其他如MOSFET和IGBT雖然工藝要求更高一點，但目前也還是以8英寸的工藝制程為主，這和邏輯芯片不斷追求摩爾定律快速更新迭代有較大的區(qū)別。

功率器件和邏輯器件在晶圓尺寸和工藝制程的對比

資料來源：集邦咨詢

因此，在當(dāng)前全球汽車缺芯疊加國產(chǎn)替代的大背景下，依靠國內(nèi)豐富的晶圓代工、封測資源，我國功率器件廠商或?qū)⒂瓉須v史性發(fā)展機(jī)遇。

總體來看，由于二極管和晶閘管出現(xiàn)的時間相對較早，總體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝較為簡單，目前我國廠商已經(jīng)在這兩個領(lǐng)域取得了一定的發(fā)展成績。而目前需求增長較快的MOSFET、IGBT等晶體管系列，當(dāng)前正處于下游高景氣和國產(chǎn)替代的關(guān)鍵時期，也有一部分廠商在上述領(lǐng)域開始崛起。

（一）二極管與晶閘管

從細(xì)分市場來看，在二極管領(lǐng)域，安世半導(dǎo)體、蘇州固鍀、揚杰科技、捷捷微電等廠商市占率位于國內(nèi)前列。其中安世半導(dǎo)體在汽車二極管方面擁有汽車齊納二極管、汽車肖特基二極管和整流器、汽車開關(guān)二極管等產(chǎn)品，客戶除了特斯拉、比亞迪等汽車終端廠商外,也包括了大陸、德爾福、電裝等全球頂尖的Tier1廠商；揚杰科技緊抓功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代契機(jī)，新能源汽車業(yè)務(wù)正在持續(xù)放量。截至目前，公司已獲得比亞迪、吉利、海馬、長安汽車、上汽榮威等客戶的認(rèn)證和訂單；捷捷微電在新能源汽車方面，有部分瞬態(tài)二極管產(chǎn)品已經(jīng)用于充電樁上，主要合作客戶有東風(fēng)、羅思韋爾等。

在晶閘管領(lǐng)域，2021年捷捷微電、時代電氣、臺基股份分別以28.5%、14.4%、10.7%的比例位于國內(nèi)市場前三。其中，捷捷微電在國內(nèi)汽車電子領(lǐng)域合作客戶有比亞迪、羅思韋爾等，主要用于充電樁中。

資料來源：華金產(chǎn)業(yè)研究院

（二）MOSFET

MOSFET方面，據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)顯示，一輛電動車的MOSFET分立器件用量接近200 個，部分高端新能源汽車車型對MOSFET的需求可達(dá)400個/輛以上，價值總量約傳統(tǒng)燃油車的5倍。

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前華潤微、士蘭微、安世半導(dǎo)體在MOSFET市場份額上位列國內(nèi)廠商前三，其他比如揚杰科技、蘇州固锝、華微電子、新潔能、東微半導(dǎo)、捷捷微電等近年來發(fā)展也非常迅速。

從客戶來看，目前華潤微MOSFET的汽車客戶主要有比亞迪等頭部新能源汽車廠商；士蘭微在汽車MOSFET領(lǐng)域，目前正在與零跑、匯川、比亞迪、菱電等部分整車廠和Tier1客戶配合上量中，預(yù)計車載半導(dǎo)體器件將是公司銷售增長的主要來源之一；安世的MOSFET客戶包括比亞迪、寶馬、大眾、大陸、德爾福、電裝、博世等全球頂尖的汽車終端廠和Tier1廠商；此外，新潔能作為國內(nèi)首家研發(fā)并量產(chǎn)P溝道SGT-MOSFET的設(shè)計公司，公司直接向比亞迪供貨并形成大批量銷售，并通過多家Tier1廠商進(jìn)入理想、小鵬、蔚來、極氪等整車客戶，部分客戶亦已實現(xiàn)規(guī)模銷售。

（三）IGBT

中國作為全球最大的新能源汽車市場之一，隨著國外IGBT產(chǎn)品供應(yīng)不足、交期一再拉長，國內(nèi)客戶除了下全款訂單等待產(chǎn)品的同時，也正在逐步接受國產(chǎn)IGBT產(chǎn)品，并且開始有意識培養(yǎng)國內(nèi)供應(yīng)鏈，這給國內(nèi)IGBT廠商帶來了新的機(jī)會。

目前，在IGBT領(lǐng)域，比亞迪、斯達(dá)半導(dǎo)、時代電氣排名前三，此外士蘭微、華潤微、宏微科技、新潔能、智新半導(dǎo)體、青藍(lán)半導(dǎo)體、翠展微等企業(yè)在車規(guī)IGBT領(lǐng)域也發(fā)展迅速。

我國IGBT產(chǎn)業(yè)鏈情況

資料來源：網(wǎng)絡(luò)

具體來看，比亞迪半導(dǎo)體背靠母公司比亞迪，占據(jù)中國最大的終端市場，其IGBT模塊主要供自己使用。在自有產(chǎn)能嚴(yán)重供不應(yīng)求的情況下，近年來比亞迪也逐漸向士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)、時代電氣、華潤微等具備車規(guī)級IGBT生產(chǎn)能力的本土企業(yè)下單，訂單級別達(dá)億元，以保障激增的新能源汽車生產(chǎn)對IGBT的需求；斯達(dá)半導(dǎo)與國內(nèi)大部分主流車企已取得合作關(guān)系，當(dāng)前客戶包括比亞迪、廣汽、長安、奇瑞、北汽等；時代電氣主供中車旗下商用車，目前已大批量供貨廣汽、東風(fēng)、小鵬、理想等客戶；士蘭微當(dāng)前主供客戶包括零跑、匯川、上汽、吉利等廠商；宏微科技正在和一汽、北汽、長城等廠商進(jìn)行定點項目認(rèn)證工作；東風(fēng)汽車旗下智新半導(dǎo)體的IGBT生產(chǎn)線已完全進(jìn)入自動化生產(chǎn)流程，一期年產(chǎn)能為30萬只。二期建成后，年產(chǎn)能將達(dá)到120萬只，產(chǎn)品已應(yīng)用于東風(fēng)風(fēng)神、嵐圖等自主品牌車型；廣汽集團(tuán)子公司與株洲中車時代合資設(shè)立青藍(lán)半導(dǎo)體，一期和二期規(guī)劃項目全部建成后，可實現(xiàn)年產(chǎn)60萬只汽車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。

資料來源：芯八哥整理

（四）碳化硅功率半導(dǎo)體

經(jīng)過若干年的發(fā)展，碳化硅與功率器件主要的結(jié)合方式主要包括包括二極管、晶體管和模塊（混合模塊）三大類。其中碳化硅二極管和MOSFET晶體管因其性能優(yōu)越，成為目前應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化成熟度最高的碳化硅功率器件。此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，碳化硅（混合）模塊也開始逐漸成為當(dāng)前較多廠商的應(yīng)用選擇。

根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，2021年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模約10.9億美元，其中汽車用碳化硅市場規(guī)模達(dá)6.9億美元，占比達(dá)63%。隨著碳化硅在新能源汽車滲透率快速提升，其市場規(guī)模也將不斷擴(kuò)大。

從主要玩家來看，國內(nèi)車用SiC功率器件供應(yīng)商主要有比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)、三安光電、泰科天潤、聞泰科技及基本半導(dǎo)體等集芯片設(shè)計、制造、封測為一體的IDM廠商。

資料來源：芯八哥整理

上車情況方面，比亞迪的碳化硅產(chǎn)品主要供旗下車型使用為主，已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用到比亞迪漢EV高性能四驅(qū)版本等多款車型上；三安光電作為碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈公司，其長沙SiC全產(chǎn)業(yè)鏈工廠實現(xiàn)投產(chǎn)，至今公司650V到1700V SiC二極管產(chǎn)品累計出貨達(dá)百余萬顆，主要汽車客戶主要有吉利、廣汽、福汽及金龍等；斯達(dá)半導(dǎo)目前已有多個碳化硅MOSFET的800V定點項目，早在2021年碳化硅模塊的在手訂單就已經(jīng)達(dá)到3.4億元，主要客戶有小鵬、奇瑞、華為等；華潤微在碳化硅領(lǐng)域主要有1200V碳化硅MOSFET等產(chǎn)品，2022上半年碳化硅器件營收同比增長433%，待交訂單超過1000萬元，主要汽車客戶有華為、上汽、長安等。

展望2023年，隨著800V高壓平臺的繼續(xù)推進(jìn)，將有更多的碳化硅器件會在新能源車上搭載，相關(guān)國產(chǎn)廠商已經(jīng)迎來國產(chǎn)替代的關(guān)鍵窗口期。

中國作為全球最大的新能源汽車市場，其銷量占全球比重已達(dá)53%。但在車規(guī)功率器件市場方面，一直以來卻被國際巨頭占據(jù)，國內(nèi)自給率僅8%，存在巨大的供需缺口。

此外，由于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)迭代速度較慢，并且使用周期較長，這給了國內(nèi)廠商充足的發(fā)展和追趕的時間。未來，在新能源汽車超預(yù)期發(fā)展、供應(yīng)鏈安全、國產(chǎn)替代進(jìn)程加速推進(jìn)的驅(qū)動下，相信會有一批有相關(guān)技術(shù)儲備的國內(nèi)功率器件企業(yè)會抓住新能源汽車的發(fā)展機(jī)會最終脫穎而出。

編輯：黃飛

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