千亿市场，自给率仅8％！国产车规功率器件替代迫在眉睫

免责声明：文章归作者所有，转载仅为分享和学习使用，不做任何商业用途！内容如有侵权，请联系本部删除！（手机微信同号15800497114）来源：芯八哥中国作为全球最大的新能源汽车市场，其销量占全球比重已达53%。但在车规功率器件市场方面，一直以来却被国际巨头占据，国内自给率仅8%，存在巨大的供需缺口。可喜的是，在新能源汽车超预期发展、供应链安全、国产替代进程加速推进的驱动下，国内已经有一批车规功率器件厂商崛起，并且迎来快速发展。

功率半导体能改变电路中的电压、电流、频率、导通状态等物理特性，以实现对电能的管理，是电能转换与电路控制的核心器件。
功率器件品类众多，其中车规功率器件量价齐升市场规模已超过1000亿元
按技术特点与功能的不同，功率半导体器件可以分为二极管、晶闸管、晶体管等产品。其中，晶体管包含BJT、MOSFET、IGBT等热门品线，总体占比超过70%，是功率半导体市场份额中最大的品类。
资料来源：Omdia
具体来看，二极管中商业化较为成功的器件包括PiN功率二极管和肖特基势垒功率二极管，二者在开关速度、开关频率等方面呈现互补关系；晶闸管则是一种半控型功率器件，早期由于其较高的电压和应用电流，被广泛应用率高功率场景；BJT是结构相对简单的功率器件，其在功率和频率上的表现都不突出，但由于其工艺成熟、成本较低等优点，仍在低端功率应用场景中具备一定的份额；功率 MOS 可以进一步细分为平面型MOSFET、沟槽型MOSFET、超结MOSFET、屏蔽栅MOSFET等，分别具有不同的功率和频率特性，应用场景较为广泛；而IGBT 的出现大大拓宽了硅基功率半导体的工作电压范围，其最高工作电压达到 6500V，同时具备功率 MOS 相对合适的工作频率，在电动车、轨道交通、电网、光伏和风电等领域具有广泛的应用。

市场规模方面，根据Omdia的数据，2020年全球功率半导体市场规模达到 452 亿美元，其中功率 IC 市场规模为 243 亿美元，功率器件市场规模为 209 亿美元。功率器件中，二极管、晶闸管、BJT、功率 MOS 和 IGBT 的市场规模分别为 38.7 亿美元、4.7 亿美元、18.1 亿美元、81 亿美元和 66.5 亿美元。
值得强调的是，随着近年来汽车电动化的发展，功率半导体的具体应用场景已经从燃油车时代的辅助驱动系统单一场景不断向牵引逆变器、OBC、高低压辅助驱动系统、DC/DC模块、充电桩等多个细分领域拓展，以此带来了内部功率半导体使用数量的快速增加。
功率半导体在新能源汽车上的应用资料来源：英飞凌
除了数量大幅增长之外，相较于传统燃油车，新能源汽车的功率越大，电气化程度越高，其单车功率半导体价值量也就越大。根据英飞凌数据，目前新能源汽车的单车功率半导体价值量可达到458.7美元，约为传统燃油车87.6美元的 5 倍。在量价齐升的带动下，汽车领域功率半导体市场份额逐年提高，目前占比已经达到35%，金额约为160亿美元。

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车规功率半导体被国际玩家垄断，供需缺口在2023年看不到缓解的迹象
功率半导体器件又被称为电力电子器件，是电力电子技术的基础，也是构成电力电子变换装置的核心器件。
根据Omdia的数据，2021年前十大功率半导体为英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、富士电机、东芝、威仕、恩智浦、瑞萨、罗姆。其中，排名第一的英飞凌以48.69亿美元的销售额排名第一，市占率约20%左右；安森美以20.51亿美元的销售额紧随其后排名第二，市占率约9%左右；第3-10名合计市占率约30%左右，排名每年变化迅速。
此外，值得注意的是企业榜单中有一半为日本企业，分别是三菱电机(第4)、富士电机(第5)、东芝(第6)、瑞萨(第9)、罗姆(第10)，五家企业的营收在过去三年内大体保持在榜单总营收的32%~33%左右。
资料来源：Omdia
（一）二极管与晶闸管
从细分品类来看，二极管的导通和截止，相当于开关的接通与断开。目前包括肖特基二极管、碳化硅二极管、超快二极管等产品已经在汽车领域广泛使用。
据GIR (Global Info Research)调研，2021年全球车规级二极管收入大约491.6百万美元，预计2028年达到810.1百万美元，2022至2028期间年复合增长率CAGR为 7.4%。国际上目前车规二级管的玩家主要有英飞凌、安森美、恩智浦、威仕、罗姆等。
而晶闸管是基础型功率半导体分立器件，由于具有技术成熟、工作可靠性高、性价比优势明显等特点，在发电、输电、变电、配电、用电的各个应用场合占有重要地位，具有应用广泛性和不可替代性的特点。
据华金产业研究院的数据，2021年全球晶闸管中，意法半导体市占率20.4%，排名第一；威仕占比13.7%，排名第二。而在车规晶闸管方面，意法半导体、威仕、瑞萨等企业排名前列。
资料来源：华金产业研究院
（二）MOSFET
MOSFET是汽车电子的核心。相较于其他功率半导体产品，MOSFET具有开关频率高，稳定性强的优点，已经在汽车领域广泛使用，2022年其占比已经达到22%，并且有逐年加大的趋势。
从汽车MOSFET的主要玩家来看，主要以英飞凌、安森美、瑞萨、东芝、意法半导体、罗姆、微芯科技等厂商为主。
2022年四季度，各类型MOSFET（低压、高压、 宽带隙）交期均维在24周以上，其中英飞凌、意法半导体等大厂的交期更是在42周以上，由此可见市场对MOSFET产品需求依旧维持高涨；从价格趋势上来看，大部分MOSFET厂商产品价格维持稳定，市场短期内未看到下行的风险。
（三）IGBT
IGBT在新能源汽车中的主要应用包括电机控制器、车载充电器（OBC）、车载空调、以及为新能源汽车充电的直流充电桩中。
从价值量来看，IGBT及IGBT模块在新能源汽车成本结构中，占驱动系统的比重已达50%，占全车成本的比重也高达8-10%，是新能源汽车中成本最高的单一元器件，并且单车价值量在持续提升，价值量占新增器件比重超过80%，是功率器中在汽车电动化过程中最受益的品种。
竞争格局方面，目前IGBT主要由欧洲和日本大厂主导，前五大厂商市占率超过60%。据民生证券统计，目前英飞凌市占率为32.7%，是IGBT领域的绝对巨头。除了英飞凌之外，三菱电机和富士电机目前市占率都为9.6%，其他厂商比如赛米控市占率为6%、Vincotech市占率为4.4%、日立市占率为2.7%。
由于新能源汽车需求端的爆发与供给端扩产周期的错配，导致目前整个汽车IGBT都处于严重供不用求的状态。
早在2022年，业内就传出安森美深圳工厂的2023年产能已全部售罄，为了防止交不上货的风险，公司已停止接受新的IGBT订单。作为汽车行业前十大半导体供应商之一，安森美IGBT模块产能超五十万只，收入的近1/3来自汽车市场。而安森美停止接单的这一举动，足以说明当下车规IGBT行情的火热。供应链人士认为，目前车规IGBT的供需缺口在2023年看不到任何缓解的迹象。
（四）碳化硅功率器件
SiC功率器件在新能源汽车中主要应用于主驱逆变器、OBC、DC/DC车载电源转换器和大功率DC/DC充电器领域。
其中，在主逆变器中，碳化硅能将动力电池的直流电逆变成三相交流电驱动电机；在OBC（车载充电机）中，能将电网的交流电转变成对应电压的直流电为动力电池充电；而在DC-DC中，碳化硅功率器件将动力电池的高电压转换为12V、48V等低电压，为其他低电压系统供电。
从整体市场布局看，目前碳化硅器件尤其是车用碳化硅功率器件市场主要由海外大厂掌控，包括意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆及安森美等头部IDM厂商深耕车用市场多年，跨足上游材料到加工器件等产业链各环节，并且与各车企及Tier1厂商及车企合作紧密，市场优势明显。
数据来源：Yole
具体来看，意法半导体在车规碳化硅领域拥有先发优势，其通过率先打入特斯拉供应链，目前在车规级碳化硅模块应用市场占比约41%；英飞凌依托其在车规级功率器件方面的技术积淀，近两年开拓了大众、现代、日产、小鹏等客户，市占率快速提升，目前市占率为23%；此外，安森美也看好并积极“押注”车规级碳化硅产品，2021年通过收购衬底供应商GTAT，搭建了从碳化硅晶锭、衬底、器件生产到模块封装的垂直整合模式，建立了自己独特的竞争优势，主要客户有蔚来、特斯拉、奔驰等。
资料来源：芯八哥整理
依托最大的新能源汽车市场，国内车规功率器件厂商在国产替代的驱动下迅速崛起
从技术层面来说，由于功率半导体对晶圆尺寸及工艺制程要求相对较低，比如二极管、晶闸管等功率器件目前还是以4英寸/6英寸的微米级别的工艺制程为主，其他如MOSFET和IGBT虽然工艺要求更高一点，但目前也还是以8英寸的工艺制程为主，这和逻辑芯片不断追求摩尔定律快速更新迭代有较大的区别。
功率器件和逻辑器件在晶圆尺寸和工艺制程的对比资料来源：集邦咨询
因此，在当前全球汽车缺芯叠加国产替代的大背景下，依靠国内丰富的晶圆代工、封测资源，我国功率器件厂商或将迎来历史性发展机遇。
总体来看，由于二极管和晶闸管出现的时间相对较早，总体结构和生产工艺较为简单，目前我国厂商已经在这两个领域取得了一定的发展成绩。而目前需求增长较快的MOSFET、IGBT等晶体管系列，当前正处于下游高景气和国产替代的关键时期，也有一部分厂商在上述领域开始崛起。
（一）二极管与晶闸管
从细分市场来看，在二极管领域，安世半导体、苏州固鍀、扬杰科技、捷捷微电等厂商市占率位于国内前列。其中安世半导体在汽车二极管方面拥有汽车齐纳二极管、汽车肖特基二极管和整流器、汽车开关二极管等产品，客户除了特斯拉、比亚迪等汽车终端厂商外,也包括了大陆、德尔福、电装等全球顶尖的Tier1厂商；扬杰科技紧抓功率半导体国产替代契机，新能源汽车业务正在持续放量。截至目前，公司已获得比亚迪、吉利、海马、长安汽车、上汽荣威等客户的认证和订单；捷捷微电在新能源汽车方面，有部分瞬态二极管产品已经用于充电桩上，主要合作客户有东风、罗思韦尔等。
在晶闸管领域，2021年捷捷微电、时代电气、台基股份分别以28.5%、14.4%、10.7%的比例位于国内市场前三。其中，捷捷微电在国内汽车电子领域合作客户有比亚迪、罗思韦尔等，主要用于充电桩中。
资料来源：华金产业研究院
（二）MOSFET
MOSFET方面，据英飞凌数据显示，一辆电动车的MOSFET分立器件用量接近200 个，部分高端新能源汽车车型对MOSFET的需求可达400个/辆以上，价值总量约传统燃油车的5倍。
经过多年的发展，目前华润微、士兰微、安世半导体在MOSFET市场份额上位列国内厂商前三，其他比如扬杰科技、苏州固锝、华微电子、新洁能、东微半导、捷捷微电等近年来发展也非常迅速。
从客户来看，目前华润微MOSFET的汽车客户主要有比亚迪等头部新能源汽车厂商；士兰微在汽车MOSFET领域，目前正在与零跑、汇川、比亚迪、菱电等部分整车厂和Tier1客户配合上量中，预计车载半导体器件将是公司销售增长的主要来源之一；安世的MOSFET客户包括比亚迪、宝马、大众、大陆、德尔福、电装、博世等全球顶尖的汽车终端厂和Tier1厂商；此外，新洁能作为国内首家研发并量产P沟道SGT-MOSFET的设计公司，公司直接向比亚迪供货并形成大批量销售，并通过多家Tier1厂商进入理想、小鹏、蔚来、极氪等整车客户，部分客户亦已实现规模销售。
（三）IGBT
中国作为全球最大的新能源汽车市场之一，随着国外IGBT产品供应不足、交期一再拉长，国内客户除了下全款订单等待产品的同时，也正在逐步接受国产IGBT产品，并且开始有意识培养国内供应链，这给国内IGBT厂商带来了新的机会。
目前，在IGBT领域，比亚迪、斯达半导、时代电气排名前三，此外士兰微、华润微、宏微科技、新洁能、智新半导体、青蓝半导体、翠展微等企业在车规IGBT领域也发展迅速。
我国IGBT产业链情况资料来源：网络
具体来看，比亚迪半导体背靠母公司比亚迪，占据中国最大的终端市场，其IGBT模块主要供自己使用。在自有产能严重供不应求的情况下，近年来比亚迪也逐渐向士兰微、斯达半导、时代电气、华润微等具备车规级IGBT生产能力的本土企业下单，订单级别达亿元，以保障激增的新能源汽车生产对IGBT的需求；斯达半导与国内大部分主流车企已取得合作关系，当前客户包括比亚迪、广汽、长安、奇瑞、北汽等；时代电气主供中车旗下商用车，目前已大批量供货广汽、东风、小鹏、理想等客户；士兰微当前主供客户包括零跑、汇川、上汽、吉利等厂商；宏微科技正在和一汽、北汽、长城等厂商进行定点项目认证工作；东风汽车旗下智新半导体的IGBT生产线已完全进入自动化生产流程，一期年产能为30万只。二期建成后，年产能将达到120万只，产品已应用于东风风神、岚图等自主品牌车型；广汽集团子公司与株洲中车时代合资设立青蓝半导体，一期和二期规划项目全部建成后，可实现年产60万只汽车IGBT模块的总产能，利于打开双方在新能源汽车IGBT领域的发展局面。
资料来源：芯八哥整理
（四）碳化硅功率半导体
经过若干年的发展，碳化硅与功率器件主要的结合方式主要包括包括二极管、晶体管和模块（混合模块）三大类。其中碳化硅二极管和MOSFET晶体管因其性能优越，成为目前应用最广泛、产业化成熟度最高的碳化硅功率器件。此外，随着技术的不断发展，碳化硅（混合）模块也开始逐渐成为当前较多厂商的应用选择。
根据Yole数据显示，2021年全球碳化硅功率器件市场规模约10.9亿美元，其中汽车用碳化硅市场规模达6.9亿美元，占比达63%。随着碳化硅在新能源汽车渗透率快速提升，其市场规模也将不断扩大。
从主要玩家来看，国内车用SiC功率器件供应商主要有比亚迪半导体、斯达半导、三安光电、泰科天润、闻泰科技及基本半导体等集芯片设计、制造、封测为一体的IDM厂商。
资料来源：芯八哥整理
上车情况方面，比亚迪的碳化硅产品主要供旗下车型使用为主，已经大规模应用到比亚迪汉EV高性能四驱版本等多款车型上；三安光电作为碳化硅全产业链公司，其长沙SiC全产业链工厂实现投产，至今公司650V到1700V SiC二极管产品累计出货达百余万颗，主要汽车客户主要有吉利、广汽、福汽及金龙等；斯达半导目前已有多个碳化硅MOSFET的800V定点项目，早在2021年碳化硅模块的在手订单就已经达到3.4亿元，主要客户有小鹏、奇瑞、华为等；华润微在碳化硅领域主要有1200V碳化硅MOSFET等产品，2022上半年碳化硅器件营收同比增长433%，待交订单超过1000万元，主要汽车客户有华为、上汽、长安等。
展望2023年，随着800V高压平台的继续推进，将有更多的碳化硅器件会在新能源车上搭载，相关国产厂商已经迎来国产替代的关键窗口期。

中国作为全球最大的新能源汽车市场，其销量占全球比重已达53%。但在车规功率器件市场方面，一直以来却被国际巨头占据，国内自给率仅8%，存在巨大的供需缺口。
此外，由于功率半导体器件技术迭代速度较慢，并且使用周期较长，这给了国内厂商充足的发展和追赶的时间。未来，在新能源汽车超预期发展、供应链安全、国产替代进程加速推进的驱动下，相信会有一批有相关技术储备的国内功率器件企业会抓住新能源汽车的发展机会最终脱颖而出。

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