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1、汽车电子行业深度报告：IGBT与SiC大放异彩1、汽车电动化浪潮势不可挡，汽车电子充分受益1.1 双碳驱使汽车行业加速变革自 2010 年以来，全球各主要国家/地区电动车 CO2 排放量及规划整体呈现逐步降低的趋势， 根据 ICCT数据，美国 2020 年 CO2 排放量为 125g/km，计划 2026 年降至 108g/km，2050 年碳中和；日本则在 2013 年就已经达到 2020 年法定目标值 122g/km，计划 2026 年降至 73.5g/km，2050年碳中和；中国 2020 年 CO2排放量为117g/km，计划 2025 年降至93.4g/km， 2060 年碳中和；欧
2、盟 2021 年 CO2 排放量目标为 95g/km，计划到 2025 年降到 81g/km， 2030 年降到 59g/km，相比 2021 年排放量降低 37.5%，2050 年碳中和。CO2排放量的减少 将驱使欧盟的纯电动车和插电混动车渗透率不断提升，预计到 2030 年渗透率将达到 4 0%。 逐步降低 CO2排放量已成为全球共识。以传统能源石油为燃料的汽车工业虽然经历 100 余年的发展，已十分成熟，但在资源与环境 双重压力下，在政策和技术进步的驱动下，新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向，传 统动力系统将会逐渐被驱动电机、动力电池与控制器所取代。汽车电动化已是大势所趋，发 展电动
3、汽车不仅能够减少碳排放和大气污染，也是发展可再生能源的最佳搭配。根据 ICCT 关于 CO2的排放数据，与 ICE 的 120 g/km 排放量相比，随着电动化程度提升，CO2 排放量 逐步降低，其中 48V 轻混（MHEV）下降 15%，为 102g/km；全混（FHEV）下降 30% ，为 84g/km；插混（PHEV）下降 77%，为 28g/km；而纯电动（BEV）与燃料电池（FCEV ）均 下降 100%，实现了 CO2零排放。在“双碳”指引下，全球主要国家都提出了禁售传统燃油车时间表：挪威计划到 2025 年不 再销售燃油车，日本计划到 2030 年地面不再有燃油车，英国计划到 2
4、030 年不再销售燃油 车，中国计划到 2035 年实现公共交通车辆全部电动化，欧盟计划到 2035 年所有新车 0 排 放。此外，各大车企也都提出了自己的目标：梅塞德斯计划到 2025 年所有 S 级车辆全部纯电动 化，沃尔沃计划到 2030 年所有新车纯电动化，宝马计划到 2030 年 50%新车纯电动化，到 2039 年所有新车纯电动化，奥迪计划到 2033 年所有新车纯电动化，通用计划到 2035 年所 有新车纯电动化，大众计划到 2035 年在欧洲不再销售燃油车，本田计划到 2040 年所有新车 纯电动化。根据中国国务院办公厅新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年），发展新能
5、源汽车是中 国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。随着 汽车与能源、交通、信息通信等领域有关技术加速融合，电动化、网联化、智能化成为汽车 产业的发展潮流和趋势，未来中国将坚持电动化、网联化、智能化发展方向，深入实施发展 新能源汽车国家战略，同时计划到 2025 年，中国纯电动乘用车新车平均电耗降至 12kWh/百 公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右，高度自动驾驶汽车实现限 定区域和特定场景商业化应用，充换电服务便利性显著提高。在汽车产业电动化、网联化、智能化变革过程中，整个产业将面临重构，催生出能源革命、 互联革命以及智能革命。能
6、源革命是指传统燃油动力汽车向新能源汽车的转变，核心是“三电” （电池、电机、电控）技术，此时将出现围绕“三电”的全新产业链、配套设施以及运营服 务体系；互联革命以及智能革命则相辅相成，将从自动驾驶、车联网等方面增强驾驶功能、 提升驾驶体验，推动汽车产业形成全新的产业生态系统。借鉴手机行业发展历史，在从功能机向智能机升级过程中，实现了从通话-上网浏览图片-上 网观看视频的体验和功能升级，究其本质，是硬件升级-软件升级-硬件再升级-软件再升级的 良性循环。我们认为，未来汽车发展方向很可能会类似于手机行业的发展过程，随着技术进 步，汽车将从传统的代步工具，逐步进化成具备交通、办公、通信、娱乐等多功能
7、为一体的 新一代智能移动空间和应用升级终端，在减少碳排放的同时，具备智能座舱、自动驾驶、车 联网等新功能，这一阶段用户感知最深的是汽车硬件功能的提升。当硬件升级至一定程度， 创新便会变缓，此时软件与数据的作用和价值将变得更为重要，售卖硬件产品仅为一次性收 入，当市场饱和之后便会进入存量竞争，企业增长乏力，同时同质化产品还会造成价格战， 降低毛利率，最终消减利润。未来软件及数据服务带来的将是可持续性利润，有望 10 倍于 传统硬件的净利润，如果丢掉未来软件和数据服务，车企将彻底变为代工厂，只能依靠制造 销售整车硬件获取低利润，不利于企业永续经营。因此，我们认为，现阶段车企需要更多关 注硬件功能的
8、升级，完成汽车行业电动化、智能化、网联化的升级和改造，之后需要更多关 注软件及数据服务的运营，保证企业能够真正可持续发展。从软件代码行数角度，汽车是所有科技类终端中最复杂的，根据 KLA 数据，平均一款 iPhone APP 为 4 万行，航天飞机为 40 万行，哈勃太空望远镜为 200 万行，好奇号火星探测车为 500 万行，波音 787 为 1400 万行，大型强子对撞机为 5000 万行，汽车为 1 亿行。1.2 汽车电子前景可期在汽车电动化、智能化、网联化驱动下，汽车电子行业将迎来成长机遇期。汽车电子是安装 在汽车上所有电子设备和电子元器件的总称，主要包括车身电子控制系统和车载电子装置
9、。 车身电子控制系统通过将芯片和机械系统结合，对汽车各子系统进行控制，从而保证完成基 本行驶功能，具体又分为动力控制系统、底盘控制系统、车身控制系统等。车载电子装置主 要用于提升汽车舒适性和便利性，具体可分为信息系统、导航系统和娱乐系统等。汽车电子涉及细分领域众多，整个供应链体系中，上游为零部件及元器件，包括有传感器、 处理器、软件算法、通信模块、三电、显示屏等；中游为系统集成，包括 ADAS、车辆控制 系统、车联网系统、安全舒适系统等；下游为整车厂，包括乘用车、商用车、专用车和软件 服务等。此外，汽车半导体供应链也有所变化。传统汽车体系中，半导体厂商仅为二级供应商，通过 给一级电子系统厂商供
10、货，间接给整车厂提供半导体产品；而在新型汽车供应链中，这种供 应链体系已经被打破，整车厂不再单纯接受一级供应商供货，同时与二级半导体厂商和科技 及数字化企业直接联系，在这个新系统中，一级电子系统厂商、二级半导体厂商、科技及数 字化企业共同围绕整车厂这一核心，发挥各自优势，同时吸收借鉴其他厂商的优势和长处， 不断优化迭代产品和服务，共同推动汽车行业迈向电动化、智能化、网联化。根据 Gartner 数据，2020-2025 年，汽车半导体市场规模将保持稳健增长。按应用领域划分， ADAS 增速最高，为 31.9%，2025 年将达到 250 亿美元；电动/混合动力汽车增速次之，为 23.1%，20
11、25 年将达到 108 亿美元。按半导体类型划分，通用芯片增速最高，为 18%；集 成基带增速 14.1%，排名第二。由于应用场景及目的不同，汽车与手机对芯片的性能要求也有所不同，汽车由于有载人功能， 且会经历不同的环境变化，因此对安全性、不同温度场景下的可靠性要求更高，汽车芯片要 求零故障率、工作温度-40-155C，工作寿命 10-15 年；而在功耗和运算速度上要求不高，除 了逻辑芯片 16nm 以外，其他的 NVM、CIS、BCD、IGBT 等芯片往往仅需要 28nm 及以上 成熟工艺就能满足运算需求。在从燃油车向电动车升级过程中，整车成本将有所增加，根据车百智库数据，对于紧凑级燃 油车
12、，整车成本 2.25 万美元，去掉内燃机，并增加电池组、功率半导体与电机以及间接成本 差异等，纯电动车整车成本将达到 3.4-3.5 万美元，增幅达到 51.1%以上。而整车电子成本 方面，根据 Roland Berger 数据，在不考虑电池和电机情况下，豪华品牌 L1 级别 A DAS 汽 油车整车电子 BOM 为 3145 美元，豪华品牌 L3 级别自动驾驶纯电动整车电子 BOM 为 7030 美元，增幅达到 123.5%，因此，汽车电子在汽车电动化、智能化、网联化过程中，将迎来价 值量翻倍增长。从汽车行业各硬件组成及软件市场规模角度，根据 McKinsey 数据，2020-2030 年，
13、功率电 子增速最快，将从 200 亿美元增长至 810 亿美元，CAGR 为 15%；传感器将从 300 亿美元 增长至 630 亿美元，CAGR 为 7.7%；ECU/DCU 将从 920 亿美元增长至 1560 亿美元，CA GR 为 5.4%；软件将从 200 亿美元增长至 500 亿美元，CAGR 为 9.6%。根据功能不同，可以形象化的把不同类型的汽车芯片做一区分，包括记忆、神经网络、大脑、 目光、触角、耳朵、眼睛以及心脏，各类芯片各司其职，在汽车行驶中将分别起到关键性作 用，加速汽车行业电动化、智能化、网联化升级。根据 Gartner 数据，2020-2025 年，全球 半导体各类
14、别增速中，汽车半导体排名第一，为 14.3%。2、智车之“心”：传统“三大件”向“三电”过渡，汽车功率半导 体充分受益2.1 电动车渗透率有望持续提升，“三电”带来半导体增量新需求汽车是将多种技术综合应用于一身的高度综合体，对于传统燃油车而言，三大件最为重要， 包括发动机、底盘和变速箱，在电动化驱动下，电动车则倚重其三电系统的正常运转，包括 电池、电驱和电控。电池：一般电动汽车分为高压平台和低压平台，其中高压平台为动力电池，电池相当于汽油 +油箱，为电动车提供动力来源。电池的核心是电芯，主要由正极、负极、电解液、隔膜等组 成，要求高能量密度、长寿命、可靠安全，正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰
15、酸锂、三 元、高镍三元，综合考虑安全稳定性、能量密度、循环寿命和价格等因素，目前电动车市场 以磷酸铁锂和三元锂电池为主。电驱：电驱是将动力电池的能量转化成车轮的动能的装置，包括电机、传动机构和变换器。1）电机：电机是把电能转换为机械能的装置，相当于燃油车的发动机，主要由定子和转子两 部分组成，分为直流电机和交流电机两种大的类型，直流电机由于效率低、质量大、体积大、 可靠性差、无法实现制动能量回收等，目前电动车基本不再使用，主要采用交流电机，其中 三相感应异步电机和永磁同步电机最常用。2）传动机构：传动机构是将电机输出的扭矩和转速传递到汽车主轴上，从而驱动汽车行驶的 机构，主要包含减速器和差速器
16、。差速器主要作用是使汽车转弯时两侧车轮转速不同，减速 器是动力传递机构，相当于燃油车的变速箱，由于电机调速性能足够宽，因而减速器一般都 是固定传动比的单级减速器，即只有一个档位的变速箱。3）变换器：变换器是使电气系统的一个或多个特性（电压、电流、频率、波形、相数）发生 变化的装置，主要包括逆变器和 DC/DC 转换器。逆变器主要是将直流电转变为交流电，从 而驱动交流电机工作，进而驱动汽车行驶，所以说，逆变器直接关系到驱动电机能否可靠和 高效的运行。DC/DC 转换器主要用于直流高低压转换，比如将动力电池高压（400V ）转换 为低压（12V-48V），给多媒体系统、空调、车灯、娱乐设施等供电。
17、电控：电控系统是电动汽车的总控制台，如同“电动汽车的大脑”。是一套机电一体化装置， 有电子处理单元（也就是电脑），也有复杂的机械执行模块。电控决定了电动车的能耗、动力 性、操控性、舒适性等主要性能指标。电控系统主要包括整车控制器（Vehicle Control Unit， VCU），电机控制器（Motor Control Unit，MCU）和电池管理系统（Battery Management System，BMS），之间通过 CAN 网络通信。整车控制器是电动车各个电控子系统的调控中 枢，它是与驾驶员互动的主要接口，接收来自驾驶员的各项操作指令，诊断和分析整车及部 件状态，控制子系统控制器的动
18、作，最终实现整车安全、高效行驶。电机控制器用于控制电 机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。电池管理系统是动力电池系统的“大脑”，主要对 电池系统的电压、电流、温度等数据进行采集并监测，实现电池状态监测和分析，电池安全 保护，能量控制管理和信息管理功能。电动车相比燃油车，能量转换效率明显提升。根据美国能源部数据，在综合考虑城市/ 高速公 路行驶环境下，燃油车的能量转换效率仅有 16%-25%，纯电动车的能量转换效率为 8 6%- 90%，因此纯电动车的能量转换效率是燃油车的 3.4-5.6 倍。对于燃油车，发动机由于发热、 燃烧、摩擦等，造成的损失最大，占比达到 68-72%；对于电动车，损耗
19、最大的是电驱系统， 占比 20%，其次是电池充电，占比 10%，但是电动汽车由于配备了动能回收系统，可以贡献 约 17%的能源补偿，因此最终能量转换效率可达近 9 成。电动车能量回收仅限于采用交流电机的电动车。当驾驶员松开加速踏板后，电机进入到静止 工作状态，车辆惯性前进的动力开始反向拖拽电机，此时电机变成发电机，定子与转子旋转 产生交流电。对于采用交流电机的电动车，由于有逆变器，产生的交流电可以经过逆变器等 转变成直流电，最终回充给动力电池；早期电动车多采用直流电机，由于没有逆变器，产生 的交流电无法回充给电池，因此没有能量回收系统。1L 汽油所蕴含的能量相当于 8.9kWh 电能（国际通用
20、换算标准），以燃油车油箱 50L 计算， 相当于电能 445kWh，目前市场上纯电动车电池能量大约在 20-100kWh 之间，对比之下，燃 油车的能量是纯电动车的 4.5-22.3 倍。但是电动车凭借较高的能量转换效率，仍然能够实现 和燃油车相近的续航里程（大约 500km），未来，如果开发新材料、新体系取得突破，将有 望进一步提升动力电池能量密度，进而提升续航里程。对比燃油车与电动车成本，根据高工机器人数据，在燃油车成本构成中，发动机、车身与汽 车电子占比最高，均为 15%，底盘、传动系统分别占比 10%；而在电动车中，“三电”系统 占比高达 50%，其中电池占比最高，为 38%，电机占比
21、 6.5%，电控占比 5.5%。动力电池在电动车成本中占比达到 38%，是占比最大的组件，因此电动车成本下降很大程度 上取决于电池成本的下降，换言之，电动车的渗透率提升速度很大程度上取决于电池成本下 降的速度。在电动车早期发展阶段，由于电池成本较高，往往需要政府补贴来推动电动车走 向市场，随着电池技术不断进步，电池成本不断下降，驱动电动车成本下降，逐步摆脱了对 补贴的依赖，促进了电动车渗透率逐步提升。根据 ICCT 预测，动力电池成本未来将呈现持续下降趋势，其中美国市场动力电池系统成本 从 2020 年的 152 美元/kWh 下降至 2030 年的 74 美元/kWh，年均下降率为 6.9%
22、；中国市 场动力电池系统成本从 2020 年的 123 美元/kWh 下降至 2030 年的 58 美元/kWh，年均下降 率为 7.2%，2035 年将降至 51 美元/kWh。整体来看，中国动力电池系统成本低于美国 20%， 主要源于中国动力电池生产规模更大，上游材料成本更低。随着动力电池成本降低及政府补贴，电动车在 2010-2021 年实现了销量稳步增长，根据 IEA 数据，2021 年全球 BEV 和 PHEV 销量合计 684 万辆，预计 2022 年将达到 973 万辆，2025 年将达到 1550 万辆，2030 年将达到 4813 万辆。随着电动车放量，渗透率亦将持续提升。根
23、据 BCG 数据，预计全球电动车（纯电+插电+混 合动力+轻混）2022 年渗透率将达到 25%，2025 年将达到 46%，2030 年将达到 76%。各 主要国家地区方面，预计美国 2025 年电动车（纯电+插电+混合动力+轻混）渗透率将达到 46%，2030 年将达到 79%；中国 2025 年电动车（纯电+插电+混合动力+轻混）渗透率将达 到 62%，2030 年将达到 96%；欧洲 2025 年电动车（纯电+插电+混合动力+轻混）渗透率将 达到 65%，2030 年将达到 88%。销量方面，根据 IEA 数据，2025 年预计美国/中国/ 欧洲电 动车销量将分别为 230/830/5
24、70 万辆，合计占全球比例为 81.5%；2030 年预计美国/中国/欧 洲电动车销量将分别为 810/1200/1330 万辆，合计占全球比例为 71.4%。美国、中国和欧洲 将是全球电动车最重要的市场。伴随着汽车电动化过程，汽车半导体将充分受益。相比于传统燃油车，新增的半导体应用包 括逆变器、车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器、电池管理系统、加热器以及辅助逆变器。 逆变器主要作用是将直流电变成交流电，在电动车中是将电池的直流电转换成交流电驱动电 机工作，驱动汽车行驶。车载充电机（OBC）主要作用是将交流充电桩的交流电转换成直流 电，再将直流电供给动力电池充电。此外，逆变器和车载充电机
25、（OBC）还能在电动车制动 时实现能量回收，给动力电池充电。DC/DC 转换器则是将动力电池 400-500V 的高压转换成 12-48V 的低压，从而给多媒体系统、空调、车灯、娱乐设施等供电。电池管理系统主要对电 池系统的电压、电流、温度等数据进行采集并监测，实现电池状态监测和分析、电池安全保 护、能量控制管理和信息管理功能。加热器是暖通空调系统的一部分，通过与电池相连接给 电动车内提供暖气。辅助逆变器则包括暖通空调系统中的电子压缩机、抽水泵等。根据 Gartner 和 Statista 数据，2012 年以来，全球汽车半导体规模整体呈上升趋势，2020 年 受疫情影响仅有 390 亿美元，
26、受益新能源车渗透率提升，预计到 2023 年，全球汽车半导体 市场规模将达到 555 亿美元。2020 年汽车半导体主要厂商中，仍然以欧洲、美国、日本厂商为主。根据 Strategy Analytics 数据，英飞凌、恩智浦、瑞萨、德州仪器、意法半导体分列前 5 名，市占率分别为 13.2%、 10.9%、8.5%、8.3%、7.5%。分产品来看，传感器方面，博世、英飞凌、安森美、迈来芯、恩智浦分列前 5 名，市占率分 别为 22.2%、15.5%、10.0%、8.6%、7.3%。微控制器（MCU）方面，瑞萨、恩智浦、英飞 凌、德州仪器、微芯科技分列前 5 名，市占率分别为 26.7%、26.
27、3%、16.9%、9.8%、6.9%。 功率半导体方面，英飞凌、意法半导体、德州仪器、安森美、罗姆分列前 5 名，市占率分别 为 30.2%、16.3%、10.3%、7.1%、5.9%。2.2 功率半导体最为受益，增幅高达 4 倍以上在各类汽车半导体产品中，功率半导体受益最大。根据 Strategy Analytics 数据，在传统燃油 车中，MCU 价值占比最高，达到 23%；其次为功率半导体，达到 21%；传感器排名第三， 占比为 13%。而在纯电动车型中，功率半导体使用量大幅提升，占比最高，达到 55%，其次 为 MCU，达到 11%；传感器占比为 7%。根据 Infineon 和 St
28、rategy Analytics 数据，传统燃油车半导体价值量为 417 美元/辆，其中 MCU 价值量为 96 美元/辆，功率半导体价值量为 88 美元/辆，传感器价值量为 54 美元/ 辆。 48V 轻混半导体价值量为 572 美元。纯电动车半导体价值量为 834 美元/辆，其中 M CU 价值 量为 92 美元/辆，功率半导体价值量为 459 美元/辆，传感器价值量为 58 美元/辆。因此，在 从燃油车向纯电动车升级过程中，半导体价值量提升幅度明显，整车半导体价值量增长 100% ， 功率半导体价值量提升幅度最大，增幅高达 421.6%。不仅是芯片价值量有所提升，数量亦有增加。根据 De
29、loitte 数据，2012/2017/2022 年，中国 传统燃油车芯片平均数量分别为 438/580/934 颗， 新能源 车芯 片平均 数 量 分 别 为 567/813/1459 颗，因此，随着汽车功能丰富，汽车芯片数量整体呈上升趋势，而电动车与燃 油车相比，芯片用量更多，2022 年达到 1459 颗，并且在部分高端车型中，芯片用量达到 2000 颗左右。功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要是通过利用半导体的单向导电性 实现电源开关和电力转换的功能，具体用途包括变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开 关等。功率半导体分为功率 IC 和功率分立器件两大类，功率分立器件主
30、要包括二极管、晶闸 管、晶体管等产品，功率 IC 主要有 AC/DC、DC/DC、电源管理 IC、驱动 IC 等。在功率器件中，晶体管份额最大，常见的晶体管主要有 BJT、MOSFET 和 IGBT，MOSFE T 是金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管， 更适用于高频场景；IGBT是绝缘栅双极晶体管，是同时具备 MOSFET 的栅电极电压控制特 性和 BJT的低导通电阻特性的全控型功率半导体器件，更适用于高压场景。受益于下游需求拉动，全球功率半导体市场规模稳步增长。根据 Omdia 数据，2020 年全球 功率半导体市场规模 422 亿美元，预计 20
31、24 年将达到 538 亿美元。全球功率半导体市场基 本被欧洲、美国、日本厂商主导，根据 Omdia 数据，2020 年全球功率分立器件和模组市场 规模 209 亿美元，其中英飞凌占比 19.7%，排名第 1；安森美占比 8.3%，排名第 2；意法半 导体占比 5.5%，排名第 3；Top 10 厂商合计占比 58.7%，市场集中度较高。根据智研咨询数据，2019 年全球功率半导体产品结构中，功率 IC 占比 54.3%，功率器件中， 以 MOSFET 和 IGBT 为主，MOSFET 占比 16.4%，IGBT 占比 12.4%。下游应用分类中， 汽车占比 35.4%，排名第 1；工业占比
32、26.8%，排名第 2；消费电子占比 13.2%，排名第 3。根据 Omdia 数据，2020 年全球功率 IC 市场规模 243 亿美元，其中德州仪器占比 15.8%， 排名第 1；英飞凌占比 8.2%，排名第 2；亚德诺半导体占比 7.2%，排名第 3；Top 10 厂商 合计占比 63.2%。2020 年全球功率 MOSFET 分立器件市场规模 81 亿美元，其中英飞凌占 比 24.4%，排名第 1；安森美占比 12.4%，排名第 2；意法半导体占比 8.8%，排名第 3；Top 10 厂商合计占比 77.9%。中国功率半导体市场规模也保持持续增长，根据 Omdia 数据，2020 年中
33、国功率半导体市场 规模 153 亿美元，占全球市场 36.3%，预计 2024 年将达到 197 亿美元。从产品结构来看， 电源管理 IC 占比 61%，MOSFET 占比 20%，IGBT 占比 14%。根据电子工程世界数据，2019 年中国功率半导体下游应用中，汽车占比 27%，消费电子占 比 23%，工业电源占比 19%，电力占比 15%，通信等其他占比 16%。中国 IGBT 市场主要 被国外厂商主导，根据 Omdia 数据，英飞凌占比 16%，排名第 1；三菱占比 13%，排名第 2；富士电机占比 10%，排名第 3，前 6 名合计占比 53%。2.2.1 逆变器是核心部件，IGBT
34、 深度受益功率半导体在电动车中的应用丰富，产品类型包括 IGBT、MOSFET、二极管等，主要应用 包括逆变器、车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器、电池管理系统（BMS）、辅助动力系统、 模拟电路等。IGBT主要应用在逆变器、车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器等，此外还广泛 应用在 PTC 加热器、水泵、油泵、空调压缩机等辅逆变器中，完成小功率 DC-AC 转换， MOSFET 主要应用在车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器、电池管理系统（BMS）等，二极 管主要应用在逆变器等。整体而言，功率半导体在逆变器中用量最大，占比 75%；其他零部 件如车载充电机（OBC）、DC/DC
35、 转换器、电池管理系统（BMS）、辅助动力系统、模拟电路 等合计占比 25%。在电动车功率半导体中，IGBT价值量最大，其中电驱部分用量最大，按车型分，对于商用车 而言，物流车 1000 元/辆，大巴车 3000-3600 元/辆，对于乘用车而言，A00 级 900 元/ 辆， A 级及以上 1000-2000 元/辆，高端车型则达到 3000-3900 元/辆。车载充电机（OBC）300 元/辆，车载空调 100 元/辆，电子助力转向 200 元/辆。考虑到 A 级及以上电动乘用车销量最 大，我们预计 1 辆电动乘用车上 IGBT 价值量大约为 2200 元/辆（340 美元/辆）。按照电压
36、等级划分，IGBT一般为三类，低压（600V 以下）IGBT主要用于消费电子等领域， 中压（600V-1200V）IGBT 主要用于新能源汽车、工业控制、家用电器等领域，高压（1700V6500V）主要用于轨道交通、新能源发电和智能电网等领域。对于电动车，逆变器作用十分重要，通过将直流电转变为交流电，从而驱动交流电机工作， 进而驱动汽车行驶，因此，逆变器直接关系到驱动电机能否可靠和高效的运行。IGB T 作为逆 变器的核心器件，将深度受益汽车电动化发展浪潮。根据 Yole 数据，全球 IGBT市场规模，2020 年 54 亿美元，2026 将增长到 84 亿美元，CA GR 为 7.5%。各下
37、游应用中，全球市场前三大下游应用中，工控占比 31.5%，家电占比 24%， 新能源车占比 9.4%；中国市场前三大下游应用中，新能源车占比 31%，家电占比 27%，工 控占比 20%。根据 Omdia 数据，2020 年全球 IGBT 分立器件市场规模为 15.9 亿美元，全球各厂商排名 中，英飞凌占比 29.3%，排名第 1；富士电机占比 15.6%，排名第 2；三菱占比 9.3% ，排名 第 3；中国厂商士兰微占比 2.6%，排名第 10。2020 年全球 IGBT 模组市场规模为 36. 3 亿美 元，英飞凌占比 36.5%，排名第 1；富士电机占比 11.4%，排名第 2；三菱占比
38、 9.7% ，排名 第 3；中国厂商斯达半导占比 2.8%，排名第 6，是唯一进入前 10 的中国厂商。IGBT芯片发展，历经了 6 代产品升级，从第 1 代平面穿通型（PT）到第 7 代沟槽型电场 截止型（FS-Trench），芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指 标经历了不断的优化，断态电压也从 600V 提高到 6500V 以上。2.2.2 动力电池向 800V 升级，SiC 有望大放异彩在保证安全的前提下，续航里程和充电时间便成为了电动车能否快速普及的重要因素，目前 电动车续航里程已经能够达到燃油车水平，但是充电时间较慢仍然是一大痛点，因此大功率 快充将逐步普及
39、，而对于电动车来说，就需要更高电压来匹配大功率快充，因此，电动车电 压平台将从 400V 向 800V 及以上升级。当充电桩功率达到 200kW 以上时，在现有 E/E 架构下，400V 平台已经较难实现，但升级到 800V 高压平台之后，快充电流大幅减小，同时也将更有希望实现 350KW 以上的快充。此外， 在同等充电功率下，800V 架构下的高压线束直径更小，相应成本更低，电池的散热更少，热 管理的难度相对也低一些，整体电池成本更优。800V 电压平台能有效解决充电焦虑，因此 2021 年比亚迪、吉利、长城、小鹏、零跑等相继发布了 800V 高压平台量产规划，蔚来、理 想等车企也在积极筹备
40、相关技术，预计各大车企基于 800V 高压技术方案的新车将在 2022 年之后陆续上市。做为 800V 平台配套使用的充电桩，当电压达到 800V 时，普通充电桩充电速度已经无法满 足用户需求，可以说如果没有超级充电桩搭配使用，车载 800V 高压平台无法真正发挥功效， 因此 800V 高压平台+超级充电桩技术将成为一种发展趋势。随着 800V 高压平台陆续进入量 产，超级充电桩的部署也在有序推进，目前主要有 2 种方式，一种是车企与运营商合作部署， 另一种是车企自建充电网络。从车企布局来看，特斯拉 V3 超级充电桩，功率达到 250kW， 当启用在途电池预热功能时，比 120kW 充电桩充电
41、时间缩短 50%以上，已经在全球部署超 过 25000 个；广汽埃安于 2021 年 8 月发布 480kW 超级充电桩，计划到 2025 年在全国建设 2000 座超充站。根据英飞凌数据，对于直流充电桩，20kW 充电桩充满电需要 120min，150kW 需要 16mi n， 而 350kW 仅需要 7min，因此 800V 高压平台+超级充电桩已成为趋势，而在 800V 及以上高 压情况下，Si 基材料由于其材料的局限性，SiC 等第三代半导体将有望大放异彩。半导体衬底材料历经发展，一共经历了 3 个阶段：1、第一阶段：1950 年代开始，以 Si 和 Ge 为代表的第一代半导体材料制备
42、而成的晶体管取 代电子管，其典型应用是集成电路，主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中， 95%以上的集成电路都是以硅基材料制作；2、第二阶段：1990 年代开始，以 GaAs 为代表的第二代半导体材料崭露头角，由于其电子 迁移率是 Si 的 6 倍，具有直接带隙，因此具有高频、高速的光电性能，被广泛用于制作半导 体发光二极管和通信器件；3、第三阶段：近年来，以 SiC、GaN 为代表的第三代半导体材料在禁带宽度、击穿场强、饱 和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等方面具有显著优势，可以满足对高温、高功率、高压、 高频及抗辐射等恶劣工作条件的要求，同时功耗更低，体积更小。具体表现在：1）能
43、量损耗低。SiC 模块的开关损耗和导通损耗显著低于同等 IGBT模块，且随着开关频率 的提高，损耗越低，同时可以实现高速开关，有助于降低电池用量，提高续航里程；2）封装尺寸小。在功率相同条件下，SiC 功率模块的体积显著小于硅基模块，有助于提升系统的功率密度；3）实现高频开关。SiC 材料的饱和电子漂移速率是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的工作频率； 高临界击穿电场的特性使其能够将 MOSFET 带入高压领域，克服 IGBT 在开关过程中的拖 尾电流问题，降低开关损耗和整车能耗，减少无源器件如电容、电感等的使用，从而减少系 统体积和重量；4）耐高温、散热能力强。SiC 的禁带宽度、热导率约
44、是 Si 的 3 倍，可承受更高温度，高热 导率也将带来功率密度的提升和热量的更易释放，冷却部件可小型化，有利于系统的小型化 和轻量化。根据 ROHM 数据，相同规格的 SiC MOSFET 和 Si MOSFET 相比，导通电阻降低为 1/200， 尺寸减小为 1/10；相同规格的使用 SiC MOSFET 的逆变器和使用 Si 基 IGBT相比，总能量 损失小于 1/4，从而成为半导体材料领域最具前景的材料之一。对比 Si 与 SiC，最核心的指标包括击穿场强、饱和电子漂移速率、热导率。击穿场强决定了 耐压性，SiC 击穿场强最高，更适合高压场景，如果在相同电压情况下，SiC 器件厚度更薄
45、， 尺寸更小，重量更轻，导通电阻更低，能量损失更小；热导率决定了散热性，SiC 的热导率 最高，因此散热片等冷却部件体积可以做到更小。SiC 及 GaN 产业链主要包括衬底材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用，Si C 衬底 分为导电型和半绝缘型。SiC 功率器件的制备是在导电型 SiC 衬底上进一步生长 Si C 外延 层，之后在 SiC 外延层上制造各类 SiC 功率器件，主要应用于新能源车等场景；GaN 功率 器件的制备，受技术与工艺水平限制，以 GaN 材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，目 前主要是以蓝宝石、Si 或半绝缘型 SiC 为衬底，通过生长 GaN 外延层以制造 G
46、aN 射频器 件，主要应用于 5G 通信、国防等场景。根据 CASA 数据，在 SiC 器件成本结构中，衬底占 比 47%，外延层占比 23%，二者合计占比 70%。SiC 模组产品制备过程中，首先是制备 SiC 衬底，之后制备外延层和 SiC 器件、模组，最终 应用到电动车等下游领域。SiC 衬底的制备一般采用成熟的物理气相传输法（PVT 法），流程主要包括 7 步，每一步流 程中都需要进行相应参数、性能的检测：1）原料合成：在 2000C 以上的高温条件下将高纯硅粉和高纯碳粉按工艺配方均匀混合，制 得满足晶体生长要求的高纯度 SiC 粉原料；2）晶体生长：在密闭生长腔室内，在 2300C
47、以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料， 使其升华产生包含 Si、Si2C、SiC2等不同气相组分的反应气体，通过固-气反应产生碳化硅单 晶反应源。在生长腔室顶部设置碳化硅籽晶（种子），输运至籽晶处的气相组分在气相组分过 饱和度的驱动下在籽晶表面原子沉积，生长为碳化硅单晶。由于碳化硅单晶在其结晶取向上 的不同密排结构存在多种原子连接键合方式，从而形成 200多种碳化硅同质异构结构的晶型， 且不同晶型之间的能量转化势垒极低。因此，在 PVT 单晶生长系统中极易发生不同晶型的转 化，导致目标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题，故需采用专用检测设备检测晶锭 的晶型和各项缺陷；3）晶锭加工：将碳
48、化硅晶锭使用 X 射线单晶定向仪进行定向，之后通过精密机械加工的方 式磨平、滚圆，加工成标准直径尺寸和角度的碳化硅晶棒；4）晶棒切割：在考虑后续加工余量的前提下，使用金刚石细线将碳化硅晶棒切割成满足客户 需求的不同厚度的切割；5）切割片研磨：使用研磨液将切割片减薄到相应的厚度，并且消除表面的线痕及损伤；6）研磨片抛光：抛光液对研磨片进行机械抛光和化学抛光，用来消除表面划痕、降低表面粗 糙度及消除加工应力等，使研磨片表面达到纳米级平整度；7）抛光片清洗：在百级超净间内，通过特定配比的化学试剂及去离子水对清洗机内的抛光片进行清洗，去除抛光片表面的微尘颗粒、金属离子、有机沾污物等，甩干封装在洁净片盒
49、内， 形成开盒即用的 SiC 衬底。SiC 衬底制备完成后，还需要在上面生长外延层，进而制备 SiC 器件（如 SiC MOSFET）以 及 SiC 模组，最终应用到电动车、充电桩等下游应用中。目前导电型 SiC 衬底以 6 英寸为主，8 英寸开始发展；半绝缘 SiC 衬底以 4 英寸为主，逐渐 向 6 英寸发展。根据 Infineon 数据，对于 Si 基 MOSFET 和 IGBT，工作电压范围为 25V-6500V，其中， MOSFET 工作电压范围大约为 25V-900V，IGBT 分立器件工作电压范围为大约为 600V1700V，IGBT模组则可实现 1200V-6500V 电压范围。对于 SiC 和 GaN 器件，SiC 器件（SiC MOSFET）工作电压更大，目前工作电压范围为大约为 650V-3300V，未来计划做到 4500V、 甚至 6500V。