皇冠体育官网,皇冠体育官网,功率半导体，又称电力电子器件或功率电子器件，是电子产业链中最核心的一类 器件之一。能够实现电能转换和电路控制，在电路中主要起着功率转换、功率放大、 功率开关、线路保护、逆变（直流转交流）和整流（交流转直流）等作用。

　　功率半导体包括功率半导体分立器件（含模块）以及功率 IC 等。其中，功率半 导体分立器件，按照器件结构划分，可分为二极管、晶闸管和晶体管等。

　　据中商产业研究院数据，功率半导体分立器件中，以 MOSFET 和 IGBT 为代表 的晶体管占比最大，约 28.8%。 从目前市场需求来看，硅基 MOSFET、硅基 IGBT 以及碳化硅为目前功率半导 体分立器件的主力产品。本文也将重点围绕硅基 MOSFET、IGBT 和碳化硅等功率分立器件（含模块）展开分析和研究。

　　MOSFET，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单和辐射强等优 点，通常被用于放大电路或开关电路。MOSFET 按照不同的工艺可分为平面型 Planar MOSFET、沟槽型 Trench MOSFET、屏蔽栅 SGT MOSFET 和超级结 SJ MOSFET。按照导电沟道可分为 N 沟道和 P 沟道，即 N-MOSFET 和 PMOSFET。按照栅极电压幅值可分为耗尽型和增强型。

　　随着 MOSFET 技术和工艺不断成熟，成本将不断下调。中高端产品也将逐渐向 中低端产品下沉。比如 Trench MOSFET 将从中端下沉至中低端，替代部分平面 MOSFET 的低端市场。SGT MOSFET 将部分替代 Trench MOSFET 的低压应 用市场，从中高端下沉至中端。 SGT MOSFET、SJ MOSFET 和碳化硅 MOSFET 或是 MOSFET 未来三大主 力产品。自上世纪 70 年代 MOSFET 诞生以来，从平面 MOSFET 发展到 Trench MOSFET，再到 SGT MOSFET 和 SJ MOSFET，再到当下火热的第三代宽禁带 MOSFET（碳化硅、氮化镓），功率 MOSFET 的技术迭代方向主要围绕制程、 设计（结构上变化）、工艺优化以及材料变更，以实现器件的高性能——高频率、 高功率和低损耗等。

　　IGBT 俗称电力电子装置的“CPU”，是能源变换与传输的核心器件，由 BJT 和 MOSFET 组合而成，是一种全控型、电压驱动的功率半导体器件。IGBT 没有 放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT 同时具有 BJT 和 MOSFET 的优点，即高输入阻抗、低导通压降、驱动功率小而饱和压降低等， IGBT 与 BJT 或 MOS 管相比，其优势是它提供了一个比标准双极型晶体管更大 的功率增益，以及更高的工作电压和更低的 MOS 管输入损耗。因此广泛应用于 直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路 和牵引传动等场景。

　　IGBT 相比 MOSFET，可在更高电压下持续工作，同时需要兼顾高功率密度、低 损耗、高可靠性、散热好、低成本等因素。一颗高性能、高可靠性与低成本的 IGBT 芯片，不仅仅需要在设计端不断优化器件结构，对晶圆制造和封装也提高了更高的要 求。

　　产品由低端逐步走向中高端，国产替代空间广阔。我国功率半导体产业仍处于起 步阶段，总体呈现产业链完整、厂家多、发展迅速等特点。截止 2022 年 4 月，中国 功率半导体相关企业已超 320 家。主要分布在广东（130 家）和江苏（56 家）等东 南沿海地区。

　　国产功率半导体已在众多领域应用，特别是低端产品，如二极管、三极管、晶闸 管、低压 MOSFET（非车规）等，已初现“规模化效应、国产化率相对较高”等特 点。在中高端领域，如 SJ MOSFET、IGBT、碳化硅等，特别是车规产品，由于起步 晚、工艺相对复杂以及缺乏车规验证机会等问题，国内厂家依然在追随海外厂家技术 发展路线。但近年来，市场逐渐从依赖进口向国内自给自足转变，国产替代潜力大。

　　芯片进口金额持续处于高位，功率半导体市场空间足够大。据中国海关总署数据， 2021 年，中国进口集成电路 6354.8 亿个，同比增长 16.92%。全年进口金额累计为 4325.54 亿美元，同比增涨 23.59%。中国为功率半导体消费大国，2021 年中国功率 半导体市场规模约为 183 亿美元，同比增长 6.4%，预计 2022 年将进一步增长至 191 亿美元。

　　国家和地方政策支持，加速国产替代进程。受益于国家和地方政府的鼓励政策， 国内电动汽车与充电桩、光伏与储能等领域需求增长，功率半导体竞争格局有望被重 塑——国内功率半导体的国产化进程有望加速。

　　功率半导体应用前景广阔，几乎涵盖了所有电子产业链。以 MOSFET、IGBT 以 及 SiC MOSFET 为代表的功率器件需求旺盛。根据性能不同，广泛应用于汽车、充 电桩、光伏发电、风力发电、消费电子、轨道交通、工业电机、储能、航空航天和军 工等众多领域。

　　据 Yole 数据预测，至 2025 年，全球功率半导体分立器件和模块的市场规模将 分别达到 76 亿美元和 113 亿美元。据中国产业信息网数据，2023 年中国大陆地区 IGBT 市场规模预计达到 290.8 亿元，同比增长 11.6%。据中国半导体器件行业现状 深度分析与未来投资预测报告数据，2023 年中国大陆地区 MOSFET 市场规模将达 到 396.2 亿元（56.6 亿美元，人民币兑美元汇率按照 7 计算），同比增长 4.8%。

　　以 MOSFET 为例，据 Yole 预测，到 2026 年，全球 MOSFET（包括分立器件 和模块）市场总规模预计将达到 94.8 亿美元，复合增长率达 3.8%（2020 年至 2026 年）。 MOSFET 汽车应用（电动汽车和汽车充电桩）占比居首位，高达 33%，其中电 动汽车和充电桩分别占比 25%和 8%。从耐压范围看，到 2026 年，低压 MOSFET （0-40V）占总需求的 39%，中压（41V-400V）占 26%，高压（大于等于 600V）广 泛应用在 220V 系统中，占总需求的 35%。同时，SiC MOSFET 和 GaN MOSFET 市场渗透率在逐步提高。

　　2020 年以来，电动汽车、汽车充电桩和光伏逆变器可谓拉动功率半导体增长的 三驾马车。

　　电动汽车： 电动汽车进一步渗透终端消费市场，带动功率器件和模块需求快速 增长。特别是 MOSFET 和 IGBT（包括单管及模组）的增长较为显著。据贝壳投 研数据，2021 年中国车规级 IGBT 市场规模为 47.8 亿元，预计到 2025 年，其 将达到 151.6 亿元。据芯谋研究数据，2021 年和 2025 年中国车规 MOSFET 的 市场规模分别为 73.5 亿元（10.5 亿美元，汇率按 7 计算）和 122.5 亿元（预测 数据，17.5 亿美元，汇率按 7 计算）。

　　充电桩： 受益于新能源汽车快速增长，与之配套的充电桩市场亦呈现快速发 展态势。据亿渡数据预测，至 2026 年，中国充电设施市场规模将达 2870.2 亿元，2022 年到 2026 年复合增长率高达 37.83%。从直流充电桩相关零部 件分解可以看出，充电机是充电桩的最核心部件，成本占充电桩的 50%以上， 而功率半导体是充电机的最核心组成部分，成本占充电机的一半以上。

　　光伏：据中国光伏行业协会数据，至 2025 年，中国新增光伏装机保守预测为 90GW，同比增长 10%。据未来智库数据预测，2025 年中国光伏逆变器市场 规模达 196 亿元。 逆变器是光伏系统的心脏，中高压 MOSFET、IGBT 及碳化硅等功率器件是 光伏逆变器的核心，其决定着光伏逆变器的性能高低，进而直接影响光伏系 统的稳定性、发电效率以及使用寿命。据中商产业研究院数据，光伏逆变器 主要由机械件、电感和半导体器件构成，分别占比 27.6%、14.2%、11.8%。

　　综上，在电动汽车、充电桩以及光伏逆变器等多轮驱动下，功率器件有望稳健增 长，为千亿赛道奠定坚实路基。

　　汽车的百年史里，数次技术变革都极大的推动了汽车消费和汽车工业的发展，如 发动机控制、自动变速、底盘、主被动安全、通信及多媒体影音等技术。虽然这些技 术给汽车的驾驶感受和舒适性都带来了提升，但汽车能源供给方式、驾驶方式以及驱 动方式都没有发生变化。

　　如今，传统燃油车动力和传动系统将被电动车的大、小三电系统取代。自动驾驶、 线控底盘、网联化和软件化，车、路和云端协同等赋予了汽车新的定义和生命力。汽 车已不再单单是一个载客的交通工具，而是被定义为一个智能科技终端、可以在其中 工作和休闲的第三移动空间。

　　电动汽车作为新能源汽车的最重要载体和代表，是承载先进汽车科技的代名词，也逐渐成为消费者选择的主流。而中国已成为引领全球电动汽车技术发展的最大的新 能源汽车产销市场。2016 年中国电动汽车市场渗透率仅有 1%。而在疫情等外界因 素影响之下，2022 年前三季度中国电动汽车市场渗透率已经达到 24%，实现了飞跃 式增长。

　　2022 年 1-9 月份，全球新能源汽车销量再创新高，达 726 万辆，同比增长 67.56%。 其中欧洲销售 166 万辆，同比增长 6.68%；美国销量快速提升，达 72 万辆，同比增长 59.67%；中国新能源汽车销量继续领跑全球，销量达到 400 多万辆，同比增长 110%。 全球新能源汽车累计销量突破 2500 万辆。 2022 年 1-12 月份，中国新能源汽车销量共计 688.7 万辆，同比 2021 年增加 1 倍。 可见，即使上半年疫情影响带来的供应链中断、动力电池上游原材料涨价以及多数汽车芯 片依然紧缺的形势下，新能源汽车销售市场热情不减。如比亚迪增长最为显著，全年累计 销售 186.85 万辆，同比增长 152.5%，其中纯电车型销量突破 91.1 万辆。

　　车载功率半导体稳健发展，离不开高压平台应用的助推。整车动力电池电压平台有 望将逐渐从现有的 400V 升级到 800V 系统，以满足消费者对电动汽车的长续航、快速充 电等期待，而这将对功率半导体的性能参数提出了更高的要求，中高压功率器件如 SJMOSFET、IGBT和碳化硅 MOSFET将会在车端大量应用，其单车价值量有望继续提升。 据半导体行业纵横数据，混动和纯电动汽车上功率半导体价值量分别占单车半导体 总价值的 40%和 55%。据英飞凌统计数据，纯电动汽车半导体价值量预估在 1000 美元 左右，而功率半导体达 550-600 美元左右。而车载功率半导体中最具代表的即 IGBT 和 MOSFET。

　　车规功率半导体需求强劲，电动化与高压化是两大重要推动力。随着汽车电动化、高 压化逐步渗透，功率半导体在电动汽车上单车价值量有望进一步提高。

　　在传统燃油车上，单车功率半导体价值量在 71 美元左右。且主要以中、低压 MOSFET 应用为主，比如在车门、车窗、座椅调节、后视镜、仪表、影音、HUD、 自动启停、雨刷、天窗、转向 ECU、制动 ECU、安全气囊、空调电动水泵、座 舱仪表灯、前后视大灯驱动等涉及电机等应用场景大量使用。MOSFET 单车用 量超 100 颗。比如单个转向 ECU 中使用数量达 8 颗。平均单价 2-10 元人民币 不等。

　　电动汽车包括纯电动，插电混动，混动（中混和强混）等。在此类汽车上， 电机驱动、照明、热管理、电动汽车主驱逆变器、DC/DC、升压器和 OBC （车载充电器）等产品将依据各自的工作功率大小，选择不同的功率半导体 器件。高、中、低压硅基 MOSFET、IGBT 和 SiC MOSFET 均有广泛使用。

　　不同类型的功率半导体分立器件和模块，在汽车上都能找到应用的落脚点。车载功 率半导体种类多，在做选型时，成本和效率是最关键的两大要素。首先需要考虑需要多大 功率，再去匹配多大的电压和电流，再结合系统效率和成本最终设计出一套最优方案。功 率半导体分立器件和模块根据在车上不同的系统应用，则选用不同规格的器件。 由此可见，功率半导体在电动汽车上应用场景非常广泛。不同种类，不同规格的 产品都能匹配到不同的系统应用。电动汽车销量稳健增长，最先获益的有望是当前具 代表性的功率半导体——硅基 MOSFET、IGBT 以及碳化硅。

　　海外厂家依然是供货主体，本土企业份额有望持续扩大。由于车规芯片对可靠性、 安全性、试验等要求相对苛刻，且汽车行业供应链相对封闭，车规功率半导体国产化 率一直以来比较低。欧、美、日等地的厂家凭借多年的技术积累和先进的制造能力等 占据着市场主导地位。 据 Omdia 数据，英飞凌和安森美稳居全球功率半导体销售额第一和第二的位置， 而其后排名相对动态。日本在全球功率半导体前十的榜单中占据五席，实力非常强劲。 安世半导体是国内为数不多的被列入全球第一梯队的功率半导体厂家，2021 年排名 第八，相比 2019 年上升一名。

　　英飞凌——全球功率半导体龙头。英飞凌引领全球功率半导体市场，其功率 半导体出货量占全球总市场近 40%，已经连续多年居首位。国内多数车厂 都采用英飞凌方案，特别是用于主驱逆变器里的 IGBT 单管和模块。同时也 有不少做模块封装的厂家从英飞凌采购晶圆。 英飞凌在车载 IGBT 产品上取得的不菲成绩离不开其多年持续的研发投入、 技术创新、战略投资和并购、与供应链上下游深度合作以及超前的战略眼光 和对市场未来发展趋势的精准预判。

　　安森美——稳坐功率半导体第二把交椅。功率半导体一直占据安森美总营收 的半壁江山。汽车为安森美最大营收来源，2022 年第四季度汽车收入达 9.89 亿美元，占总营收的 47.01%，同比增长 54%，创下新记录。

　　美欧日等国功率半导体企业具备技术、产能、体系、人才和管理等众多优势，市 场地位依然稳固。而中国作为全球最大功率半导体消费市场，近年来发展势头良好。 截止 2022 年 4 月份，相关企业超 300 家，产业链布局完整，其中不乏一些技术实力 深厚的 IDM、Foundry 和 Fabless 企业。

　　以安世半导体、比亚迪半导体、斯达半导、中车时代电气和士兰微等为代表的功 率半导体企业，在技术沉淀、车规认证、制造工艺、试验测试、技术支持、体系搭建、 上车批量验证、问题解决以及产能提升和人才培养方面都积累了宝贵经验。

　　车规 MOSFET：车规 MOSFET 不论在燃油车上还是电动车上，应用非常广泛， 且 MOSFET 产品主要被海外企业垄断。 自 2020 年以来，海外头部供应商都相继面临产能紧张、涨价和断供等问题。此 时，对于一直在等候却缺乏合适契机进入车载领域的本土厂商来说，正是切入汽 车供应链的绝佳时机。经过两年的蓄势，国内部分相关企业在上车批量供货的同 时，同步在加快新的车规 MOSFET 的研发和验证。 低压 MOS——主要以 40V，60V，100V Planar 平面型、Trench 沟槽型和 SGT 屏蔽栅 MOSFET 为主。因为单车用量大、应用场景多且复杂，自 2021 年以来， 市场缺货严重。

　　中压 SGT MOSFET：车规级 SGT MOSFET 工作电压范围通常在 30V-250V 之 间的 MOSFET 产品，其中中压（100V-250V）一般并联多个 MOSFET 单管用 于 A00 级小型电动汽车或中混车辆（动力电池电压在 200V 上下）的主驱逆变 器、OBC、DC/DC、空调压缩机等零部件当中起到逆变、整流等作用。 高压 SJ MOSFET，车规级 SJ MOSFET 工作电压通常在 650V-900V，主要用 于当前广泛搭载的 400V 动力电池平台汽车的主驱逆变器、OBC、DCDC 和 PTC 等产品上。

　　车规 IGBT：IGBT 通常分为单管、模块和 IPM 模块。全球车载 IGBT 和 MOSFET 一样，主要被美欧日等国家的厂家垄断。如英飞凌、安森美、富士电机、三菱电 机和赛米控等。其中，英飞凌占据车规 IGBT 主要市场份额，英飞凌最早在 2007 年推出车规级 IGBT 模块——HybridPACK 系列。在国内市场，比亚迪、斯达半导和时代电气稳居前十。

　　IGBT 已发展至第七代，英飞凌作为 IGBT 龙头，其技术早在 2018 年已经迭代 至第七代。第五、六、七代均是在第四代技术基础上针对大功率、高开关频率等 需求进行的设计优化。不同代差对应不同的器件设计，也对应着不同的器件性能 和应用场景。目前国内多数厂家已经发展到了等同英飞凌的第四代和第五代技术， 而第四、五代 IGBT 也正好是目前车规 IGBT 应用的主流技术。

　　功率半导体器件或模块是电机控制器的心脏。电机控制器、电机和减速器一起组 成电动汽车的电力驱动总成。其中，电机控制器是功率半导体器件和模块的重要应用 领域，其主要用途是将动力电池输出的直流电转换成驱动电机所需要的三相交流电。 电机控制器由功率半导体器件或模块、电容、驱动电路板和控制电路板等零部件 组成。其中功率半导体器件或模块占总成本的 37%左右，是电机控制器最为核心的 零部件之一。

　　由于电机控制器是功能安全件，通常消费级或工规级的功率半导体器件和模块不 满足上车条件。因此长期以来，电机控制器中的功率半导体器件和模块一直依赖进口。 近年来，电机控制器格局发生变化，本土电机控制器厂家市场份额快速增长，这 让国产功率半导体拥有更多验证和上车机会，国产功率半导体市场份额将有望进一步 扩大。2022 年 Q1，斯达半导、比亚迪半导体和时代电气市占率分别稳居国内市场第 二、第三和第五，分别占比 16.4%、14.5%和 9%。

　　本土电机控制器厂商引领市场，对车载功率半导体竞争格局有着积极影响。2022 年，排名前 20 的电控厂家中，本土厂家占据 12 席。包括 5 家整车厂自制企业、9 家 本土第三方非自制企业（包括联合电子）以及 6 家海外厂家（包括日本的电装、电产、 三菱、日立等四家、法国法雷奥和美国博格华纳）。包括整车企业在内（除特斯拉外）， 总共有 14 家本土企业入围前 20，占比 7 成。

　　国产电控引领市场，有望助力国产功率半导体上车。目前国内电控产品竞争相对 充分，且由本土厂家引领。而国内企业在电控市场上份额的提升，则有望助力国产功 率半导体上车。原因如下： 1）供应链安全考虑：当功率半导体缺货时，为保证供应链安全皇冠体育网站下载,，车厂通常采取 一品多点采购战略，即一个电控产品，多家功率半导体供应商按照与车厂约定好的份 额供货。对车厂而言，国产功率半导体通常是此时的选项之一； 2）电控厂家成本控制需要：国产功率半导体成本相比进口器件具备一定优势。 特别是 A00 级和 A0 级这类电动车，其对整车成本控制要求相对较高，国产功率半导 体应用较为广泛。国内电控厂家在面临海外竞争者压力的时候，成本是其核心优势之 一。功率半导体作为电控中占比最高的核心器件，国内电控厂家在获取整车厂项目的 时候，通常也会偏爱选用同样具有成本优势的国产功率半导体。 3）多数国内车厂和电控厂家加强和国内功率半导体厂家合作，通过投资或战略 合作或成立合资公司的方式，形成优势互补，共同开发功率半导体产品。这将对国产 功率半导体上车应用起着很强推动作用。

　　缺芯缓解过后，功率半导体的“技术和成本”或成核心主线。随着缺芯缓解，海 外头部厂家产能恢复，国内厂家或面临一定程度上的市场竞争。如何突破重围，长期 来看，技术提升和持续成本优化，以及加快车规产品研发和验证速度，将有助于重塑 市场格局，这将成为国内厂家可持续发展的两条核心主线 车规器件壁垒重重，国产龙头曙光破晓

　　在电动汽车销量快速增长和缺芯的大背景下，国内功率半导体厂家趁势在上车验 证和批量供货上取得不菲成绩。但由于国内车载功率半导体发展起步较晚、器件开发 经验不足、上车验证机会不多和可靠性要求高等原因，在“以下诸多方面”与全球第 一梯队的车规功率半导体企业尚存差距，这也正是车规功率半导体壁垒所在。诸多壁 垒呈现复杂性、多样性、综合性以及普遍性等特点。 设计和制造工艺。车规功率半导体的设计和制造工艺相对成熟，结构相对简单， 对工艺制程要求不高（通常大于 90nm）。车规功率半导体与其他芯片比较，结构和制 造工艺有一定差别，且逐渐融合更多的特色工艺（微沟槽、深沟槽和屏蔽栅等）。车 规功率半导体在芯片面积、线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗和封装等方面 在持续做设计和工艺优化，以达到大电流、高电压、低损耗、高开关频率、鲁棒性、 散热快等性能目标。

　　器件设计：功率半导体自诞生以来，从半导体基材的迭代、微沟槽结构 的优化、先进封装、大尺寸晶圆的应用等多个方面进行技术创新。据 Yole 数据，功率半导体器件每隔二十年将进行一次产品迭代。相比其他半导体， 迭代周期相对慢，这将给国内功率半导体厂家留有充足的发展时间。 目前国内厂商面临的挑战主要包括：1）低功耗与高可靠性以及高功率密度 三者的平衡；2）满足高性能和小型化以及低成本三者的平衡；3）产品平台 化和客户定制要求之间的冲突和平衡；6）车规产品设计、制造等管理体系 和流程不健全；

　　SJ MOSFET、IGBT、碳化硅 MOSFET 作为中高端功率半导体器件，国内厂家 在器件设计、晶圆制造工艺和封测环节都面临不同程度上的挑战和壁垒。对于追赶者 的国产功率半导体厂家而言，技术作为发展的第一要素，技术持续迭代和技术方案的 创新或是超越国际巨头、主导市场地位的最重要条件之一。

　　质量管理体系。车规功率半导体相比消费和工业产品，对可靠性、质量一致性、 环境（耐久、高低温）、供货周期以及验证试验等要求更高。需要严格遵守车规芯片 开发流程、质量管理体系、验证要求等进行以确保车辆行驶安全。 车载功率半导体与其他车规芯片一样，从芯片定义、设计、原材料采购、供应商 管理、生产制造过程、小批量和批量供货以及售后等，都需要严格按照 AECQ-100 试 验要求和 IATF16949 生产制造过程中的要求执行。对于主驱逆变器中的功率半导体 单管或模块，甚至要求按照 ISO 26262 对系统和流程体系进行功能安全认证。

　　比如，在车规 IGBT 模块的安全性方面，IGBT 模块通常由多个 IGBT 单管、SBD 以及散热板等结构组成。IGBT 单管由成百上千个 IGBT 元胞构成。IGBT 模块实际上 车后，若其中一个元胞出现质量问题，则将直接危及整车安全。 国内从事车载功率半导体开发和生产制造的厂商，具有数量多、分布地域广、产 品种类多、技术能力水平参差不齐等特点。除了少数几家头部厂家外，车载领域起步 相对晚，从事车规产品开发累计时间不长。对车规产品质量管理体系认知仍有待提高， 需要未来更长时间上车实践以提升。

　　上车机会。传统燃油车时代，汽车销量和核心零部件技术均由头部车厂和供应商 把握，海外整车厂和头部 Tier1 话语权大，故汽车供应链相对封闭，新玩家进入大厂 供应链体系相对困难。 国内车规功率半导体厂家起步晚、技术经验少、对车规产品认知缺乏。由于缺乏 批量上车验证机会。即使部分有很强研发实力的企业，同样缺乏批量供货、验证产品 长期可靠性的机会，从而技术能力一直处在进步缓慢的窘境。且高投入和长期低回报 导致部分厂家信心不足甚至放弃车载产品的开发。在此背景下，即形成了对国内功率 半导体玩家极为不友好的恶性循环。 新能源汽车的快速上量以及疫情以来的汽车缺芯，特别是特斯拉以及国内的造车 新势力们，打破了汽车供应链封闭的外墙，愿意尝试多条腿走路，这给予了国内包括 车载功率半导体厂家在内的汽车零部件供应商们充足的上车机会，也增强了国产替代 的确定性，国产车规功率半导体有望迎来份额进一步提升的机会。

　　成本。在汽车客户面临器件选型时，成本将是一项重要考量的点，同样满足客户 需求的产品，分别来自海外厂家和国内厂家，在不缺芯和没有国产替代要求下，通常 客户可能考虑定点给价优者。 车规功率半导体和其他国产芯片类似，因为起步晚、经验缺乏、产业链相对不成 熟等特点，研发成本（人工、IP、软件和工具链等）摊销相对较高、核心原材料依赖 进口（框架、模具、引线键合相关工艺等）、工艺相对不成熟、良率相对不高、规模 化效应相对不突出、车规器件试验经验相对缺乏以及固定资产尚处在摊销初期等，而 上述或是造成器件成本相对较高的主要因素。

　　半导体从业人才。截止 2020 年，国内半导体从业人员人数约 54.1 万，同比增 长 5.7%。预计到 2023 年，人才需求将达 76.7 万人，人才缺口将近 23 万人。依前 文所述，功率半导体已超 300 多家。需求旺盛背后也隐藏着行业对专业人才的求贤 若渴。人才竞争也同样是半导体企业间实力竞争的重要组成部分。成熟、经验丰富的人才队伍是行业发展基石。

　　2020 年以来，在多重因素影响下，汽车芯片面临大缺货。芯片供求不平衡导致 芯片期货交期延后，价格涨价，现货价格更是一路高走。至今，汽车缺芯虽然已有所 缓解，但依然还存在部分芯片供应紧张状况。 长安汽车领导层就曾公开表示，因缺芯等因素影响，2022 年前三季度，已经减 产 60.6 万辆。据 AFS 预测数据，2022 年因缺芯致汽车减产预计达 450 万辆，而 2021 年这一数据是 1050 万辆。

　　半导体产业链全球化受阻。长期以来，半导体行业高度依赖全球化产业链的协同， 彼此分工明确，从设计、制造、封装、设备、材料、软件等全球通力合作，得以成就 全球半导体产业硕果。但是，近年来国际局势已经彻底改变了半导体制造商面临的处 境，全球化和自由贸易变得举步维艰。 国产替代，功率半导体先行。在缺芯之下，功率半导体因为需求大、技术门槛相 对较低、国内产业链基础好，且在消费和工业等有多数产品量产和应用，将有望成为 最先被国产化的领域之一。

　　汽车受智能化、电动化、网联化和软件化等产业趋势驱动。芯片作为智能硬件和 软件的基石和载体，其重要性不言而喻。功率半导体在汽车电子中价值量高，且产业 链相对完整，具备国产替代的现实意义和可操作性。

　　当下，车规功率半导体已然成为车企重点布局和投资热门领域之一。车载芯片种 类多、型号多、持续“缺芯”和车厂重要控制器自研，使得车厂开始建立控制器硬件 设计和供应链部门。车厂将直接参与芯片选型，直接建立与芯片厂家沟通渠道，打破 原有供应链的合作模式。车厂和 Tier1 都在开始往半导体设计和制造领域下沉，通过 投资或与芯片企业成立合资的形式进入半导体行业。他们主要聚焦重要、价值高的车 规级芯片并进行布局，与芯片企业共同合作开发，化被动为主动，以应对将来可能会 面临的汽车芯片供应链安全问题。而其中功率半导体，特别是 IGBT 和 SiC，成为车 企投资热门之一。

　　IDM 和 Fabless 各显其能。在功率半导体设计制造环节，目前主要有 IDM 模式 和垂直分工模式，两方竞争力孰强孰弱尚未分明，都在发挥各自优势。IDM 在缺芯时， 可以灵活协调产能以满足不同客户需求。在产品迭代上，IDM 也颇具优势。而代工模 式下，设计公司和 Foundry 可以共同合作开发先进工艺以提升产品竞争力。

　　IDM 模式一般重资产，工厂投入相对较大，对产能规划要求相对精准可控，对各 类专业人才需求大，在产能协同、成本控制、需求响应速度等多方面或具有较强优势。国内功率半导体 IDM 有时代电气、华润微、士兰微、华微以及扬杰科技等。 国内部分 Fabless 选择与头部 Foundry 深度合作，在产品设计、工艺融合优化、 产品规划、产能调配等方面能达到良好效果。且该模式下，两方既有各自分工合作， 又能做到优势互补。设计公司可以专注于产品设计与推广、可以更精准把握市场需求 和供应节奏，而 Foundry 可以专注于工艺控制和优化。国内成功案例如新洁能与华 虹宏力的合作、捷捷微电与中芯绍兴的合作。

　　目前，全球功率半导体市场上，头部的功率半导体多数是“IDM 模式”或“IDM 加委外代工混合模式”。后者即部分 IDM 将部分低端制程、即将 EOP（End Of Production）的产品委外专业代工厂加工，比如国内部分晶圆代工企业就接到不少此 类海外客户的订单。 据 ittbank 数据统计：中国大陆地区 Top60 的功率半导体（不含功率 IC）企业 里，其中 IDM 有 43 家，Foundry 有 5 家，以及 12 家 Fabless。

　　据英飞凌统计，在传统燃油车上，MCU 是其中价值量最高的半导体器件，占比 约 30%，功率半导体（包括功率半导体器件和功率半导体芯片）占比 20%。而对于电动汽车来说，MCU 和功率的价值占比有所变化。细分来看，混动车型和纯电动车 型，功率半导体用量和价值存在差异。混动又分轻中混、强混和插混，纯电动也要看 动力电池电压平台，200V 和 800V 对选用的功率半导体分立器件和模块差异较大， 成本也存在差异。 从英飞凌数据看出，中混电动汽车（MHEV）单车功率半导体价值 150-200 美元， 自动充电混动汽车（FHEV）单车功率半导体价值在400-470美元，纯电动汽车（BEV） 单车功率半导体价值在 550-600 美元。可见在各类电动汽车上，功率半导体价值量 高居榜首。

　　作为第三代半导体材料的代表，相较于硅，碳化硅具有禁带宽度更大（是硅的 3 倍）、热导率更高（是硅的 4-5 倍）、击穿电压更大（是硅的 8- 10 倍）等优势。

　　碳化硅功率器件主要包括碳化硅二极管（主要是肖特基势垒二极管 SBD 等）、碳 化硅晶体管（主要是碳化硅 BJT、MOSFET 等）以及碳化硅功率模块等。碳化硅功 率器件具有耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等众多优点，广泛应用 于电动汽车及充电桩、光伏、电网、轨道交通和储能等领域。

　　碳化硅性能优于 IGBT，两者在多个领域或存在应用重叠。从成本变化和晶圆尺 寸发展趋势分析： 碳化硅与 IGBT 成本比较。目前碳化硅功率器件由于技术和工艺尚不成熟、衬底 良率低以及尚未规模化应用等因素，导致当前碳化硅成本居高不下。同等规格、满足 同个终端应用需求的碳化硅 MOSFET 的价格是 IGBT 的 2.5-3 倍。而硅基 IGBT 技 术成熟，规模化效应已经显现，成本下探空间有限。随着上述对碳化硅成本不利因素 日渐改善，其价格有望逐年下调。对于长续航电动汽车，当前碳化硅功率器件的应用 带来的其他周边零部件的降本，或将进一步缩小皇冠体育网站下载,、或打平与选用IGBT带来的价格差。

　　碳化硅晶圆制造。目前已量产碳化硅衬底多是基于 2 英寸、4 英寸和 6 英寸晶圆 制造，其中 6 英寸逐渐将成为主流。据 NE 时代数据，安森美 8 英寸衬底于 2021 年 已经投产。未来，随着 8 英寸晶圆的衬底逐步量产，单片晶圆产量提升，相比 4 英寸 和 6 英寸晶圆，理论上碳化硅器件价格或将会有所下调。

　　当前碳化硅 MOSFET 主要应用于一些中高端场景，这些应用往往追求更高的性 能表现。如售价 30 万以上的中高端智能电动汽车，其对续航、瞬间加速以及充电时 间有着更高要求，通常其主逆变器中会采用碳化硅方案。短时间内，IGBT 或依然是 市场主流。长期来看，碳化硅 MOSFET 和 IGBT 市场需求或达到一个相对平衡，两 者将共存以供不同应用场景所使用。

　　碳化硅产业链相对复杂，主要包括衬底、外延、器件设计、晶圆制造以及封装测 试和终端应用等。

　　衬底和外延占据碳化硅器件的价值高地，存在较高技术壁垒。据未来智库数据， 衬底和外延占碳化硅器件总成本近 70%（其中衬底占 46%，外延占 23%）。两者同 为碳化硅器件最核心、也是最具瓶颈的两道制造工艺环节。衬底和外延的技术提升快 慢和良率高低都将对碳化硅器件的应用和推广产生直接影响。

　　碳化硅衬底分类——碳化硅衬底按照电阻率大小，碳化硅可以分为导电型和 半绝缘型。导电型衬底常用于制作碳化硅功率器件，应用于电动汽车、光伏、 储能等领域。而半绝缘型碳化硅衬底则被常用于制作氮化镓微波射频器件和 功率放大器等（GaN-on-SiC），应用于 5G 通信等。 目前导电型衬底市场依然由欧、美、日企业主导，美国 Wolfspeed 占全球份 额超 60%以上，其他如美国高意集团（II-VI）、德国 SiCrystalAG（被日本 Rohm 收购）、美国 DowCorning 和日本新日铁住金等紧随其后，市占率位 居前列。国内做导电型衬底起步较晚，整体发展处于初期阶段，该领域国内 主要企业有天科合达、天岳先进等。

　　衬作方法——衬底的形成通常使用物理气相传输法，在高温下（＞2000℃），碳化硅粉体分解成硅原子等气相物质，在高低温形成的温度梯度 下，气相物质慢慢在低温区的碳化硅籽晶表面生长形成碳化硅晶体。再通过 定向、整形、切片、研磨、抛光、检测和清洗等工艺过程，最后制成碳化硅 衬底。 制作优良的碳化硅衬底，存在较高的技术壁垒。碳化硅衬底生长难度大，对 工艺控制和衬底的厚度、翘曲度和弯曲度都有较高要求。其制备过程中，主 要存在以下难点和壁垒：1）碳化硅粉体纯度控制要求高，碳和硅的比例控 制要精准；2）温度要求高，高温与低温需控制精准；3）长晶时，生长速率 等需要严格控制；4）衬底生长为物理时间，且很难加速，时间成本高，产 能因此受限；5）碳化硅硬度强，切片时损耗高，产出低；6）涉及设备种类 多、要求高，如长晶炉，切片机、研磨机、抛光机和清洗设备等，总投入大。 以上众多壁垒导致目前碳化硅良率较低，单片价格较高。

　　外延工艺是碳化硅器件的第二内核。由于碳化硅衬底表面或多或少因为生长 过程或加工过程中引入微颗粒，直接基于其表面进行晶圆制造，或将导致最 终器件良率低、性能差等后果。故通常引入外延工艺，即在衬底表面通过化 学气相沉积（CVD）生长出一层 4H-SiC 单晶薄膜以提高器件良率和性能， 这一层单晶材料即称为“外延”。在制作过程中，工艺控制不良会直接造成 各类缺陷产生而影响良率和产出。 据 Yole 数据，预计到 2027 年，碳化硅外延片全球市场规模将达 8.51 亿美 元，2021 年到 2027 年，CAGR 为 28%。全球外延片市场主要被美国 Wolfspeed 和日本昭和电工是碳化硅外延片两家龙头企业垄断。其他厂家有 II-VI、Cree、Norstel、Rohm 和英飞凌等。国内从事碳化硅外延片企业主要 有瀚天天成、东莞天域、中电 55 所和三安光电等。

　　据 Yole 数据，电动汽车和汽车充电桩为碳化硅第一大应用市场。预计到 2027 年，碳化硅器件在电动汽车和汽车充电桩上应用，全球市场规模将分别达 49.86 亿美 金和 1.35 亿美金，两者之和占市场总规模的 81.32%。 碳化硅 SBD 和碳化硅 MOSFET 可应用于电动汽车主驱逆变器、OBC、DC/DC 以及充电桩等产品中。自 2019 年 Tesla 首次将碳化硅器件（供应商：STM）应用于 其 Model 3 车型上，碳化硅便正式开启了上车之路。自 2021 年以来，国内自主品牌 车企纷纷在其新车型上应用碳化硅器件，如蔚来汽车 ET5 和 ET7（主驱，自研模块， 晶圆从安森美采购），吉利 SMART 精灵(主驱，供应商：芯聚能)、小鹏 G9（主驱， 供应商：英飞凌）、比亚迪海豹（主驱，自研自产模块，部分晶圆外购）等。

　　续航里程。相比硅基 IGBT，碳化硅 MOSFET 有着众多优点：1）碳化硅在 关断时无拖尾电流，可以降低损耗； 2）碳化硅的高开关频率特性，不仅可 降低损耗，由于对散热效率要求相对低，还可减轻和驱动零部件和散热零部 件重量和体积，周边器件的成本随之降低；3）在车辆匀速和轻载情况下， 因为低损耗，可提升 5%-10%的续航里程。另外，采用 800V 高压平台的电 动汽车，同等功率下，系统电流可以比 400V 电压平台更小，故高压线束直 径可以做的更细，线束重量和体积可以更小，电动汽车变的更轻，续航能力 也会得到相应提升。

　　充电时间。汽车充电桩一般分为交流慢充和直流快充。 交流慢充指的是电动汽车通过公共或个人充电桩，需要借用车载充电器 （OBC）交直流转换给汽车充电。交流慢充的优点是成本低，电池损耗慢； 缺点是充电时间长，充电时间长短取决于 OBC 的额定功率（常规在 3kW9kW）。目前 OBC 主要采用硅基 IGBT 或 SJ MOSFET 方案，电池充满电 时间一般需要 4-8 小时。相比之下，碳化硅 MOSFET 可以耐受更高电压， 使得 OBC 拥有更高的额定功率。例如采用意法半导体的碳化硅技术，可以 将 OBC 的额定功率提升至 22kW 甚至更高，充电时间可以大大缩短。 直流快充是指充电桩自身内部实现交直流转换模块，无需借用 OBC，将电 网或储能设备中的交流电转换成直流电，直接给汽车充电。直流快充功率取 决于充电桩自身输出功率和 BMS（电池管理系统），如电池电压升级至 800V， 直流快充功率通常将超过 120 kW，碳化硅器件的高功率特性即可有其用武 之地，进而提高充电效率和缩短充电时间。

　　斯达半导成立于 2005 年，总部位于浙江嘉兴，国内 IGBT 模块龙头企业。目前 公司主要产品是以 IGBT 为主的功率器件的设计和模块的封装。对标英飞凌第七代 IGBT 的 FS-Trench 型产品目前进展顺利。除 IGBT 外，斯达半导的快恢复二极管以 及 MOSFET、碳化硅模块等产品同样广泛应用各领域。2022 年，公司营收大幅增长， 新能源业务占比从 2022 年上半年的 47.37%进一步提升至 2022 年年终的 54.3%。 目前电动汽车主要客户有长安、上汽、江淮大众和奇瑞等，以及雷诺、通用等海外车 企。

　　公司在利润率方面表现同样不俗，2022 年前三季度，公司销售毛利率和净利率 分别达 41.07%和 31.60%。2021 年全年销售毛利率和净利润分别为 36.73%和 23.40%，不论是毛利率，还是净利率，均实现稳健增长。 公司已经获取多个 800V 高压电动汽车项目定点。碳化硅模块也将在 2023 年陆 续迎来验证上车（宇通客车已经定点等）。此外，光伏储能对功率器件的持续需求也 有利于公司能持续发挥在 IGBT 模块产品上所产生的规模效应。公司在车规 IGBT 模 块上针对设计、封装和测试的经验均可以很好的借鉴到碳化硅 MOSFET 模块的开发 上，为碳化硅 MOSFET 模块进入车厂供应链奠定基础。

　　闻泰科技业务覆盖较广，可提供产品包括半导体、光学模组、智能终端类产品（手 机、平板电脑、笔记本电脑、服务器、汽车电子）等。而半导体业务也是其众多业务版图中的亮点之一。 2019 年，被闻泰科技以 200 多亿元收购安世半导体。其原为恩智浦（NXP）半 导体标准产品事业部，是一家全球知名的半导体 IDM 公司。在德国和英国有自建晶 圆厂，在中国和东南亚设有封测工厂。客户分布全球各地，产品丰富，主要有功率器 件（二极管、MOSFET、IGBT 和 SiC）、逻辑和模拟 IC 等。在二极管、小信号管及 车载 MOSFET 等产品出货量位居全球前列。 2021 年，安世在功率半导体业务营收 6.72 亿美元，同比增长 43.3%。在最新的 全球功率分立器件厂家排名中，安世位列第五名，是唯一一家挺近榜单前十的国内企 业。 业绩快报显示：2022 年前三季度，闻泰科技预计营收达 420.85 亿元，同比增长 8.9%。归母净利为 19.44 亿元，同比下滑 4.79%。

　　时代电气——中车集团子公司，时代电气是轨交装备领域的领军企业，最早为轨 交研发和生产功率器件（包括模块），具有很深厚的功率器件研发和生产经验。业务 分为轨道交通装备产品、新型装备产品及其他业务三大业务板块。新型装备业务板块 包括功率半导体器件（含模块）、电动汽车电驱系统、工业变流、海工装备、传感器 件等产品。其中，功率半导体器件产品（含 IGBT 模块），在国内位列第一梯队，在 IGBT、碳化硅、先进封装和组件以及可靠性技术等拥有很深的经验积累。目前在功 率半导体业务板块，建成有 6 英寸双极器件、8 英寸 IGBT 和 6 英寸碳化硅的产业化 基地，其中，8 英寸车规 IGBT 目前年产能达 24 万片，6 英寸 SiC 芯片（沟槽栅）的 年产能将于 2024 年达 2.5 万片。

　　目前士兰微已发展成为国内功率器件 IDM 龙头企业，重点围绕功率器件（含模 块）、MCU、MEMS 传感器、模拟 IC（DCDC、LDO、LED 驱动以及数字音视频 IC 等）等不断完善自身产品生态。2022 年分立器件（含功率器件、功率 IPM 模块、肖 特基管等）营收为 44.64 亿元，同比增长 17.13%。 功率器件：用于主电机驱动模块的 IGBT 和 FRD 芯片于 2022 年开始在国内多 家汽车客户通过测试验证，在部分客户端实现批量供货（IGBT 相当于英飞凌第五代）； 多颗车规高、中、低压车规 MOSFET 和 IGBT 芯片陆续批产（车规 IGBT 客户有比 亚迪和零跑等）；SiC MOSFET 研发稳步推进。

　　国内功率器件设计龙头企业，主营 MOSFET 和 IGBT 的设计和销售。MOSFET 为公司拳头产品，涵盖不同类型、不同电压等级的平面 MOSFET、深沟槽 MOSFET、 SGT MOSFET 和 SJ MOSFET。 亮点：公司作为功率器件 Fabless 公司，与国内龙头 Foundry——华虹宏力战略 合作多年。双方在产品设计、晶圆制造、工艺优化、产能等方面深度配合，致力于共 同打造工艺出色、质量可靠、成本可控的各类高性能功率器件。目前公司各类功率器 件已超 1300 多种。主要汽车客户有蔚来、小鹏、理想、上汽、比亚迪、奇瑞、江淮、 五菱和联合电子等十余家车企。2022 年新洁能用于汽车电子的相关产品的销售额同 比增长 700%。

　　业绩快报显示：2021 年新洁能全年实现营收 14.98 亿元，同比增长 56.89%。其 中营收约 9 成以上是来自 MOSFET 产品（包括高、中、低压）。得益于功率器件在各 行业需求增长，2022 年全年营收达 18.11 亿元，同比增长 19.87%，归母净利预计达 4.35 亿元，同比增长 4.51%。

　　国内领先的功率器件公司，正由 Fabless 模式向 Fabless+封测模式蜕变。公司 功率产品涵盖晶闸管、二极管、防护类器件、MOSFET、IGBT 器件和芯片和碳化硅 器件等，其中晶闸管市占率排全球前三，国内第一。车规低压（40V，60V）MOSFET 出货量在国内遥遥领先。MOSFET 已经上升为公司第一大业务。目前主要汽车客户有：比亚迪、东风、罗思韦尔等。

　　公司成立于 2004 年，深耕条码识别设备的研发及产销近 20 年，该板块为行业 龙头且营收居前，作为业务基本盘持续为公司增量业务输血。公司通过收购泰博迅睿 涉足电子元器件分销业务，切入半导体行业。随后经过多轮精准的收购和参股，成为 国内少有的在功率半导体设计、上游硅片制造和晶圆制造均有布局的企业，形成一套 独特的功率半导体Smart IDM 生态圈。 条码识别技术自主研发，业务稳健增长。公司为国内首家具备独立自主条码识读 技术研发的企业，所有核心技术均系通过自主研发所取得；财务上，客户回款及时， 现金流充沛，营收稳定，同时成本极低，可达到 30%的净利；发展动力上，影像扫描 设备渗透率提升叠加物联网的加速发展支撑条码业务的推进；客户上，产品已得到下 游众多知名客户的认可，与富士康、比亚迪、新加坡航空、中国移动等建立广泛、长 期的合作伙伴关系。

　　国内第三代半导体衬底龙头企业，业务覆盖导电和半绝缘型碳化硅衬底的设计、 生产和销售。其中，2020 年半绝缘型衬底出货量位列全球第三，目前半绝缘衬底为 公司的主要营收来源。公司已经掌握衬备的全产业链技术，包括设备制造、碳硅 粉体合成、热场搭建和长晶等。导电型碳化硅衬底（主要应用于光伏、电动汽车等） 制备技术已具备批量生产能力，有望为公司成长增加动力。 业绩快报显示：公司 2022 年预计实现营收 4.17 亿元，同比下滑 15.56%，归母 净利润达-1.75 亿元，同比下滑 294.02%。

　　公司除了衬底技术有着深厚沉淀外，还具备强大的科研平台，目前在研重点项目 15 个以上，同时具备强大的生产制造能力、优质的客户体系以及充足的人才储备优 势。射频器件需求持续增长，有利于半绝缘型衬底市场份额逐步扩大。电动汽车和光 伏等景气度上扬，对碳化硅器件的应用将会提速，而用于制备碳化硅器件的导电型衬 底的需求量将有望迎来增长机遇。