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资料来源：未来智库
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 2030 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。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%，2025 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-40-155°C，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，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，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。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。
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 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%；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 230/830/570 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（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，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%、26.3%、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 Strategy 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 Deloitte 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 2024 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 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 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 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 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，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， 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 GaN 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 2000°C 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 2300°C 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。
SiC 在电动车中主要用在逆变器中，此外还有车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器等，绝大 部分将用于逆变器，SiC 在上述零组件中的应用将越来越多。新能源车领域，SiC 器件已被 国际知名车企应用在其电动车上，特斯拉 Model 3 的主逆变器采用了意法半导体生产的 24 个 SiC MOSFET 功率模块，是全球第一家将 SiC MOSFET 应用于商用车主逆变器的 OEM 厂商；比亚迪在推出首款采用 SiC 技术的车型“比亚迪·汉”的同时，还宣布到 2023 年将 实现 SiC 功率器件对 Si 基 IGBT 的全面替代；蔚来在 2022 年交付的新款 ET7 车型上，采用 了基于 SiC 技术的电驱系统；2020 年 12 月丰田也首次在其电动车上使用 SiC 器件。
根据 Yole 数据，2021-2027 年，全球 SiC 功率器件市场规模将由 10.9 亿美元增长到 62.97 亿美元，CAGR 为 34%；其中电动车用 SiC 市场规模将由 6.85 亿美元增长到 49.86 亿美元， CAGR 为 39.2%，电动车（逆变器+OBC+DC/DC 转换器）是 SiC 最大的下游应用，占比由 62.8%增长到 79.2%，市场份额持续提升。
SiC 衬底方面，根据 Yole 数据，全球导电型 SiC 衬底市场规模由 2018 年的 1.73 亿美元增 长至 2020 年的 2.76 亿美元，CAGR 为 26.36%；全球半绝缘型 SiC 衬底市场规模由 2019 年的 1.54 亿美元增长至 2020 年的 1.82 亿美元，同比增长 18.2%。
导电型 SiC 衬底市场目前主要被美国、日本企业占据。根据 Yole 数据，2018 年全球导电型 SiC 衬底厂商中，美国 Wolfspeed（Cree）占比 62%，美国 II-VI（贰陆/高意）占比 16%， 德国 SiCrystal（2009 年被日本罗姆收购）占比 12%，美国 DOW（陶氏化学）占比 4%。中 国厂商天科合达占比 1.7%，天岳先进占比 0.5%，排名全球第 6-7 名。
半绝缘型 SiC 衬底市场目前主要被美国、中国企业占据。2020 年全球半绝缘型 SiC 衬底厂 商中，美国 II-VI 占比 35%，美国 Wolfspeed（Cree）占比 33%，中国厂商天岳先进占比 30%， 全球排名第 3。
根据 Wolfspeed 数据，全球 SiC 衬底厂商中，Wolfspeed 占比 62%，排名第 1；II-V I 占比 14%，排名第 2；ROHM（SiCrystal）占比 13%，排名第 3；中国厂商天科合达占比 4%，排 名第 5。CR3 占比达到 89%，市场集中度高。
SiC 晶圆尺寸目前以 4-6 英寸为主，为了降低 SiC 衬底成本，将逐步向 8 英寸升级，以 32mm2 的 SiC 晶粒为例，6 英寸晶圆能产出 448 颗晶粒，8 英寸晶圆能产出 845 颗晶粒，产量提升 88.6%，同时晶圆边缘芯片比例从 14%降到 7%。因此，随着 SiC 晶圆尺寸增大，单片晶圆 产量更高，边缘浪费率更低，整体提升了 SiC 产能和效率。
对比国内外 SiC 衬底发展水平，国外已达到 8 英寸水平，Wolfspeed 已成功研发并投建 8 英 寸产品生产线，II-VI 已成功研制 8 英寸导电型 SiC 衬底，Soitec 也宣称发布了首片 8 英寸 SiC 衬底；国内目前还处于 6 英寸水平及以下，计划在十四五期间突破 8 英寸衬底关键技术。
SiC 衬底制备技术包括 PVT 法（物理气相传输法）、溶液法和高温气相化学沉积法等，目前 商用 SiC 单晶生长均采用 PVT 法。SiC 半导体晶片材料核心参数包括微管密度、位错密度、 电阻率、翘曲度、表面粗糙度等。稳定量产各项性能参数指标波动幅度较低的高品质 Si C 晶 片的技术难度很大，主要体现在：
1）生长温度高。SiC 晶体需要在 2300°C 以上的高温环境中生长，且在生产中需要精确调控 生长温度，控制难度极大，Si 生长温度为 1600°C；
2）生长速度慢。SiC 7 天才能生长 2cm 左右，而硅棒拉晶 2-3 天即可拉出约 2m 长的 8 英 寸硅棒；
3）晶体类型多。SiC 存在 200 多种晶体结构类型，其中六方结构的 4H 型（4H-SiC）等少数 几种晶体结构的单晶型碳化硅才是所需的半导体材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳 比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，导致产 出的晶体不合格；
4）扩径难度大。气相传输法下，SiC 晶体生长的扩径技术难度极大，随着晶体尺寸的扩大， 其生长难度工艺呈几何级增长；
5）材料硬度高。SiC 莫氏硬度为 9.2-9.6，与金刚石接近，切割、研磨、抛光技术难度大， 工艺水平的提高需要长期的研发积累。
由于 SiC 晶体生长速率慢、制备技术难度较大，导致大尺寸、高品质 SiC 衬底生产成本依旧 较高，产量低、价格高成为制约 SiC 大规模应用推广的主要因素。根据 CASA 数据，近年来 SiC SBD 和 SiC MOSFET 器件呈现逐步下降趋势，并且与 Si FRD 和 Si IGBT器件的价格 差也在缩小。
650V SiC SBD vs Si FRD：2017-2020 年 SiC SBD 价格由 4.1 元/A 下降至 1.58 元/A，降幅 达 61.5%。价格差则由 2.6 元/A 下降至 2.97 元/A；
1200V SiC SBD vs Si FRD：2017-2020 年 SiC SBD 价格由 6.55 元/A 下降至 3.83 元/A，降 幅达 41.5%。价格差则由 4.55 元/A 下降至 1.16 元/A；
650V SiC MOSFET vs Si IGBT：2017-2020 年 SiC MOSFET 价格由 3.44 元/A 下降至 1.92 元/A，降幅达 44.2%；同时与 Si IGBT相比，价格差从 3.11 元/A 下降至 1.39 元/A，价格倍 数 从 10.4 倍下降至 3.6 倍 ， 价格差距 逐 步 缩 小 。此 外 ， 2019-2020 年 ， 650V/900V/1200V/1700V 的 SiC MOSFET 价格都呈下降趋势，分别下降了 13%、2%、 27.62%、33.4%。
我们认为，未来 SiC 价格有望继续下探，主要原因在于：
1）全球 SiC 衬底厂商扩产，增加产能供给，衬底价格下降，带动器件成本下降；
2）SiC 制备技术不断提升，带动良率提升；
3）晶圆尺寸向 6 英寸、8 英寸升级，单片晶圆产量增加、边缘浪费率降低、边际成本降低；
4）产能陆续建设投产，行业竞争加剧，引发价格进一步下降。
根据 CASA 关于 Si IGBT 和 SiC MOSFET 价格走势，未来几年 Si IGBT 和 SiC MOSFET 都 将呈下降趋势。
1）Si IGBT：根据我们推算，1 辆电动车 Si IGBT器件价格为 340 美元/辆。Si IGBT 已经大 规模应用在电动车中，且由于需求旺盛，供给吃紧，因此缺货状态仍将持续至 2023 年，所 以我们判断 Si IGBT 价格 2022-2023 年将保持基本稳定，2024-2025 将有所下降，但是下降 空间有限，预计年均下降幅度为 5-10%。
2）SiC MOSFET：根据我们推算，1 辆电动车 SiC 器件价格为 1005 美元/辆，对应消耗 0.5 片 6 英寸 SiC 晶圆。由于 SiC MOSFET 目前成本较高，在电动车种渗透率很低，因此为了 大规模应用，价格下降就成为最重要的影响因素，同时 Wolfspeed、II-VI、ROHM（SiCrystal）、 天岳先进、晶盛机电、露笑科技、三安光电等全球 SiC 厂商均有扩产计划，因此我们判断 SiC MOSFET 价格下降速度较快，预计 2022-2025 年年均下降幅度为 10-20%，其中 2022-2023 年较慢，2024-2025 年由于技术精进、各厂商扩产计划陆续投产、稼动率提升，因此下降速 度较快。
结语
总体而言，我们判断未来几年，IGBT 仍然是逆变器主流器件，随着 SiC 成本进一步下降， 电动车电池电量增加，SiC 逆变器渗透率将逐步提升，但是仍处于供不应求的局面，未来几 年电动车功率半导体行业仍将保持高景气度状态。
国外厂商中，Wolfspeed 公司的 SiC 晶片供应量位居世界第一，能够批量供应 4 英寸至 6 英 寸导电型和半绝缘型 SiC 晶片，且已成功研发并投建 8 英寸产品生产线；II-VI 公司的 Si C 晶 片供应量位居世界第二，能够提供 4 至 6 英寸导电型和半绝缘型晶片，并已成功研制 8 英寸 导电型 SiC 晶片；德国 SiCrystal（2009 年被日本罗姆收购）生产的 SiC 衬底主要用于罗姆 公司生产各种 SiC 器件，主要生产 4-6 英寸导电 SiC 衬底。中国厂商中，天岳先进主要产品 是 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底，6 英寸半绝缘型和 6 英寸导电型衬底已形成小批量销售，是 全球第三大半绝缘型衬底供应商，在导电型 SiC 衬底领域，公司 6 英寸产品已送样至多家国 内外知名客户，并于 2019 年中标国家电网的采购计划；天科合达能批量供应 2-6 英寸各种 类型的 SiC 衬底。
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