汽車功率半導體:成長行業“優質賽道”,國內龍頭旭日東昇

我國《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035 年)》提出新能源汽車發展願景,計劃到 2025 年,國內新能源汽車滲透率達到 20%。國際上,歐洲多國二氧化碳限排政策,新能源汽車補貼政策雙管齊下,以應對全球氣候變暖的壓力,汽車電動化路線愈加明顯。在歐盟,ACEA 汽車温室氣體排放協議規定,到 2030 年以前,汽車二氧化碳排放量需低於每公里 59 克。根據英飛凌測算,歐盟新能源汽車滲透率將在 2030達到 40%。

電動化帶動功率半導體單車價值大幅提升,純電車用功率半導體 ASP 達 330 美元是傳統燃油車的 4.6 倍。以電力系統作為動力源的新能源汽車,對電子元器件功率管理,功率轉換能力提出了更高的要求。在傳統汽車中,功率半導體主要應用於車輛啓動,發電和安全領域,低壓低功率電子元器件即可滿足其工作需求。而在新能源汽車中,電池輸出的高電壓需要進行頻繁的電壓變換,電流逆變,這些電路大幅提高了汽車對 IGBT、MOSFET 等功率半導體的需求。根據英飛凌數據,傳統燃油車中,功率半導體含量為 71 美元,全插混/純電池電動車中,功率半導體價值量為 330 美元,是傳統燃油車的 4.6 倍。

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根據 Yole 預計,2025 年全球功 率半導體市場規模將達到 225 億美元。智研諮詢統計 2019 年全球功率半導體市場中汽車領域 佔比 35.4%,假設該比例維持不變,則預計 2025 年全球汽車功率半導體市場規模將達到 79.65 億美元。

隨着新能源汽車滲透率的逐步提高,作為新能源汽車重要配套設施的充電樁數量也需要同步提升。根據麥肯錫統計,2020 年中美歐新能源汽車充電需求約為 180 億千瓦時,預計到 2030年,新能源汽車充電需求量將達到 2710 億千瓦時,年複合增速 31.2%。新能源汽車充電設施需求的快速增長,也將帶動充電樁關鍵零部件 IGBT 用量的大幅提升

根據麥肯錫預計,中國、美國、歐盟三個地區需要在 2020-2030 十年間分別投入 190 億/110 億/170 億美元資金建設新能源汽車充電樁 2000 萬/2000 萬/2500 萬座,用以填補新能源汽車充電需求缺口。單個充電樁中,IGBT 佔總成本比例約 20%.。由此可以推算出,未來十年中美歐新能源汽車充電樁用 IGBT 市場將有 94 億美元增量空間。

IGBT 在汽車內有四種不同應用,第一是主逆變器核心器件,主逆變器將電池輸出的直流電逆變為交流電驅動汽車電機;第二應用在輔助逆變電路中,用來為其他汽車電子供電;第三應用在 DC/DC 直流斬波電路中,用來輸出電壓不同的電流;第四應用在 OBC(充電/逆變)中,將外部輸入的交流電逆變為直流電為新能源汽車電池充電。在電動化程度較低的汽車中,由於其電池輸出電壓低,功率器件工作的功率範圍不高,可以用 MOSFET 替代輔助逆變電路、DC/DC 直流斬波電路、OBC 中的 IGBT ,以達到控制成本的目的。

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IGBT 是 Insulated Gate BipolarTransistor 的縮寫,即絕緣柵極雙極型晶體管。它是 BJT 和 MOSFET 組成的複合功率半導體器件,集合了 MOSFET 開關速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小和BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點。在新能源汽車中,IGBT 模塊主要用於大功率逆變器,以逆變直流電為交流電從而驅動汽車電機;還用於輔助功率逆變器,為車載空調等汽車電子設備供電

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IGBT 按照不同應用環境,可分為 IGBT 單管,IGBT 模塊和 IPM 智能模塊。IGBT 單管是 N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管,通過向 PNP 型晶體管提供基極電流,導通整個電路。由於其適用電流較小,通常在 100A 以下,適用功率較低。但 IGBT 單管外部電路複雜,封裝難度高,能體現 IGBT 製造商技術、工藝水平。IGBT 模塊是由 IGBT 芯片與 FWD(快速回復二極管)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品,多芯片通過絕緣方式並聯集成封裝在模塊中,其安全性、可靠性得到有效提升,更適合在高壓大電流場景中工作。IPM 智能模塊是將 IGBT 器件與驅動電路、保護電路集成在一個模塊上,由於其具有自我電路診斷、保護的功能,相比普通 IGBT 模塊更智能化,常用於變頻家電中。

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根據 Yole 數據,2019 年全球新能源汽車 IGBT 市場規模為 6 億美元。EV Sales Blog 數據公佈 2019 年全球插電式混合動力汽車和純電池電動車的銷量約為 220 萬輛,由此可推算出 IGBT 單車平均價值量為 273 美元(佔單車功率半導體價值量 83%),考慮到目前全球半導體晶圓代工產能緊張,預計今年新能源汽車功率半導體價格仍將保持在較高水平,且未來單車價值將隨着電動化趨勢及雙電機滲透率的增加逐步提升,乘以 EV tank 給出的未來各年全球新能源汽車的銷量預測,預計全球新能源汽車 IGBT 市場規模將從 2020 年約 6 億增長至 2025 年 44 億美元,複合增速約 48.8%。

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據 Omdia 2019 年統計數據顯示,全球 IGBT 模塊前十大供應商佔據市場份額的 75.6%,市場格局集中,競爭格局較好。根據 NE 時代數據,2019 年中國共裝配 108 萬套車用 IGBT 模塊,其中英飛凌以 62.8 萬套裝配數量佔據了 58.2%的份額,處於市場領先地位。比亞迪微電子排名第二,共裝配 19.4 萬套,份額佔比為 18%。三菱電機、賽米控分列第三、第四,份額為 5.2%和 3%。斯達半導位列第五,份額佔比為 1.6%。另一家國內廠商中車時代電氣位列第九,份額佔比為 0.8%。2019 年新能源汽車 IGBT 模塊前 4 大廠商份額合計 81.4%,呈現寡頭壟斷格局。而國內廠商僅有比亞迪微電子、斯達半導及中車時代電氣三家企業入圍市場份額 TOP10,佔比 20.4%,國產化率較低。

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從電壓覆蓋看,國產企業 IGBT 產品線覆蓋日趨完善。國內廠商斯達半導目前擁有國內最全面的 IGBT 模塊產品線之一,廣泛覆蓋高壓(3300V)至中低壓(600V)的應用領域;中車時代電器則以高鐵、動車等細分領域為主,目前主要在 4500V 以上高壓領域具備一定競爭力。英飛凌的產品完整覆蓋了下游全電壓等級應用領域,ABB 則主要面向高壓和最高電壓等級產品。整體看來,內資企業 IGBT 產品覆蓋低壓至高壓的全市場,低壓領域佈局較為完善,但與國外廠商相比,我國功率分立器件在高壓領域仍需加強。

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2019 年中國新車銷量達 2575 萬輛,約佔全球新車銷量的 28.5%,是全球最大的汽車消費市場。雖然我國目前汽車保有量超過 2.6 億量,但人均汽車保有量與發達國家仍有較大差距。根據世界銀行數據顯示,2019 年我國人均汽車保有量為 0.173 輛;美國為 0.837 輛,是中國的 4.8 倍;日本為 0.591 量,是中國的 3.4 倍,預計未來中國汽車銷量仍將持續提升。廣大的汽車消費市場為我國 IGBT 企業的發展提供了廣闊空間,奠定了良好的發展基礎

燃油車方面,我國由於起步較晚,在傳統燃油汽車行業競爭力偏弱,2020 年前三季度我國乘用車銷量 1338 萬輛,其中國產品牌乘用車銷量佔比僅約 36%。而在新能源汽車行業,我國搶抓佈局,已建立起不俗的技術、市場優勢。2020 年前三季度,中國新能源乘用車銷量 62 萬輛,其中自主品牌/造車新勢力/外資合資廠商佔比分別為 55%、15%、30%,國內廠商佔比合計達到 70%,較傳統燃油車提升明顯。未來隨着新能源汽車滲透率的逐步提升,預計國內汽車廠商的市場份額也將隨之提升,迎來彎道超車。在貿易摩擦加劇背景下,國內新能源廠商出於供應鏈安全考慮,預計將更多使用國產IGBT,帶動國產 IGBT 份額提升

與國外競爭對手相比,國內 IGBT 廠商與汽車廠商的溝通成本低,供貨速度快,服務能力強,能夠快速響應下游客户需求,具有快速響應的優勢。此外,國內功率半導體廠商還具有高性價比優勢以及較低的物流和人工成本,契合新能源汽車廠商提升滲透率、市佔率要求下的降本增效需求

斯達半導

深耕 IGBT 十五年,IGBT 技術處於行業領先地位。公司在 IGBT 技術中深耕多年,打破了歐美日功率半導體巨頭在 IGBT 技術、市場領域的壟斷局面,開發出覆蓋了 600V-3300V 電壓等級、10A-3600A 電流等級的 600 餘款 IGBT 模塊產品,成為目前國內 IGBT 模塊型號最齊全的廠商,可以為工控變頻、電動車、新能源發電、變頻家電等下游應用領域提供定製化服務。為提升毛利率,公司持續投入 IGBT 芯片研發以提升芯片自給率,降低芯片外購成本。根據公司招股説明書數據,芯片自給率從 2017 年 35.7%提升到了 2019 年 54.1%,未來有望進一步得到提升。

受益國產替代,工業控制 IGBT 市場份額有望提升。根據中國產業信息網,2018 年中國工業控制 IGBT 市場規模為 32.38 億元,2018 年斯達半導工業控制領域收入 5.26 億元,市佔率 16.24%。受到中美貿易摩擦衝擊供應鏈安全影響,預計 IGBT 國產替代進程將進一步加速。斯達半導在工業控制 IGBT 領域佈局早,並且可以向客户提供成熟的高、中、低壓變頻器全套解決方案,預計公司在工業控制 IGBT 的市場份額將得到提升。

新能源車高速增長,帶來 IGBT 量價齊升。2016 年公司成功量產 FS-Trench IGBT 模塊,成為了國內少數可大規模生產車規級 IGBT 模塊的廠商,2019 年共為 16 萬輛新能源汽車裝配FS-Trench IGBT 模塊,約佔國內市場份額 13%。目前公司主要為國產 A 級、A00 級汽車裝配IGBT 模塊,單機價值量較低。隨着未來公司產品競爭力的提高,市佔率將進一步提升,產品也將逐步導入到 B/C 級高端轎車,車用 IGBT 模塊將迎來量價齊升。

佈局車規級 SiC 模組,進一步開拓新能源汽車市場。2020 年,公司與 CREE 合作開發1200VSiC 模塊已通過宇通客車認證,預計將於 2021 年開始裝配。2020 年 12 月 18 日公司發佈公告將投資 2.29 億元建設年產 8 萬顆車規級 SiC 模組產業化項目,繼續加大新能源汽車領域投入。

中車時代電氣

國內軌交裝備電氣系統龍頭。株洲中車時代電氣股份有限公司是中國中車二級子公司,是我國軌道交通行業內具有領導地位的牽引變流系統供應商。公司堅持以技術研發為核心,在“同心多元化”戰略指導下,從軌道交通業務出發,佈局功率半導體器件、工業變流產品、新能源汽車電驅系統、傳感器件、海工裝備等領域,打造新的業績增長點。

以軌交 IGBT 為切入口,逐步打開新能源汽車、電網 IGBT 市場。公司 IGBT 產品定位於高端電力電子行業,目前已經實現 650V-6500V 全電壓範圍覆蓋,是國內唯一自主掌握高鐵動力 IGBT 芯片及模塊技術的企業。2015 年,有公司自主研發的 IGBT 變流器首次走向海外,取得了印度 100 輛機車的訂單,公司 IGBT 技術受到國際市場的認可;在輸配電領域,公司生產的 IGBT 已經應用於烏東德工程、廈門柔直、渝鄂柔直、蘇南 STATCOM、江蘇 UPFC 等多個項目,隨着公司電網 IGBT 技術的成熟,未來將獲得更多訂單;在新能源汽車領域, 公司目前已經在向長安、江淮、一汽供應 IGBT,產品主要由 2014 年 6 月竣工投產的 8 英寸 IGBT晶圓生產線(一期)生產,該產線年產量為 12 萬片。由公司建設的國內首條 8 英寸車規級IGBT 芯片生產線(二期)也於 2020 年 9 月 26 日下線,年產量達 60 萬片,這將為公司進一步打開新能源汽車 IGBT 市場。

聞泰科技

全球 ODM 龍頭企業,收購安世半導體進軍半導體行業。聞泰科技是全球領先的 ODM 製造商,從事移動終端、智能硬件等產品的研發、製造業務。2018 至 2019 年通過收購安世半導體股權,實現對安世的控股,進入半導體領域。

受益 5G 浪潮,ODM 迎來業績增長。公司是全球手機 ODM 龍頭,2019 年出貨 1.13 億台,佔全球市場 27.6%的份額。2020 年,各大手機廠商密集推出新款 5G 機型,12 月 5G 手機銷量佔比達到 68.4%。作為已率先佈局 5G 的行業龍頭,聞泰科技將在 5G 手機滲透逐步提升的過程中充分受益。

安世半導體汽車業務有望為公司帶來豐厚業績。汽車是安世半導體產品最大的下游應用領域, 2019 年安世實現收入 103 億元,其中汽車板塊業務收入 43 億元,佔比 42%。對於車規級半導體產品,產品本身的可靠性與供應的穩定性是客户的核心需求。安世半導體在汽車領域已通過 ACE-Q100 和 Q101 兩項汽車標準認證測試,產品受到博世、比亞迪、大陸、德爾福、電裝等客户的認可,建立了長期的合作關係,構築成強生態壁壘。隨着未來汽車電動化程度加深,新能源汽車滲透率提高,汽車半導體將迎來量價齊升,安世半導體汽車業務有望為公司增厚業績。

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