汽车行业新能源汽车产业趋势系列报告之八：功率半导体，驭电者之歌-191122_30页__1mb

新能源汽车功率半导体趋势总结

核心内容

新能源汽车的电控系统依赖功率半导体实现高效能流转换，包括开关、逆变、变频、变压等功能。由于动力电池储能能力有限，功率半导体成为弥补其短板的关键环节。当前，硅基IGBT和碳化硅基MOSFET是新能源汽车功率半导体的主要选择。

主要观点

1. 硅基IGBT 是当前新能源汽车功率半导体的主流选择，因其综合性能均衡、单晶生产成本低、易制备绝缘层，已广泛应用于市场。2018年全球市场规模约58亿美元，其中汽车用占比约25%。

2. 碳化硅基MOSFET 具备更高的综合效率（约98%），在高压大电流环境下表现更优，但成本相对较高。2018年全球市场规模不足2亿美元，但增速较快。特斯拉Model3是其成功应用的代表。

3. 新能源汽车 市场虽在2019年出现销量回调，但车型结构持续优化，长期销量和节能降耗趋势不变，功率半导体需求稳定增长。

4. “双积分”政策 是我国新能源汽车长期发展的主要政策工具，对新能源乘用车的积分计算方式和企业积分比例进行调整，有助于推动技术升级和规模增长。

5. 功率半导体自主可控 是我国新能源汽车产业链发展的重点方向，国内企业在硅基IGBT和碳化硅基MOSFET领域均取得一定进展。

关键信息

• 硅基IGBT：技术成熟，成本较低，广泛用于新能源汽车电控系统，2025年市场规模预计超70亿元。
• 碳化硅基MOSFET：性能优越，效率高，但成本较高，适用于高端车型，2025年市场规模预计近40亿元。
• 产业趋势：随着技术进步和成本下降，碳化硅基MOSFET的应用将逐步扩大，但仍以硅基IGBT为主流。
• 投资建议：关注与英飞凌合作的上汽集团、自主开发IGBT的新能源汽车龙头、以及可批量供应碳化硅单晶炉的设备龙头。
• 风险提示：新能源汽车销量、销量结构、硅基IGBT成本降幅、碳化硅技术进步、自主替代受阻、基础设施建设滞后、安全性风险等。

市场规模预测

预计至2025年，我国新能源汽车功率半导体市场规模将达100亿元，其中硅基IGBT占比约70%，碳化硅基MOSFET占比约40%。

技术与产业现状

• 硅基IGBT：技术成熟，国际巨头如英飞凌、三菱、富士等占据主导地位，国内企业如比亚迪、上汽集团等也在积极布局。
• 碳化硅基MOSFET：产业链尚处于成长期，国内衬底企业如天岳、天科合达，设备企业如北方华创等正逐步推进商业化。
• 制造工艺：硅基IGBT制造工艺成熟，而碳化硅制造工艺复杂，成本较高，8英寸技术尚未成熟。

行业发展趋势

• 技术迭代：硅基IGBT技术持续迭代，成本逐年下降；碳化硅基MOSFET技术逐步成熟，成本也将随之下降。
• 应用拓展：随着车型性能提升，碳化硅基MOSFET将在中高端车型中发挥更大作用。
• 政策推动：补贴退坡后，“双积分”政策成为新能源汽车发展的主要推动力，促进节能降耗与技术升级。

投资关注重点

• 上汽集团：与英飞凌成立合资公司，生产硅基IGBT。
• 新能源汽车龙头：如比亚迪、吉利、长城等，具备自主IGBT技术并布局碳化硅基功率半导体。
• 碳化硅设备龙头：如北方华创，可批量供应高性能碳化硅单晶炉。

风险提示

• 新能源汽车销量不及预期。
• 硅基IGBT成本降幅不及预期。
• 碳化硅衬底技术进步不及预期。
• 功率半导体自主替代受阻。
• 新能源汽车基础设施建设滞后。
• 新能源汽车安全性风险。

图表目录

• 图表3：燃油/纯电动乘用车能量及续航对比
• 图表4：丰田DynamicForceEngine 2.0L发动机效率map图
• 图表5：宝马i3永磁电机效率map图
• 图表6：典型发动机、电动机动力性能对比示意
• 图表7：大众MQB整车平台
• 图表8：大众MEB整车平台
• 图表9：典型EV/HEV电路结构图
• 图表10：半导体能带模型（以本征硅材料为例）
• 图表11：N型半导体形成原理示意
• 图表12：P型半导体形成原理示意
• 图表13：典型半导体基体材料及性能
• 图表14：功率半导体器件分类
• 图表15：硅功率半导体器件的额定电流、电压、开关频率范围
• 图表16：MOSFET和IGBT的基本结构
• 图表17：IGBT的工作原理和静态转移/输出电气特性
• 图表18：各代IGBT及主要技术指标
• 图表19：区熔法制备高纯硅晶棒示意图
• 图表20：典型IGBT芯片的制造工艺流程
• 图表21：典型IGBT模块的封装工艺流程
• 图表22：历年全球IGBT市场规模
• 图表23：2017年全球IGBT市场份额情况
• 图表24：比亚迪车规级IGBT4.0芯片示意
• 图表25：碳化硅半导体产业链简图
• 图表26：碳化硅单晶的典型同素异形体、PVT法生产碳化硅单晶的典型设备示意
• 图表27：碳化硅晶片制造工艺流程及设备
• 图表28：碳化硅衬底、功率器件制造工艺流程及设备示意
• 图表29：碳化硅MOSFET封装工艺
• 图表30：全球导通型碳化硅衬底销量估计
• 图表31：碳化硅功率器件市场规模估计
• 图表32：Cree发布于2019年5月的SiC产能扩大计划
• 图表33：特斯拉Model3使用的搭载碳化硅MOSFET模块的逆变器
• 图表34：2018-2019年我国纯电乘用车补贴标准
• 图表35：2019年以来我国新能源汽车产销情况
• 图表36：2019年以来我国纯电、插混乘用车销量情况
• 图表37：2019年以来我国纯电动乘用车销量结构
• 图表38：2019年以来我国纯电动乘用车销量结构占比
• 图表39：典型纯电动乘用车性能指标
• 图表40：2019年1-9月全球销量超过2万辆的纯电动乘用车
• 图表41：2021-2023年“双积分”政策对标准车型新能源积分上限的规定
• 图表42：典型新能源汽车积分基础值和EC系数
• 图表43：我国新能源汽车功率半导体价值量估计

投资评价与建议

• 买入：未来6个月内相对超出市场表现15%以上。
• 增持：未来6个月内相对超出市场表现5-15%。
• 中性：未来6个月内相对市场表现在-5%—5%之间。
• 减持：未来6个月内相对弱于市场表现5-15%。
• 卖出：未来6个月内相对弱于市场表现15%以上。

分析师介绍

• 余海坤：清华大学工商管理硕士，8年汽车产业经验，3年汽车行业研究经验，汽车流通与后服务专家。
• 张亦驰：清华大学工学学士、博士，2年能源材料领域实业工作经验，2年清华大学下属研究院研究经验，储能技术与产业政策专家。

重要声明

本报告仅供中信建投证券客户使用，不构成投资建议，亦不保证信息准确性或完整性。投资者应自主决策并自行承担风险。