半导体行业深度报告：功率半导体专题系列一，乘新能源汽车东风而起-20210803-开源证券-28页_1mb

半导体行业总结：功率半导体在新能源汽车中的机遇与国产替代

核心内容

功率半导体作为新能源汽车发展的关键部件，受益于汽车电动化和智能化趋势，市场需求快速增长。随着新能源汽车销量的持续上升，功率半导体在整车中的价值量显著提升，尤其是IGBT和MOSFET在高压和低压系统中的应用广泛。此外，第三代半导体（如SiC和GaN）因性能优异，正在逐步渗透至新能源汽车领域。

主要观点

• 新能源汽车发展迅速：全球各国纷纷出台新能源汽车发展规划，预计至2025年，全球新能源汽车销量将达到1200万辆，我国新能源汽车销量有望达600万辆，占全球销量的40%以上。
• 功率半导体价值量提升显著：新能源汽车中功率半导体的平均价值量从48V轻混车型的90美元上升至插混和纯电车型的330美元，整体单车半导体价值量达到834美元。
• IGBT与MOSFET应用广泛：IGBT主要用于主驱逆变、车载OBC、电池管理、充电桩等高压系统，而MOSFET则用于低压系统，如照明、电机控制等，单车MOSFET用量可达400个。
• 国产替代加速：由于海外厂商产能紧张、地缘政治事件及贸易摩擦，国内功率半导体企业迎来替代机遇，部分企业已进入车规产品供应体系。
• 第三代半导体渗透加速：SiC器件具有高效率、高功率密度、高散热性能等优势，正在被应用于新能源汽车主驱逆变、OBC、DC/DC等系统，预计2025年全球功率SiC市场将达25.62亿美元，年均复合增长率30%。
• 受益标的包括：斯达半导、士兰微、新洁能、捷捷微电、闻泰科技等企业，其中斯达半导和士兰微在IGBT领域表现突出，新洁能和捷捷微电在MOSFET领域取得进展，闻泰科技通过收购安世半导体进入功率半导体行业。

关键信息

1. 新能源汽车电动化与智能化趋势

• 全球新能源汽车销量快速增长，渗透率不断提升。
• 48V轻混车型中功率半导体价值量为90美元，插混和纯电车型中提升至330美元。
• 汽车智能化带动数字芯片、传感器芯片及存储芯片用量增加。

2. IGBT与MOSFET在新能源汽车中的应用

• IGBT：主要用于主驱逆变、OBC、电池管理、充电桩等高压系统，是新能源汽车电驱系统的核心，直接影响行驶性能。
• MOSFET：广泛应用于低压系统，如LED照明、电机控制等，未来用量将持续提升。

3. 国产替代加速

• 2017-2018年全球功率半导体产能紧张，国内客户开始对国产器件进行认证。
• 2019年我国在中高端IGBT市场依赖进口，90%依赖海外厂商，但国内企业如斯达半导、士兰微等正在追赶。
• 国产MOSFET企业如华润微、新洁能等已初步进入车规产品产业链。

4. 第三代半导体（SiC、GaN）渗透加速

• SiC器件具有高热导率、高耐压性等优势，适用于高压、高频、高温环境。
• SiC器件可显著降低开关损耗，提升电驱系统效率，进而提高新能源汽车续航能力。
• SiC器件在OBC、DC/DC等系统中开始应用，预计2025年新能源汽车用SiC市场将达15.53亿美元。

5. 国内受益企业分析

• 斯达半导：IGBT国产替代领头羊，车规IGBT供应破冰者，2020年配套新能源汽车20万辆。
• 士兰微：产品线丰富的IDM厂商，已实现IGBT模块的规模销售，具备较强的竞争力。
• 新洁能：MOSFET设计龙头，已开启新能源汽车渗透，布局第三代半导体产品。
• 捷捷微电：高效率民营IDM厂商，正在推进车规MOSFET产能建设，提升产品毛利率。
• 闻泰科技：通过收购安世半导体，进入功率半导体行业，2020年安世半导体营收达98.92亿元，汽车业务占比45%。

风险提示

• 新能源汽车销量不及预期。
• 功率半导体行业竞争加剧。
• 疫情反复、贸易摩擦等不可控事件可能影响行业发展。

图表与数据概览

• 图1：多国政府出台规划设定电动车市场占比目标值。
• 图2：2025年我国新能源汽车销量有望达600万辆。
• 图3：2025年全球新能源乘用车销量有望达1200万辆。
• 图4：新能源汽车电动化是动力系统的根本性变化。
• 图5：汽车智能化提升驾驶和乘坐体验。
• 图6：48V轻混车型中功率半导体价值量为90美元。
• 图7：插混及纯电车型中功率半导体价值量达330美元。
• 图8：IGBT主要在新能源汽车的高压领域应用。
• 图9：IGBT将直流电逆变成交流电。
• 图10：特斯拉ModelS电驱系统采用IGBT单管方案。
• 图11：IGBT在OBC中用于DC-DC转换。
• 图12：OBC用于将市电转换后输入给动力电池。
• 图13：IGBT用于为空调供电调节电压。
• 图14：IGBT在充电桩中用于DC-DC转换。
• 图15：特斯拉直流充电桩正在为Model S充电。
• 图16：MOSFET用于汽车高低压系统的电能转换。
• 图17：MOSFET用于调节电压输出到终端用电器。
• 图18：MOSFET在汽车低压系统应用广泛。
• 图19：2019年全球功率半导体市场主要被海外厂商占据。
• 图20：车规电子零部件供应认证壁垒高。
• 图21：全球IGBT市场不断成长。
• 图22：2019年全球IGBT市场主要被海外厂商垄断。
• 图23：我国已建立起完整的新能源汽车产业链。
• 图24：我国新能源车销量快速增长。
• 图25：我国A00级新能源车占比较高。
• 图26：英飞凌占据国内新能源汽车IGBT市场的半壁江山。
• 图27：理想汽车月度销量不断上升。
• 图28：小鹏汽车月度销量不断上升。
• 图29：A00级别电动车销量占比持续下降。
• 图30：全球MOSFET市场空间广阔。
• 图31：2019年全球IGBT市场主要被海外厂商垄断。
• 图32：Rohm的SiC功率模块使逆变器尺寸和重量减少。
• 图33：Rohm的SiC功率模块使逆变器开关损耗减少。
• 图34：SiC方案可使用更小的散热器。
• 图35：三菱电机实现逆变器与电机一体化。
• 图36：比亚迪高压三合一方案。
• 图37：新能源汽车市场为SiC需求最大增量来源。
• 图38：第三代半导体制造流程与硅基类似。
• 图39：SiC器件衬底成本占比高。
• 图40：SiC器件成本下降趋势明显。
• 图41：斯达半导营业收入持续增长。
• 图42：斯达半导归母净利润持续增长。
• 图43：士兰微营业收入保持增长。
• 图44：士兰微归母净利润有波动。
• 图45：新洁能营业收入不断上升。
• 图46：新洁能归母净利润总体保持上升。
• 图47：捷捷微电收入快速增长。
• 图48：捷捷微电归母净利润快速增长。
• 图49：闻泰科技收入不断上升。
• 图50：闻泰科技2020年归母净利润快速成长。

表格数据

• 表1：多国政府出台新能源汽车发展规划。
• 表2：IGBT被用于主驱逆变。
• 表3：英飞凌提供的解决方案对应的MOS数量接近200个。
• 表4：2018Q4海外厂商功率半导体器件交期明显延长。
• 表5：我国领先企业已量产对标英飞凌第5-6代IGBT产品。
• 表6：国内硅基MOSFET产品系列较为完善。
• 表7：第三代半导体在高压、高频、高温环境下表现优异。
• 表8：Wolfspeed提供的碳化硅OBC解决方案带来效率提升和成本节省。
• 表9：受益公司盈利预测与估值。

结论

新能源汽车的快速发展为功率半导体行业带来巨大机遇，尤其是IGBT和MOSFET的用量和价值量显著提升。随着国产替代进程的加快，国内企业如斯达半导、士兰微、新洁能、捷捷微电、闻泰科技等正在快速崛起。同时，第三代半导体（如SiC）因性能优势，正在逐步渗透至新能源汽车市场，未来有望成为主要的增长动力。