汽車功率半導(dǎo)體5年近7倍空間，IGBT最受益

政策支持、節(jié)能減排雙重驅(qū)動，新能源汽車加速滲透，預(yù)計2025年國內(nèi)新能源汽車滲透率將達到20%，2030年歐盟新能源汽車滲透率將達到40%。汽車電動化趨勢下車用功率半導(dǎo)體單車價值大幅提升。據(jù)英飛凌統(tǒng)計，功率半導(dǎo)體ASP將從傳統(tǒng)燃油車的71美元大幅提升至全插混/純電汽車的330美元，是傳統(tǒng)燃油車的4.6倍。根據(jù)我們的測算，預(yù)計2025年全球汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到80億美元，2025年全球新能源車用功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到53億美元，是2020年的7.3倍，年復(fù)合增速高達48.8%，未來十年中美歐三地區(qū)新能源汽車充電樁用IGBT市場將有94億美元增量空間。目前車用功率半導(dǎo)體中主要用到的是IGBT和MOSFET，而IGBT在新能源車中是電驅(qū)系統(tǒng)主逆變器的核心器件，并可用于輔逆變電路、DC/DC直流斬波電路、OBC（充電/逆變）等，單車價值達到273美元，占車用功率半導(dǎo)體ASP的83%，是[敏感詞]大頭。我們預(yù)計2025年全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達到44億美元，年復(fù)合增速約48.8%，是電動化趨勢下的汽車功率半導(dǎo)體中最受益品種。

產(chǎn)品、工藝、先發(fā)優(yōu)勢三大壁壘構(gòu)筑強護城河

1）產(chǎn)品壁壘：車規(guī)級IGBT需具備使用壽命長、故障率低、抗震性高等嚴格要求，能適應(yīng)“極熱”“極冷”的高低溫工況、粉塵、鹽堿等惡劣的工況環(huán)境，承受頻繁啟停帶來的電流頻繁變化，對產(chǎn)品要求極高。

2）工藝壁壘：車規(guī)級IGBT設(shè)計時需保證開通關(guān)斷、抗短路和導(dǎo)通壓降三者的平衡，參數(shù)優(yōu)化特殊復(fù)雜。生產(chǎn)制造時薄片工藝容易碎裂、正面金屬熔點限制導(dǎo)致退火溫度控制難度大。此外，IGBT模塊封裝的焊接和鍵合環(huán)節(jié)技術(shù)要求同樣較高。

3）認證周期長、替換成本高、具備經(jīng)驗曲線效應(yīng)，行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯。

a）車規(guī)級IGBT需滿足可靠性標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、功能安全標(biāo)準(zhǔn)，才有資格進入一級汽車廠商的供應(yīng)鏈，認證周期一般至少2年。

b）由于IGBT模塊是汽車中的關(guān)鍵部件，下游廠商出于安全性、可靠性的考慮，替換時往往呈謹慎態(tài)度，只有經(jīng)過大量驗證測試并通過綜合評定后，才會做出大批量采購決策，替換成本高。

c）IGBT業(yè)務(wù)需要長期的經(jīng)驗積累才能達到良好的know-how水平。

d）IGBT行業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，生產(chǎn)、測試設(shè)備基本需要進口。此外，對IGBT生產(chǎn)企業(yè)的流動資金需求量也較大，新進入者在前期往往面臨投入大、產(chǎn)出少的情況，需要較強的資金實力作后盾，才能持續(xù)進行產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。綜合來看，IGBT行業(yè)中的先行企業(yè)具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

競爭格局優(yōu)成為成長行業(yè)“優(yōu)質(zhì)賽道”，但當(dāng)前國產(chǎn)化率仍然較低

據(jù)Omdia2019年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球IGBT模塊前十大廠商占據(jù)了76%份額，市場份額集中，競爭格局較好。車規(guī)級IGBT方面，由于較高的行業(yè)壁壘，2019年中國新能源汽車IGBT模塊CR4份額合計達81%，呈現(xiàn)寡頭壟斷格局。其中，英飛凌市占率58.2%排名[敏感詞]，比亞迪市占率18%排名第二，三菱電機、賽米控分列第三、第四。車用IGBT憑借廣闊的成長空間和良好的競爭格局已成為成長行業(yè)中的“優(yōu)質(zhì)賽道”。但2019年中國新能源汽車IGBT前十大廠商中僅有比亞迪、斯達半導(dǎo)及中車時代電氣三家國內(nèi)廠商入圍，市場份額合計20.4%，國產(chǎn)替代空間廣闊。

多重因素加速國產(chǎn)替代，國內(nèi)廠商未來發(fā)展?jié)摿薮?/span>

多重因素加速國產(chǎn)替代：1）中國已是全球[敏感詞]的汽車消費市場，且未來汽車消費需求仍將提升，為國內(nèi)IGBT廠商提供了良好的發(fā)展契機。2）貿(mào)易摩擦加劇，半導(dǎo)體自主可控需求日益迫切。3）國內(nèi)廠商率先布局新能源汽車產(chǎn)業(yè)，搶占先發(fā)優(yōu)勢，隨著國內(nèi)新能源車廠商的份額提升，出于供應(yīng)鏈安全考慮，預(yù)計將更多采用國內(nèi)半導(dǎo)體廠商產(chǎn)品。4）國內(nèi)IGBT廠商具備性價比高、響應(yīng)速度快等本土化服務(wù)優(yōu)勢，契合新能源車降本增效需要，有望實現(xiàn)份額提升。5）政策鼓勵、資金支持助力國內(nèi)IGBT行業(yè)快速發(fā)展。國內(nèi)市場空間方面，根據(jù)我們的測算，預(yù)計2025年中國新能源車用功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到177億元，是2020年的6倍，年復(fù)合增速高達44%，預(yù)計2025年中國新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達到147億元，年復(fù)合增速約44%。2025年中國充電樁用IGBT市場規(guī)模將達109億元，復(fù)合增速達35%。綜合以上分析，我們認為車用IGBT國產(chǎn)替代進程將加速推進，結(jié)合目前較低的市場份額占比和廣闊的行業(yè)成長空間，未來國內(nèi)IGBT廠商增長潛力巨大。

產(chǎn)能緊張短期內(nèi)較難緩解，功率半導(dǎo)體景氣持續(xù)上行

5G商用以及疫情宅經(jīng)濟加速推動社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型，新能源車、家電、數(shù)碼等終端設(shè)備市場景氣度轉(zhuǎn)暖，帶動半導(dǎo)體需求增長，疊加半導(dǎo)體廠商因供應(yīng)鏈安全需要提高安全庫存，多項因素共振導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)能緊張，目前各大晶圓代工廠商均處于滿產(chǎn)狀態(tài)。從全球來看，ICinsight預(yù)計2021年全球?qū)⑿略?080萬片等效8寸晶圓產(chǎn)能，從國內(nèi)來看，在建的晶圓制造等效8寸產(chǎn)能約2796萬片/年，大部分集中在2022年投產(chǎn)。但考慮到新產(chǎn)線投產(chǎn)后約有3-5年的產(chǎn)能爬坡期，短期內(nèi)產(chǎn)能緊張較難緩解。受益于新能源汽車和充電樁需求的快速提升，預(yù)計2025年全球僅車規(guī)級IGBT模塊所需的8寸晶圓量就達169萬片，較2020年增長5.4倍，晶圓制造需求缺口巨大。年初以來海內(nèi)外各大芯片廠商紛紛上調(diào)產(chǎn)品價格或延長交期，預(yù)計半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈景氣度仍將持續(xù)上升。

  1    新能源車加速滲透，汽車功率半導(dǎo)體5年7倍空間

1.1.新能源汽車滲透加速，汽車功率半導(dǎo)體迎來量價齊升

政策支持&節(jié)能減排驅(qū)動新能源汽車加速滲透。我國《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出新能源汽車發(fā)展愿景，計劃到2025年，國內(nèi)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(yīng)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汽車溫室氣體排放協(xié)議規(guī)定，到2030年以前，汽車二氧化碳排放量需低于每公里59克。根據(jù)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(dǎo)體單車價值大幅提升，純電車用功率半導(dǎo)體ASP達330美元是傳統(tǒng)燃油車的4.6倍。以電力系統(tǒng)作為動力源的新能源汽車，對電子元器件功率管理，功率轉(zhuǎn)換能力提出了更高的要求。

在傳統(tǒng)汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用于車輛啟動，發(fā)電和安全領(lǐng)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(dǎo)體的需求。根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)燃油車中，功率半導(dǎo)體含量為71美元，全插混/純電池電動車中，功率半導(dǎo)體價值量為330美元，是傳統(tǒng)燃油車的4.6倍。

2025年全球汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到80億美元。根據(jù)Yole預(yù)計，2025年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到225億美元。智研咨詢統(tǒng)計2019年全球功率半導(dǎo)體市場中汽車領(lǐng)域占比35.4%，假設(shè)該比例維持不變，則預(yù)計2025年全球汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到79.65億美元。

預(yù)計2025年全球新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達53億美元，是2020年的7.3倍，CAGR為48.8%。根據(jù)AlixPartners預(yù)測全球汽車銷量將從2020年7050萬輛增長至2025年9400萬輛，EVTank預(yù)計全球新能源汽車銷量將從2019年221萬輛增長至2025年1200萬輛，2025年全球新能源汽車滲透率將達到13%，較2019年提升10.36pct。

上文提到，英飛凌2020年[敏感詞]統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，新能源汽車功率半導(dǎo)體單車價值量為330美元，考慮到目前全球半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)能緊張，預(yù)計今年新能源汽車功率半導(dǎo)體價格仍將保持在較高水平，且未來單車價值將隨著電動化趨勢及雙電機滲透率的增加逐步提升。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們測算2025年全球新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到53億美元，是2020年的7.3倍，年復(fù)合增速為48.8%。

1.2.全球車用充電樁IGBT市場空間快速增長

新能源車重要配套設(shè)施充電樁數(shù)量將快速增長，帶動關(guān)鍵零部件IGBT需求快速提升。隨著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(shè)施的充電樁數(shù)量也需要同步提升。根據(jù)麥肯錫統(tǒng)計，2020年中美歐新能源汽車充電需求約為180億千瓦時，預(yù)計到2030年，新能源汽車充電需求量將達到2710億千瓦時，年復(fù)合增速31.2%。新能源汽車充電設(shè)施需求的快速增長，也將帶動充電樁關(guān)鍵零部件IGBT用量的大幅提升。

預(yù)計2020-2030十年間中美歐充電樁IGBT市場將有94億美元增量空間。根據(jù)麥肯錫預(yù)計，中國、美國、歐盟三個地區(qū)需要在2020-2030十年間分別投入190億/110億/170億美元資金建設(shè)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占總成本比例約20%.。由此我們可以推算出，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。

  2    汽車功率半導(dǎo)體中，IGBT最受益

IGBT和MOSFET是車用功率半導(dǎo)體的主要器件。IGBT在汽車內(nèi)有四種不同應(yīng)用，[敏感詞]是主逆變器核心器件，主逆變器將電池輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟婒?qū)動汽車電機；第二應(yīng)用在輔助逆變電路中，用來為其他汽車電子供電；第三應(yīng)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(yīng)用在OBC（充電/逆變）中，將外部輸入的交流電逆變?yōu)橹绷麟姙樾履茉雌囯姵爻潆姟?/span>

在電動化程度較低的汽車中，由于其電池輸出電壓低，功率器件工作的功率范圍不高，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。?

2.1.IGBT是新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的核心器件IGBT

性能優(yōu)越，是新能源汽車中功率半導(dǎo)體的核心部件。IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的縮寫，即絕緣柵極雙極型晶體管。它是BJT和MOSFET組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，集合了MOSFET開關(guān)速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)損耗小和BJT導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點。在新能源汽車中，IGBT模塊主要用于大功率逆變器，以逆變直流電為交流電從而驅(qū)動汽車電機；還用于輔助功率逆變器，為車載空調(diào)等汽車電子設(shè)備供電。

IGBT按照不同應(yīng)用環(huán)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(dǎo)通整個電路。由于其適用電流較小，通常在100A以下，適用功率較低。但IGBT單管外部電路復(fù)雜，封裝難度高，能體現(xiàn)IGBT制造商技術(shù)、工藝水平。

IGBT模塊是由IGBT芯片與FWD（快速回復(fù)二極管）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，多芯片通過絕緣方式并聯(lián)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(qū)動電路、保護電路集成在一個模塊上，由于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，常用于變頻家電中。

當(dāng)前英飛凌IGBT已發(fā)展至第7代產(chǎn)品，國內(nèi)廠商逐步趕上世界先進水平。從1988年到2019年間30余年間，英飛凌共發(fā)布了7代IGBT產(chǎn)品，技術(shù)水平朝著減少芯片面積、工藝線寬、通態(tài)飽和壓降、關(guān)斷時間、功率損耗和提高斷態(tài)電壓的趨勢發(fā)展。雖然目前國內(nèi)IGBT市場主要由國外企業(yè)占據(jù)，但在國內(nèi)廠商不斷地研發(fā)投入下，產(chǎn)品技術(shù)不斷趕上世界先進水平。

例如斯達半導(dǎo)自主研發(fā)的第二代IGBT芯片，對標(biāo)英飛凌第六代IGBT芯片（FS-Trench），且已于2016年實現(xiàn)量產(chǎn)，2019年共裝配16萬套車規(guī)級IGBT模塊；比亞迪IGBT4.0產(chǎn)品相比市場上主流的英飛凌第四代IGBT，開關(guān)損耗更低、電流輸出能力更強、溫度循環(huán)壽命更長。

2025年全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模達44億美元，CAGR為48.8%。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模為6億美元。EVSalesBlog數(shù)據(jù)公布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（占單車功率半導(dǎo)體價值量83%），考慮到目前全球半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)能緊張，預(yù)計今年新能源汽車功率半導(dǎo)體價格仍將保持在較高水平，且未來單車價值將隨著電動化趨勢及雙電機滲透率的增加逐步提升，乘以EVtank給出的未來各年全球新能源汽車的銷量預(yù)測，預(yù)計全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模將從2020年約6億增長至2025年44億美元，復(fù)合增速約48.8%。

2.2.SiC性能更優(yōu)，有望成為下一代技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料基底的功率器件具有更好的性能優(yōu)勢。與硅基半導(dǎo)體材料相比，以GaN，SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)顯示SiC材料的逆變器在體積、重量上比Si基材料逆變器分別低3倍、4倍；Rohm數(shù)據(jù)顯示SiCMOSFET在應(yīng)用中，開關(guān)頻率可達到50KHz以上（而主流IGBT開關(guān)頻率[敏感詞]20KHz），能量損耗比Si基IGBT低73%。SiC基MOSFET相比IGBT具備更高的性能和更小的體積優(yōu)勢。

部分高端車型已啟用SiC基MOSFET，有望成為未來發(fā)展方向。特斯拉Model3是[敏感詞]款集成全SiC功率模塊的車型，由特斯拉工程設(shè)計部門與意法半導(dǎo)體合作完成，隨即，英飛凌也成為了特斯拉Model3SiC功率模塊供應(yīng)商。除此之外，比亞迪漢EV四驅(qū)版，成為國內(nèi)[敏感詞]批量搭載SiCMOSFET組件的車型，其SiC電控的綜合效率高達97%以上。

目前國內(nèi)廠商也在積極布局SiC生產(chǎn)應(yīng)用，如華潤微在2020年7月已實現(xiàn)國內(nèi)首條商用的6寸SiC生產(chǎn)線量產(chǎn)，規(guī)劃產(chǎn)能為1000片/月。新潔能也已擁有多項第三代半導(dǎo)體相關(guān)專利，并預(yù)計推出SiC二極管系列產(chǎn)品，未來將重點布局新能源汽車應(yīng)用領(lǐng)域。

當(dāng)前SiC受制于成本、良率因素，大規(guī)模普遍采用還需時間。目前國際主流SiC襯底尺寸為4英寸、6英寸，由于晶圓面積小，芯片裁切效率低導(dǎo)致SiC襯底成本高昂，后續(xù)工藝中制造、封裝良率低更使得SiC器件成本居高不下。

根據(jù)中科院數(shù)據(jù)，同一級別下，SiCMOSFET的價格比SiIGBT高4倍。車規(guī)級電控器件要滿足更為嚴格的性能指標(biāo)，需要在[敏感詞]溫度、強烈震動的環(huán)境下保持穩(wěn)定工作。因此在導(dǎo)入終端產(chǎn)品之前，SiCMOSFET需要經(jīng)過長時間的可靠性認證，一般車規(guī)級IGBT模組認證期在2年左右。

  3    產(chǎn)品、工藝、先發(fā)優(yōu)勢三大壁壘構(gòu)筑強護城河

3.1.工作環(huán)境復(fù)雜對車規(guī)級IGBT的安全、可靠提出極高要求

1）需適應(yīng)“極熱”“極冷”的高低溫工況：車規(guī)級IGBT的工作溫度范圍廣，不同的安裝位置有不同的溫度區(qū)間，比如發(fā)動機艙要求-40℃-155℃、車身控制要求-40℃-125℃，而常規(guī)消費類芯片和元器件只需要達到0℃-70℃。

2）需承受頻繁啟停帶來的電流頻繁變化：車輛在擁堵路況時常會遇到頻繁啟停，此時升壓器、逆變器的IGBT模塊工作電流會相應(yīng)的頻繁升降，從而導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫快速變化，對IGBT的耐高溫與散熱性能要求甚高。

3）需具備高抗震性：由于車況的不確定性，如山地、泥地、石子路等，車用IGBT在車輛行駛中可能會受到較大的震動和顛簸，要求IGBT模塊的各引線端子有足夠強的機械強度，能夠在強震動情況下正常運行。

4）能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境：考慮到發(fā)霉、粉塵、水、鹽堿自然環(huán)境（海邊，雪水，雨水等）、EMC以及有害氣體侵蝕等，對IGBT防水防塵防腐蝕等安全性能提出了極高要求。IGBT在這些干擾下既不能不可控地影響工作，也不能干擾車內(nèi)別的設(shè)備（控制總線，MCU，傳感器）。

5）需具備長使用壽命，低故障率。一般的汽車設(shè)計壽命都在15年或60萬公里左右。在整個壽命周期里，車廠對車用半導(dǎo)體故障率基本要求是個位數(shù)PPM（百萬分之一）量級，大部分車廠要求到PPB（十億分之一）量級，幾乎達到故障零忍受。

3.2.車規(guī)級IGBT設(shè)計、制造和封裝工藝難度大

車規(guī)級IGBT設(shè)計需保證開通關(guān)斷、抗短路和導(dǎo)通壓降三者平衡，參數(shù)優(yōu)化非常特殊復(fù)雜。車規(guī)級IGBT芯片通常在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下工作，芯片設(shè)計需保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設(shè)計與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化非常特殊復(fù)雜。

芯片設(shè)計環(huán)節(jié)的主要難點有：

（1）終端設(shè)計實現(xiàn)小尺寸滿足高耐壓的前提下須保證其高可靠性；

（2）元胞設(shè)計實現(xiàn)高電流密度的同時須保證其較寬泛的安全工作區(qū)，要求極高的散熱能力；

（3）元胞設(shè)計實現(xiàn)高電流密度的同時須保證其足夠的短路能力；

生產(chǎn)工藝難度大：薄片容易碎裂、正面金屬熔點限制導(dǎo)致退火溫度控制難度大。IGBT導(dǎo)通時可以看作導(dǎo)線，電流從上而下垂直穿過IGBT，直至抵達驅(qū)動電機。

1）芯片越薄，熱阻越小，但極易破碎。減薄工藝：芯片越薄，電流流過的路徑越短，損耗在芯片上的能量也就隨之降低，整車電池續(xù)航時間越長。2018年底，比亞迪公布能將晶圓減薄到120μm，而英飛凌的IGBT芯片[敏感詞]已經(jīng)可減薄到40μm。在此厚度的晶圓和芯片上進行后續(xù)的加工，技術(shù)難度非常高，極易破碎。

2）背面工藝須在低溫下進行，否則易導(dǎo)致正面金屬熔化。背面工藝：包括背面離子注入，退火激活，背面金屬化等工藝步驟，由于正面金屬熔點的限制與IGBT芯片不斷減薄，這些背面工藝必須在低溫下進行(不超過450°C)，否則容易導(dǎo)致正面金屬熔化，退火激活難度極大。

IGBT模塊封裝的焊接和鍵合技術(shù)壁壘高。車用IGBT多為模塊形式使用，模塊封裝結(jié)構(gòu)是將半導(dǎo)體分立器件通過某種集成方式封裝到模塊內(nèi)部，一個IGBT模塊通常需要經(jīng)過貼片、焊接、等離子清洗、X光檢測、鍵合、灌膠&固化、成型、測試、打標(biāo)共9道工藝后才能投放到市場。其中，又以焊接和鍵合是模塊封裝技術(shù)難點。

（1）焊接：[敏感詞]的低溫銀燒結(jié)貼片互聯(lián)工藝參數(shù)難掌握、材料與設(shè)備成本高，成為進入壁壘。目前，主流的焊接技術(shù)是軟釬焊接。但是這項技術(shù)生產(chǎn)的一致性和可靠性不高。為此已經(jīng)開發(fā)出了低溫銀燒結(jié)貼片互聯(lián)工藝，這種工藝的焊接層具有高熱導(dǎo)率、高電導(dǎo)率、高可靠性的優(yōu)點。但是，這項技術(shù)難度很高，工藝參數(shù)的設(shè)定、設(shè)備購置成本高昂、生產(chǎn)所用銀粉成本高等成為制約廠商使用這一技術(shù)的壁壘。目前，只有英飛凌、三菱為代表的先進企業(yè)已在其部分高性能IGBT模塊上使用低溫銀燒結(jié)進行焊接。

（2）鍵合：具有較高的工藝難度。目前，IGBT模塊內(nèi)部芯片表面互連普遍采用的鍵合線為鋁線與銅線。銅線電阻率低、熱導(dǎo)系數(shù)高，膨脹系數(shù)低，更適合車用高功率密度、高效散熱的模塊。但是銅線鍵合工藝的難點是需要對芯片表面進行銅金屬化處理，同時需要更高的超聲能量，很有可能損害IGBT芯片本身。1）銅具有較強的親氧性，要求嚴格密封，操作迅速。銅線與空氣接觸即刻產(chǎn)生氧化，原則上在拆封48小時內(nèi)完成封裝。氧化的銅絲更堅硬，難鍵合，容易產(chǎn)生焊點脫落或拉力強度低。2）在鍵合過程中，起保護作用的惰性氣體流量難把控。為了降低銅氧化程度，需將保護氣體加在易出現(xiàn)氧化的芯片加熱區(qū)域，流量太大會影響加熱溫度，太小則會削弱保護效果。3）壓焊夾具制作材料要求嚴格。夾具表面要光滑，保證載體和管腳無松動，否則將直接影響產(chǎn)品焊接過程中燒球不良、短線、翹絲等一系列焊線問題。4）鍵合設(shè)備參數(shù)設(shè)置必須綜合考慮焊接力、待機功率、彈坑的可能性等因素，難以平衡調(diào)控。任何步驟出現(xiàn)問題，都將導(dǎo)致鍵合失敗。

3.3.先發(fā)優(yōu)勢明顯：認證周期長，替換成本高

因車用IGBT高可靠性的要求，其認證周期長，替換成本高，先行企業(yè)具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

1）認證嚴格，時間周期長。IGBT分立器件或模塊必須滿足可靠性標(biāo)準(zhǔn)AECQ100(IC)/101(分立器件)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS1649，和功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262ASILB(D)，才有資格進入一級汽車廠商的供應(yīng)鏈，認證周期一般至少2年。

2）替換成本高。IGBT模塊是下游產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件，負責(zé)調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等，其性能表現(xiàn)、穩(wěn)定性和可靠性對下游客戶來說至關(guān)重要。對于新的IGBT供應(yīng)商，客戶往往會保持謹慎態(tài)度，不僅會從理論上綜合評定供應(yīng)商的實力，而且要經(jīng)過產(chǎn)品單體測試、整機測試、多次小批量試用等環(huán)節(jié)后，才會做出大批量采購決策，替換成本較高，采購決策周期較長。

3）IGBT業(yè)務(wù)需要長期的經(jīng)驗積累才能達到良好的know-how水平。IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片是IGBT模塊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)步驟多，使用的生產(chǎn)設(shè)備多，生產(chǎn)的組織、控制、設(shè)備調(diào)試等工作龐雜。比如散熱材料的選擇與處理，減薄程度與兩次注入磷離子的濃度、數(shù)量與速度，背面工藝溫度的把控以及各環(huán)節(jié)設(shè)備，均需要長期相關(guān)經(jīng)驗的摸索才能掌握芯片的設(shè)計和生產(chǎn)工藝。

新能源汽車應(yīng)用中往往要求大批量地生產(chǎn)出可靠性高、穩(wěn)定性好的IGBT模塊，需要經(jīng)過長時間的經(jīng)驗積累，才能了解器材和材料的特性，掌握生產(chǎn)工藝。以貼片流程為例，就涉及到芯片位置的確定、不同材料的熱膨脹系數(shù)及其特性、回流爐回流曲線及其他參數(shù)的設(shè)置等，這些生產(chǎn)工藝要經(jīng)過長期的研發(fā)試驗才能找到合適的方案。

4）資金壁壘高。IGBT行業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋芯片設(shè)計、芯片制造、模塊制造及測試等環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)、測試設(shè)備基本需要進口，設(shè)備成本較高，同時產(chǎn)品的研發(fā)和市場開拓都需要較長時間。此外，對IGBT生產(chǎn)企業(yè)的流動資金需求量也較大，新進入者在前期往往面臨投入大、產(chǎn)出少的情況，需要較強的資金實力作后盾，才能持續(xù)進行產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

綜合來看，新入行的公司即使生產(chǎn)出IGBT產(chǎn)品，也需要耗費較長時間才能贏得客戶的認可，并需要長時間才能達到良好的know-how水平，同時還要面臨長期較大的資金投入和市場開發(fā)的困難，先行企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯。

  4    車用IGBT行業(yè)競爭格局優(yōu)，但國產(chǎn)化率仍然較低

競爭格局集中，CR4份額合計81%；但國產(chǎn)化率較低，TOP10中僅3家內(nèi)資入圍。據(jù)Omdia2019年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球IGBT模塊前十大供應(yīng)商占據(jù)市場份額的75.6%，市場格局集中，競爭格局較好。

根據(jù)NE時代數(shù)據(jù)，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(shù)量占據(jù)了58.2%的份額，處于市場領(lǐng)先地位。比亞迪微電子排名第二，共裝配19.4萬套，份額占比為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(dǎo)位列第五，份額占比為1.6%。另一家國內(nèi)廠商中車時代電氣位列第九，份額占比為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(xiàn)寡頭壟斷格局。而國內(nèi)廠商僅有比亞迪微電子、斯達半導(dǎo)及中車時代電氣三家企業(yè)入圍市場份額TOP10，占比20.4%，國產(chǎn)化率較低。

從電壓覆蓋看，國產(chǎn)企業(yè)IGBT產(chǎn)品線覆蓋日趨完善。國內(nèi)廠商斯達半導(dǎo)目前擁有國內(nèi)最全面的IGBT模塊產(chǎn)品線之一，廣泛覆蓋高壓（3300V）至中低壓（600V）的應(yīng)用領(lǐng)域；中車時代電器則以高鐵、動車等細分領(lǐng)域為主，目前主要在4500V以上高壓領(lǐng)域具備一定競爭力。

英飛凌的產(chǎn)品完整覆蓋了下游全電壓等級應(yīng)用領(lǐng)域，ABB則主要面向高壓和[敏感詞]電壓等級產(chǎn)品。整體看來，內(nèi)資企業(yè)IGBT產(chǎn)品覆蓋低壓至高壓的全市場，低壓領(lǐng)域布局較為完善，但與國外廠商相比，我國功率分立器件在高壓領(lǐng)域仍需加強。

  5    多重因素加速國產(chǎn)替代，促進份額提升

貿(mào)易摩擦加劇，半導(dǎo)體自主可控需求日益迫切。近年中美貿(mào)易摩擦呈現(xiàn)加劇趨勢。

2016年3月及2018年4月，中興兩次被列入美國“實體清單”。2019年5月15日，華為被列入“實體清單”，被禁止與美國企業(yè)進行業(yè)務(wù)合作或向其采購電信設(shè)備，受此影響谷歌已停止向華為提供服務(wù)。

2020年5月15日，美國再次頒布針對華為的新禁令，要求采用美國技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)的芯片，經(jīng)美國批準(zhǔn)才能出售給華為。2020年8月17日，華為38家子公司被列入實體清單，同年9月15日禁令全面實施。

2020年12月，中芯國際被美國列入中國涉軍企業(yè)名單。在美對華加強技術(shù)封鎖的背景下，中國面臨貿(mào)易摩擦加劇、供給受阻、國際合作不暢的風(fēng)險，建立自主可控的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，加速國產(chǎn)替代的需求日益迫切。

中國已成為全球[敏感詞]的汽車消費市場，奠定車用IGBT良好發(fā)展契機。2019年中國新車銷量達2575萬輛，約占全球新車銷量的28.5%，是全球[敏感詞]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(fā)達國家仍有較大差距。

根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)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(yù)計未來中國汽車銷量仍將持續(xù)提升。廣大的汽車消費市場為我國IGBT企業(yè)的發(fā)展提供了廣闊空間，奠定了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

國內(nèi)新能源廠商份額提升，加速IGBT國產(chǎn)替代。燃油車方面，我國由于起步較晚，在傳統(tǒng)燃油汽車行業(yè)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(chǎn)品牌乘用車銷量占比僅約36%。而在新能源汽車行業(yè)，我國搶抓布局，已建立起不俗的技術(shù)、市場優(yōu)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/外資合資廠商占比分別為55%、15%、30%，國內(nèi)廠商占比合計達到70%，較傳統(tǒng)燃油車提升明顯。未來隨著新能源汽車滲透率的逐步提升，預(yù)計國內(nèi)汽車廠商的市場份額也將隨之提升，迎來彎道超車。在貿(mào)易摩擦加劇背景下，國內(nèi)新能源廠商出于供應(yīng)鏈安全考慮，預(yù)計將更多使用國產(chǎn)IGBT，帶動國產(chǎn)IGBT份額提升。

國內(nèi)廠商具有性價比和快速響應(yīng)優(yōu)勢，契合新能源汽車降本增效趨勢。與國外競爭對手相比，國內(nèi)IGBT廠商與汽車廠商的溝通成本低，供貨速度快，服務(wù)能力強，能夠快速響應(yīng)下游客戶需求，具有快速響應(yīng)的優(yōu)勢。此外，國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商還具有高性價比優(yōu)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、市占率要求下的降本增效需求。

政策、資金助力國內(nèi)IGBT行業(yè)發(fā)展。IGBT具有巨大的國內(nèi)和國際市場，且在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、節(jié)能減排、新能源等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。近年來，國家推出多項政策分別從產(chǎn)業(yè)發(fā)展、研究開發(fā)、財稅投資等方面支持包括IGBT在內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

國務(wù)院于2020年8月印發(fā)《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》從財稅、投融資、研究開發(fā)等全面支持半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。政策的全面支持將成為IGBT行業(yè)快速發(fā)展的有效助力。

此外國家在資金層面也給予積極支持，國家集成電路產(chǎn)業(yè)基金（簡稱大基金）一期、二期也先后于2014年、2019年成立，其中大基金一期募資金額1387億元，大基金二期注冊資本2041.5億元。

據(jù)集微網(wǎng)統(tǒng)計，大基金一期投資領(lǐng)域包括：集成電路制造67%，設(shè)計17%，封測10%，裝備材料6%。在大基金及其所撬動的社會資本的投資帶動下，包括IGBT在內(nèi)的集成電路產(chǎn)業(yè)取得了良好發(fā)展。

綜上所述，預(yù)計車用IGBT國產(chǎn)替代將加速推進，助力國內(nèi)廠商份額提升。[敏感詞]：我國是全球[敏感詞]的汽車消費市場，且未來汽車消費需求仍將持續(xù)提升，為國內(nèi)車用IGBT廠商的發(fā)展提供了良好契機。第二：貿(mào)易摩擦加劇，半導(dǎo)體自主可控需求日益迫切。第三：新能源汽車產(chǎn)業(yè)國內(nèi)廠商率先布局，搶占先發(fā)優(yōu)勢，有望實現(xiàn)彎道超車，隨著國內(nèi)新能源車企業(yè)份額提升，并出于供應(yīng)鏈安全考慮，預(yù)計將更多傾向使用國內(nèi)半導(dǎo)體廠商產(chǎn)品，國產(chǎn)IGBT份額有望提升。第四：國內(nèi)IGBT廠商具備性價比高、響應(yīng)速度快等本土化服務(wù)優(yōu)勢，契合新能源車降本增效的需要，有望在未來的競爭中提高市場份額。第五：國家政策、資金助力IGBT行業(yè)發(fā)展。綜合以上分析，我們認為車用IGBT國產(chǎn)替代進程將加速推進，實現(xiàn)份額提升。

除了份額提升外，國內(nèi)IGBT廠商還將充分受益國內(nèi)車用IGBT市場空間的快速增長。據(jù)我們測算，預(yù)計2025年中國新能源汽車用IGBT市場規(guī)模達177億元，復(fù)合增速為43.45%，2025年中國新能源車充電樁IGBT市場空間將達147億元，復(fù)合增速為43.45%。

預(yù)計2025年中國新能源汽車用IGBT市場規(guī)模達177億元，是2020年的6倍，復(fù)合增速為43.45%，根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2020年中國汽車銷量為2530萬輛，預(yù)計到2025年中國汽車銷量將達到3000萬輛，其中2020年中國新能源汽車銷量為132萬輛，新能源車滲透率為5.22%。

若2025年中國新能源汽車滲透率能夠達到《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中提出的20%，則2025年中國新能源汽車銷量將從2020年132萬輛提升至2025年600萬輛。按上文中我們測算的新能源汽車功率半導(dǎo)體單車價值量，預(yù)計2025年中國新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到177億元，是2020年的6倍，復(fù)合增速為43.45%。

預(yù)計2025年中國新能源汽車用IGBT市場規(guī)模達147億元，復(fù)合增速為43.45%，IGBT最受益。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模為6億美元。EVSalesBlog數(shù)據(jù)公布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（占單車功率半導(dǎo)體價值量83%），受晶圓代工緊張影響，考慮到目前全球半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)能緊張，預(yù)計今年新能源汽車功率半導(dǎo)體價格仍將保持在較高水平，且未來單車價值將隨著電動化趨勢及雙電機滲透率的增加逐步提升。乘以2025年我國新能源汽車銷量600萬輛，預(yù)計中國新能源汽車IGBT市場規(guī)模將從2020年約24億增長至2025年147億元，復(fù)合增速為43.45%。

預(yù)計2025年中國新能源車充電樁IGBT市場空間將達109億元，復(fù)合增速為35%。目前，新能源汽車的報廢周期在8-10年之間，按照上文各年新能源汽車銷量的測算，預(yù)計2025年新能源汽車的保有量將達到2246萬輛。

隨著新基建的推進，保守假設(shè)到2025年車樁比提升至2：1，可推算出2025年充電樁保有量約為1123萬個。由于新基建政策側(cè)重公共充電樁的建設(shè)，預(yù)計公共充電樁占比將從2020年48%提升至2025年50%。此外由于快充需求的增加，預(yù)計直流充電樁在公共充電樁中的比例將從2020年38%提升至2025年50%。

根據(jù)國家電網(wǎng)歷年充電車樁項目招標(biāo)公示數(shù)據(jù)，我們統(tǒng)計出招標(biāo)主力60Kw公共直流充電樁平均單瓦價格從2017年1.15元/W降至2019年0.9元/W（單機價格從2017年6.9萬元降至2019年5.4萬元）；公共交流充電樁單機平均價格從2017年0.95萬元降至2019年0.54萬元。

根據(jù)我們調(diào)研的市場上主流新能源汽車廠商私人充電樁價格，我們測算出私人充電樁價格從2017年1.27萬元/臺降至2020年0.78萬元/臺。按IGBT在充電樁中成本占比約20％測算，預(yù)計2025年國內(nèi)充電樁用IGBT市場規(guī)模將達到109億元，較2020年的25億元增長3.4倍，年復(fù)合增速為34.5%。

  6    產(chǎn)能緊張短期內(nèi)較難緩解，功率半導(dǎo)體景氣持續(xù)上行

8寸產(chǎn)能緊張，代工廠產(chǎn)能滿載。2020年5G商用化、以及疫情“宅經(jīng)濟”加速推動社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型，汽車、家電、數(shù)碼等終端設(shè)備市場景氣度持續(xù)回暖，大幅拉動了半導(dǎo)體需求增長。

此外，歐美疫情尚未得到完全控制，中美貿(mào)易關(guān)系前景不明朗等因素驅(qū)動芯片廠商提高安全庫存，多重因素共振導(dǎo)致晶圓代工產(chǎn)能供不應(yīng)求，各大晶圓代工廠商8英寸產(chǎn)能接近滿載。世界先進，華虹宏力2020Q3產(chǎn)能利用率均超過100%，聯(lián)電，中芯國際產(chǎn)能利用率也處在95%的高位附近。

全球新增晶圓產(chǎn)能滿產(chǎn)時間主要集中在2023-2025年，短期內(nèi)較難解決產(chǎn)能緊張狀況。從全球產(chǎn)能來看，根據(jù)ICInsights數(shù)據(jù)，預(yù)計2020年全球新增（等效8寸）晶圓產(chǎn)能約1790萬片，2021年新增2080萬片。但由于設(shè)備購買、調(diào)試、客戶驗證等原因，晶圓制造廠的產(chǎn)能爬坡期較長，通常在3-5年左右，這部分新增產(chǎn)能真正實現(xiàn)滿產(chǎn)預(yù)計將在2023-2025年，短期內(nèi)較難解決產(chǎn)能緊張狀況。

國內(nèi)在建半導(dǎo)體制造產(chǎn)能折合8英寸約2796萬片/年，大部分集中在2022年投產(chǎn)，但考慮到新產(chǎn)線投產(chǎn)后仍有較長時間的產(chǎn)能爬坡期，短期內(nèi)產(chǎn)能緊張較難緩解。據(jù)我們不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)半導(dǎo)體制造產(chǎn)能約為288萬片/月（折合8英寸晶圓計算，包含硅基晶圓及化合物半導(dǎo)體基底晶圓），國內(nèi)在建的半導(dǎo)體制造產(chǎn)能合計約為233萬片/月（2796萬片/年），其中大部分新產(chǎn)線的投產(chǎn)時間集中在2022年，但考慮到新產(chǎn)線投產(chǎn)后仍有3-5年的產(chǎn)能爬坡期，無法迅速實現(xiàn)滿產(chǎn)，預(yù)計產(chǎn)能緊缺情況短期內(nèi)仍較難緩解。

預(yù)計到2025年，全球車規(guī)級IGBT模塊所需的8寸晶圓數(shù)量為169萬片，較2020年將增長5.4倍。目前市場上的電動車有單電機與雙電機兩種，目前主流的新能源汽車使用的是單電機配置，但隨著未來新能源汽車制造技術(shù)的提升，可為車輛提供更高性能的雙電機新能源汽車滲透率將得到提升。

在新能源車中，每個電機使用一個逆變器，每個逆變器中使用一個IGBT模塊。鑒于雙電機優(yōu)異性能，我們假設(shè)其滲透率在2025年達到20%，可以測算出2025年全球共需要向1200萬輛電動車1440萬臺電機裝配IGBT模塊。目前單個車規(guī)級IGBT模塊中封裝10-18個IGBT芯片（因IGBT模塊電壓級別不同，芯片數(shù)量有所差異）按平均15個計算，則需要2.16億個IGBT芯片。按每片8寸晶圓約可切出128個IGBT芯片計算，則預(yù)計2025年全球僅車規(guī)級IGBT模塊所需的8寸晶圓量就達169萬片，較2020年增長5.4倍。

晶圓漲價已傳導(dǎo)至產(chǎn)業(yè)鏈下游，半導(dǎo)體景氣度持續(xù)上升。終端需求持續(xù)增長、現(xiàn)有代工產(chǎn)能已經(jīng)滿產(chǎn)、新增產(chǎn)能短期內(nèi)無法快速放量，供需矛盾導(dǎo)致了晶圓代工價格的上漲。

臺積電已取消了針對主要客戶12寸晶圓代工3%的折扣優(yōu)惠，聯(lián)電在陸續(xù)調(diào)漲8寸晶圓代工價格后跟進調(diào)漲12寸晶圓代工價格。代工價格調(diào)漲隨即傳導(dǎo)到了產(chǎn)業(yè)鏈下游的廠商，大部分廠商漲價幅度都在10%以上，其中瑞薩電子宣布部分模擬和電源產(chǎn)品價格將調(diào)漲15%-100%。受益產(chǎn)品漲價趨勢，英飛凌等公司延長產(chǎn)品交期，預(yù)計半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈景氣度還將持續(xù)上升。

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