车规级功率半导体产业报告——碳化硅在电动车主驱逆变器的规模化应用有望在2022年实现
功率半导体是负责电能转换与电路控制的核心元件，主要用于电压、频率、直流/交流转换等，可分为功率IC和功率分立器件两大类。随着汽车电动化率提升，车规级功率半导体价值量快速提升。车规级功率半导体在电动车中的主要增量来源为电驱动以及充电桩模块， 更高的电压、功率需求带动整车主流器件从低压MOSFET转向IGBT、SiC MOSFET模块等。从发展路径来看，更高功率密度，更小的体积，更低的功耗及损耗是功率半导体技术演进的重点方向，其中材料体系将从Si往SiC方向演变。SiC作为第三代半导体材料相较第一代半导体材料具有耐高温、耐高压、适应更高频等特性，为新能源车下一代功率半导体器件。而碳化硅功率模块在电动车主驱逆变器的规模化应用有望在2022年实现。
盖世汽车研究院围绕车规级功率半导体产业现状及发展趋势、车规级功率半导体市场分析、重点功率半导体企业及产品等方面对产业进行解读，为电动车产业人员、半导体从业人员、车企人员、投资机构及相关读者提供参考。
随着新能源车对于电力控制需求大幅增加，车规级功率半导体成为电动车核心器件。上游由原材料和设备构成，中游制造环节包括晶圆制造、设计、封测，下游应用在电机电控或整车中，目前国内已形成完善的产业链。
功率半导体可以分为功率IC和功率分立器件两大类。功率IC主要应用产品为电源管理IC，而功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、晶体管等产品。晶体管是分立器件重要组成，其中BJT、MOSFET、IGBT是主流应用的功率半导体。
IGBT由BJT和MOSFET组成，也结合了BJT和MOSFET的优点。BJT适用于低频中高功率场景，MOSFET适用于高频中低功率场景，而IGBT适用于中频高功率场景。三者在电动车中均有应用。
功率半导体主要运用在电动车的动力控制、照明、底盘安全系统中，其在新能源汽车中用量相比传统汽车大幅上升。随着汽车电气化率不断提升，单车消耗的功率半导体价值量不断提高，在纯电动车中，功率半导体单车价值量高达300美元以上。
功率半导体在电动车中主要新增器件价值量主要来自电力控制、电力驱动、电池系统。更高的电压、功率需求带动器件类型从低压MOSFET、二极管转向IGBT模块、SiC以及SJ MOSFET。
功率半导体在电动车中主要应用模块为电机逆变器、DC/DC变换器、高压辅助驱动、OBC、电池管理IC。不同的模块里使用的功率器件类型有所不同，其中IGBT和MOSFET应用较多。
IGBT模块在电驱动系统中起到重要作用，其价值量占整个电控系统成本的40-50%。从不同动力类型的新能源汽车来看，随着电动车动力性能要求增强，其使用的IGBT组件个数激增。
受新能源汽车销量快速增长，充电桩市场保持旺盛的需求。未来大功率充电桩占比将持续提升，而充电桩系统功率越高，功率半导体用量越大。目前大部分功率充电桩采Si基IGBT，而350kW高功率充电桩将采用SiC方案。
2018年全球功率半导体整体市场规模大概为400亿美元，其中功率器件及模块其中占比最大的是MOSFET和 IGBT，市场规模分别为74亿美元和54亿美元。而我国MOSFET和IGBT行业增速高于世界总体水平。但目前国内车规级IGBT市场自主化率较低，绝大多数份额由英飞凌占据，比亚迪为龙二，斯达半导在车规级领域市占率仅1.6%。预计到2025年，国内车规级IGBT市场规模超过150亿。碳化硅市场在2024年预计达20亿美元，年复合增长率29%。
重点布局车规级功率半导体的企业以海外的英飞凌和国内比亚迪、斯达半导体为代表。英飞凌在电动车全电压范围均有功率器件产品布局，可适用于不同动力形式的电动车中，并且其在各电压段市场皆处于领先地位；比亚迪拥有国内首个完整的车用IGBT产业链，公司同时也布局碳化硅技术，按规划，2023年比亚迪将实现SiC对硅基 IGBT的全面替代；斯达半导体IGBT产品型号齐全，还具备 MOSFET模块、碳化硅器件等产品供应能力，在功率半导体领域形成完善的产品布局。
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