（报告出品方/作者：开源证券，刘翔）

核心观点：

新能源汽车东风已至，功率半导体行业将深度受益。汽车电动化大势所趋，各国纷纷制定新能源汽车的发展规划，以纯电、油电混合为主要动力形式的新能源汽车进入快速发展期。在插混和纯电车型中，动力电池取代燃油成为能量储存形式，电动机成为了主要的动力输出来源，因此用于电能转换的功率半导体用量将得到显著提升。据 EVTank 预测，至 2025 年，全球新能源汽车销量有望达到 1200 万辆。按照英飞凌数据，每辆新能源汽车（纯电及插混）所用功率半导体价值量 330 美元计算，届时新能源车用功率半导体市场有望达到 39.6 亿美元，实现 30.88%的年均复合增长率。

IGBT 及 MOSFET 在新能源汽车大展拳脚，受益明显。IGBT 作为一种耐高压、高频的电力电子开关器件，在汽车上的应用主要以高压电能变换为主，最核心的应用为主驱逆变。其余应用也包括车载 OBC 及电池管理/车载空调/转向助力等高压辅助系统，此外也应用于各类直流和交流充电桩。 MOSFET 则广泛应用于汽车上的低压用电器，如电动座椅调节、雨刷器等所用的直流电机、LED 照明、电池电路保护等应用。车规 IGBT 模块承受电压高、过电流大，在汽车电动化进程中价值量提升最为明显；MOSFET 应用更为广泛，高端车型用量可达 400 个，随着汽车高端化和智能化趋势，车载用电器将日益增多，单车 MOSFET 价值量也将逐步提升。

第三代半导体性能优异，开启渗透。第三代半导体材料主要指 SiC 及 GaN，以其制作成的功率器件性能优异，适用于高压、高频、高温的应用场景。在汽车上，以第三代半导体制成的功率器件可以提升电能转换效率，达到省电和提升续航的作用，此外亦可以缩小逆变器的设计尺寸，节省空间。目前已有部分高端车型开始在主驱逆变器、OBC、DC/DC 等领域使用 SiC 功率器件方案。未来随着第三代半导体器件的制造成本下降，性价比进一步提升，在汽车上的渗透有望加速。

功率半导体国产替代加速，国产企业开始在车规产品崭露头角。2017-2018 年前后，全球功率半导体产能紧张，海外厂商器件交期延长，客户需求得不到满足。由此部分国内客户开始对国产功率器件进行供应认证，按下了功率半导体国产替代加速键。此外，在中兴、华为等地缘政治事件，以及中美贸易摩擦催化下，功率半导体国产供应链的建立亦成为刚需。国产功率半导体厂商迎来国产替代的契机，行业加速发展。看好全球新能源汽车市场高速发展、功率半导体国产替代加速背景下的功率半导体行业机会。

1、新能源汽车东风已至，功率半导体乘风而起

1.1、全球新能源汽车销量快速增长，渗透率不断提升

随着全球环保政策日益趋严、能源结构改善要求日益迫切，各国纷纷制定新能源汽车的发展规划，以纯电、油电混合为主要动力形式的新能源汽车进入快速发展期，汽车电动化为大势所趋。

根据中国汽车工程学会编制的《节能与新能源技术路线图 2.0》，到 2025 年我国新能源汽车在新车销量中渗透率将达到 20%。根据中汽协预测，2025 年我国汽车销量有望达 3000 万辆，以 20%的渗透率计算，届时我国新能源汽车销量有望达 600 万辆。而到 2035 年，新能源汽车更将成为主流，占总销量 50%。据 EV Sales 数据，2020 年全球新能源乘用车销量达 312.48 万辆，即使在全球汽车市场萎缩的情况下，新能源乘用车仍保持了 41.40%的高速增长。据 EVTank 预测，至 2025 年，全球新能源汽车销量有望达到 1200 万辆。

1.2、新能源车用半导体价值量提升，功率半导体提升最为显著

汽车的智能化和电动化趋势正明显带动车用半导体的价值量提升。汽车智能化涵义主要包括汽车智能驾驶、智能座舱、网联化等，在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，显著提升乘坐体验，实现辅助驾驶乃至自动驾驶。汽车智能化主要带动车用数字芯片、传感器芯片及存储芯片等的用量。

电动化是指动力电池替代燃油成为汽车的动力来源，电动机负责将动力电池的化学能转化为汽车的动能。在这一过程中，用于电能功率转换的功率半导体用量将得到显著提升。功率半导体显著受益电动化趋势，是车用半导体中价值量提升最为显著的类别之一。

以英飞凌数据为例，48V 轻混车辆中半导体价值总量为 572 美元，其中功率半导体含量仅为 90 美元，这是因为 48V 轻混车辆的驱动动力仍然为内燃机，电机仅作辅助输出扭矩的作用。然而在插混和纯电车型中，电动机成为了主要的动力输出来源，功率半导体的平均价值量上升到 330 美元，整体单车半导体含量也上升至 834 美元。因此在汽车的电动化进程中，功率半导体的用量和价值量增长最为显著。

2、功率半导体深度受益电动化趋势，增长势不可挡

2.1、 IGBT 是新能源车高压系统核心器件，深度受益电动化趋势

新能源汽车母线电压通常在 400V 左右，而 IGBT 是一种耐高压、高频的电力电子开关器件，其额定电压通常在 600V 以上，因此 IGBT 在汽车上的应用主要以高压电能变换为主，最核心的应用为主驱逆变。其余应用也包括车载 OBC 及电池管理/车载空调/转向助力等高压辅助系统，此外也应用于各类直流和交流充电桩。

主驱逆变是 IGBT 在新能源汽车上价值量最大的应用。IGBT 是新能源汽车电驱系统的核心，直接影响到新能源汽车的行驶性能。纯电动汽车和混合动力汽车中动力电池输出的是直流电，而目前市场上绝大多数驱动电机需要使用交流电驱动，IGBT 在电驱系统中的作用就是 DC-AC 逆变，将动力电池输出的直流电逆变成可供交流电机使用的交流电。

车载充电器（on board charger；OBC）是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。而 IGBT/MOSFET 等功率器件在车载充电器（OBC）上的作用是调整输入的充电电流和电压，使其满足动力电池的充电要求。

其工作原理为：市电（220V 交流电）经过 OBC 中的整流模块变为直流电，通过稳压滤波电容后进入 DC-DC 转换模块，经过直-直变换输出合适电压的直流电给动力电池充电。IGBT 或高压 MOSFET 等开关器件则是 OBC 中 DC-DC 转换模块实现功能的核心功率器件。

IGBT 模块还可以用于辅助功率逆变器，为车载空调系统等设备供电。出于效率的考虑，新能源汽车有许多应用采用高压供电，如空调压缩机、EPS 电动助力转向、主动底盘控制等。IGBT 可用于以上这些辅助系统的 DC-AC 逆变/DC-DC 变压，使电流电压符合负载端的用电需求。

除了直接装载于新能源汽车上的应用，IGBT 亦是直流充电桩的核心功率器件。与在 OBC 中的功能类似，IGBT 在直流充电桩中的作用也是 DC-DC 变压。直流充电桩的一端与交流电网相连，通过整流功率模块将工频交流电转换为直流电，流经 DCLINK 电容稳压滤波进入 DC-DC 变压环节：直流电流通过逆变功率模块逆变为高频交流电，最后由变压器耦合及整流单元将其转换为不同的直流电压等级，为电动汽车充电。

2.2、 MOSFET 在低压系统应用广泛，未来用量将持续提升

汽车上的各类供电器件都是直接从蓄电池取电的，蓄电池电压通常有24V和12V 两种。而新能源汽车的动力电池电压普遍高达 300-400V，因此新能源汽车高压和低压系统之间需要功率器件进行调压，实现高低压系统之间的电能流动。

蓄电池所支持的终端用电器的电压则是多种多样，有 5V、3.3V 乃至 50V 的高压。因此在电源模块需要各种各样的电压转换，无论是升压还是降压都是随着 MOS 管的不断开闭而逐步变化的。

以汽车照明为例，一辆车上有远光灯、近光灯、转向灯、日间行车灯、雾灯、示廓灯等 LED 车灯，这些灯珠所需电压电流等级不一，蓄电池的 12V 直流电需要通过 MOSFET 的调节才能满足终端用电器的需求。此外，高端车型还配备大灯位置调节、散热风扇等功能，所匹配的无刷直流电机亦需要通过功率半导体进行电能转换。

随着汽车上电子部件的增多，MOSFET 在汽车上的应用也与日俱增。我们统计了英飞凌提供的新能源汽车 MOSFET 解决方案，单车分立 MOSFET 器件用量可达接近 200 个（不同车型因电子部件不同，用量会有所差别），若统计集成化设计的 Switch、PMIC 等功率半导体产品，整车低压系统所用功率半导体产品用量将更大。据英飞凌预计，高端新能源汽车上 MOSFET 的用量可达 400 个左右。

3、功率半导体加速国产替代，国产企业崭露头角

3.1、国产替代进度总体加快，车规器件准入门槛高

我国功率半导体产业起步晚，基础低，在整体的技术实力和市场占有率上与海外厂商仍有较为明显的差距。据前瞻产业研究院数据，我国在中高端 MOSFET 及 IGBT 器件市场上，90%依赖进口，市场基本被欧美、日本企业垄断。全球范围来看，前十大功率半导体厂商均为海外厂商，合计占据 60%的市场份额。

产能紧张及地缘政治因素带来国产替代契机，部分企业开始崭露头角。2017- 2018 年前后，全球功率半导体产能紧张，海外厂商器件交期延长，客户需求得不到满足。由此部分国内客户开始对国产功率器件进行供应认证，按下了功率半导体国产替代加速键。此外，在中兴、华为等地缘政治事件，以及中美贸易摩擦催化下，功率半导体国产供应链的建立亦成为刚需。国产功率半导体厂商迎来国产替代的契机，行业加速发展。

车规产品认证要求高，国产功率器件替代在汽车领域的替代总体仍处于较为初步的阶段。汽车半导体产品的认证壁垒主要来自两方面，一方面是 ISO（国际化标准组织）、AEC-Q（汽车电子委员会）等国际组织的标准认证，是车规供应的进入门槛；另一方面是来自各家整车厂自身严格的标准认证。车规认证流程周期长、项目多、标准高，对供应商的生产流程、生产设施、产品性能、产品稳定性及安全性都提出了较高要求，形成了较高的进入门槛。目前我国功率半导体企业已经全面进入消费级、中低端工业领域的供应，在汽车市场的供应渗透总体仍较为初步。

3.2、微型车为突破口，国产主驱 IGBT 发展加速

IGBT 发明于上个世纪 80 年代，海外产品发展已有 40 年左右的时间，龙头厂商英飞凌推出 7 代 IGBT 产品。经过追赶，我国 IGBT 企业的技术和生产水平有了较大的进步，目前我国部分领先的 IGBT 企业能够量产对标英飞凌 5-6 代的技术水平，与国际领先厂商技术水平仍有差距，但差距在不断缩小。

在车规 IGBT 市场份额上国内企业占比仍较小，国产替代空间大。据 Yole 数据， 2019 年全球 IGBT 市场达 63.4 亿美元。据 Omdia 数据，2019 年国内仅有斯达半导以 2.5%的市占率进入了全球前十大 IGBT 模块供应商，国内企业开始崭露头角，但在市场份额上与海外厂商差距仍较大。

国产车规 IGBT 模块借助我国肥沃的汽车市场土壤，在近几年取得了长足的进步。据 EV Sales，我国 2020 年新能源乘用车销量 127.19 万辆，占全球销量的 40.7%。同时，我国新能源汽车产业得到较大的政策扶持，经过十余年的快速发展，已经建立了从电池、电机、电控等核心零配件到整车装配、自主品牌的完整自主产业链，为汽车半导体的逐步自主化提供了良好的土壤。

A00 级别新能源汽车在续航里程、输出功率等方面的标准相对 A 级车及 SUV 较低，品牌车型众多的 A00 级别新能源车对采用国产 IGBT 模块的验证测试秉持更为开放的态度。因此，以 A00 级微型新能源车为主要突破口，国产厂商在车规主驱逆变 IGBT 模块领域取得了快速发展。

以斯达半导为例，其生产的汽车级 IGBT 模块现阶段主要配套 A00 级新能源汽车，实现配套超过 20 家终端汽车品牌，2019 年合计配套超过 16 万辆车，2020 年合计配套超过 20 万辆车。据乘联会数据，2019 年我国 A00 级纯电动车销售 23.22 万辆，因此公司IGBT模块在2019年的A00级新能源汽车市场中的占有率已接近70%。此外，比亚迪半导体依靠自有整车平台实现累计逾百万辆的 IGBT 模块装车量、中车时代半导体及士兰微等厂商也实现了车规 IGBT 供应零的突破。

根据佐思汽研的数据，按照销量数据来看，2019 年英飞凌在中国新能源汽车 IGBT 领域排名第一，占比高达 49.3%，其次是比亚迪，主要给比亚迪品牌车型配套，占比 20%，斯达半导体位居第三，市占率达到 16.6%。

造车“新势力”或将率先开启 A 级及以上车型的主驱 IGBT 模块自主化进程。以蔚来、理想、小鹏等为代表的国内造车“新势力”的车型开发周期相对传统车企更短、造车理念更为激进；相比合资、外资品牌的车企，大部分“新势力”厂商对海外汽车半导体供应商的议价权不足，因此其出于成本控制和供应链保障的原因也更愿意尝试引入国产供应商。国产 IGBT 模块厂商有望先通过造车“新势力”厂商进军 A 级乃至更高级的新能源汽车市场。

展望未来，新能源汽车 A00-A0 级别市场占比将逐步下降，A 级及以上市场占比提升，国内企业一旦突破 A 级车型供应，也将受益新能源汽车消费升级带来的量价齐升。

2017-2019 年，A00-A0 级别纯电动车销售占比逐年下降，从 2017 年的 61%下降到 2019 年的 22%。这反映出新能源汽车技术的日渐完善，续航里程和充电技术的发展让新能源汽车主要使用场景不再只局限于城市内通勤代步，消费者不再把购买 A00 级别新能源车当做一种“试水”、“将就”的选择，新能源汽车领域的消费升级趋势明显。2020 年，随着五菱宏光 Mini EV 这一现象级的微型电动车推出，提振了 A00 级别电动车的销量，销售占比再次上升到 33%。然而长期来看，我们认为随着技术进步以及消费者对电动车品质需求的升级，电动车的消费结构升级将是一个势不可挡的长期趋势。国内 IGBT 有希望受益国产替代大势，掘金 A 级及以上新能源汽车 IGBT 模块的广阔市场。

3.3、国内领先 MOSFET 厂商初步进入车规产品产业链

MOSFET 市场空间广阔，下游市场分散，我国 MOSFET 企业市占率低。2019 年，我国本土龙头企业华润微以 3.00%市占率位列全球第九大 MOSFET 供应商。被我国 ODM 龙头企业闻泰科技收购的安世半导体则以 4.10%的市占率位列全球第八大供应商。

近年来国内 MOSFET 企业的产品研发明显进步、产品矩阵迅速完善、代工/晶圆制造水平不断提高，为全面进入车规供应链打下了基础。

产品方面，以华润微、士兰微、华微电子、新洁能等为代表的企业，均建立起比较完备的产品体系，不仅有供应平面型、沟槽型（Trench）这类比较成熟的 MOSFET 种类的能力，也基本具备隔离栅（SGT）、超级结（SJ）等先进种类的 MOSFET 的能力，并且本土头部企业的 MOSFET 产品线也基本做到比较完整的电压、电流覆盖。此外，闻泰科技则通过外延并购，将汽车 MOSFET/二极管领先供应商安世半导体收入麾下，有望使得我国 MOSFET 的车规供应能力实现快速提升。

相对 IGBT，目前车用 MOSFET 的国产化程度更低。我们认为原因主要有二，首先 MOSFET 在汽车上应用的总价值量相对 IGBT 更少，即在整车成本中的占比更小，采用国产器件对于车企降本的边际作用更小。其次，汽车 MOSFET 应用更为分散，且多为低压、辅助系统，重要性次之；且 MOSFET 作为比较标准化的产品，国内外 MOSFET 供应商众多，供应安全总体更有保障，建立国内供应链的迫切性相对次之。目前国内企业产品研发、制造工艺、封装能力正不断提升，未来有希望全面进入车规 MOSFET 产品的供应。

4、第三代半导体性能优异，已开启逐步渗透

SiC 属于第三代半导体材料，以其制作成的功率器件性能优异。SiC 具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，使得其器件适用于高压、高频、高温的应用场景，相较于硅器件，可以显著降低开关损耗。因此，SiC 可以制造高耐压、大功率的电力电子器件，下游主要用于智能电网、新能源汽车等行业。

新能源汽车市场的蓬勃发展将带动 SiC 功率器件的市场需求。SiC 功率器件能满足新能源汽车多方位的需求，给新能源汽车带来诸多方面的性能升级。在相同功率等级下，全 SiC 模块的封装尺寸显著小于 Si 模块。SiC 用在车用逆变器上，能够大幅度降低逆变器尺寸及重量，做到轻量化。以 Rohm 给全球顶级电动方程式赛车 Formula E 提供的全 SiC 功率模块为例，该模块使得逆变器的重量减少了 6 千克，尺寸缩小了 43%。

其次，SiC 功率模块与硅基 IGBT 功率模块相比，可大幅减少开关损失，给新能源汽车电驱系统带来直接的效率提升，进而减少电力损失，增加新能源汽车的续航能力。采用 Rohm 全 SiC 模块的逆变器相对于采用硅基功率模块的逆变器减少了 75% 的开关损失。

由于 SiC 器件的高热导率，其散热性能优异，具有优异的高温稳定性，间接提升了新能源汽车的工作稳定性和安全性。并且 SiC 器件的能量损耗小，发热量也更小，散热处理也更容易进行，不但散热器体积可以显著减小，还可以实现逆变器与电机的一体化。

此外，SiC 器件在车载 OBC、DC/DC 等系统也已开启渗透。新能源汽车渗透普及亟需解决的一个问题就是提高充电效率、缩短充电时间。高压快充越来越普及，对 OBC 所用功率半导体的性能和稳定性要求也越来越高，因此 SiC MOSFET 已经开启了 OBC 领域的渗透。以全球领先的第三代半导体功率器件 Wolfspeed 提供的 OBC 解决方案为例，6.6KW OBC 中使用 SiC 方案会带来功率密度的提升以及 2.5%的效率提升，22KW OBC 中使用 SiC 方案会带来功率密度的提升以及 2%的效率提升。此外，采用 SiC 方案还能带来明显的系统成本、运行成本及碳排放的成本节省。

所此外，随着技术的进步和产品设计的升级，高压电源系统集成化趋势明显。如在如特斯拉等新能源汽车制造商的新款产品中，OBC 被同 DCDC 或 BMS 等整合在一起，形成“黑箱式”结构，这对产品功率密度、热管理性能等提出了更高的要求，使用 SiC 方案的优势明显。

根据 Yole 预测，2019-2025 年功率 SiC 市场将由 5.41 亿美元增长至 25.62 亿美元，年均复合增速高达约 30%。其中新能源汽车市场（含主驱逆变、车载 OBC、DCDC 转换）为最大的增量来源，市场空间将从 2.25 亿美元增长至 15.53 亿美元。

第三代半导体现阶段的渗透瓶颈主要是成本过高，尤其是衬底的成本高企。以 SiC 为例，不同于 Si 材料，SiC 材料无法用熔体提拉法制备，主要是因为在现有的实验条件所能达到的压力条件下，SiC 没有熔点，只是在 1800℃以上时升华为气态。其次，在现有实验条件所能达到的温度条件下，C 在 Si 熔体中的溶解度也非常小。因此现有 SiC 单晶的制备常使用 PVT 法，该方法不可实施监控，相当于黑匣子操作，生长出来的单晶位错多，质量难以提高。此外该方法生长速度较慢、难以生长形成大晶体，规模化生产效率低。

当前全球市场上，6 英寸 SiC 衬底已经实现商业化，主流几家大厂商推出 8 英寸衬底样品。据 CASA 预计，5 年内 8 英寸将全面商用。随着 6 英寸 SiC 单晶衬底和外延晶片的缺陷降低和质量提高、8 英寸产线有望逐步实现规模化生产，SiC 器件制造成本将持续下降，推进 SiC 器件和模块的普及。

据 CASA 统计，SiC、GaN 的价格近几年快速下降，2020 年较 2017 年下降了 50% 以上，主流产品与 Si 基器件的价差也在持续缩小，基本已达到 4 倍以内。考虑系统成本的节省和能耗因素，SiC 及 GaN 模组已经有一定的竞争力。

5、重点企业分析

5.1、斯达半导：IGBT 国产替代领头羊，车规 IGBT 供应破冰者

公司成立于 2005 年 4 月，十几年来始终专注于以 IGBT 为主的功率半导体芯片和模块的设计、研发及生产。公司不断技术积累，在技术路线上走先模块、后芯片；先工业、后车规的路径，从易到难，不断突破，快速成长为国内 IGBT 龙头企业。公司在技术上不断追赶海外先进厂商，是 IGBT 国产化替代的排头兵。

公司 IGBT 模块收入占据 2020 年营收的 94.65%，型号超过 600 种，电压等级涵盖 100V～3300V，广泛应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风电发力、SVG、白色家电等领域。 2020 年，公司 IGBT 模块配套逾 20 万辆新能源汽车，覆盖超过 20 家汽车品牌，处于国内领先地位，是国内为数不多能够供应车规级 IGBT 模块的厂商之一。公司不断加强研发，有望提升 IGBT 模块供应车型等级，实现产品销售单价提升及销售结构优化，并凭借优质的客户充分受益新能源车市场的快速发展。

5.2、士兰微：产品线丰富的 IDM 厂商，IGBT 产品实力强劲

公司是国内半导体领先企业，现已形成器件（主要为功率半导体器件 MOSFET、 IGBT、二极管等产品）、集成电路（主要包括 IPM、MCU、MEMS 传感器、电源管理芯片、数字音视频电路等）、LED 芯片及外延片等业务板块，是国内产品线最为齐全的半导体 IDM 厂商。公司投产国内 IDM 厂商第一条 12 英寸功率产线，不断发力功率半导体板块，坚定走 IDM 之路。

依赖公司的强研发投入，公司产品矩阵不断完善，并在 IGBT 和 IPM 产品取得较为明显的竞争优势。IGBT 方面，公司 IGBT 单管及模块产品均已实现规模销售。其中公司 IGBT 单管较完善地覆盖 600V/650/1200/1350V 等中低压电压等级；另有 650V/750V IGBT 模块应用于新能源汽车领域，1200V IGBT 模块应用于电焊机、电机逆变器、变频器等工业应用。

公司自研芯片的电动汽车主电机驱动模块已在 2020 上半年通过部分客户测试，并接获小批量订单。由此公司成为国内为数不多能够供应车规主驱 IGBT 模块的厂家之一，有望受益未来全球新能源汽车销量快速增长带来的发展契机。公司历史上归母净利润波动较大，主要是受到 LED 业务利润率降低、8 英寸产线折旧压力较大等因素影响。现阶段公司基本面迎改善：LED 业务收入占比总体呈下降趋势，影响逐渐减小；公司资本开支已连续 2 年下降，随着 8 寸产线产能爬坡接近尾声、营收体量不断增加，公司折旧成本占营收比重也有望转而下行，折旧压力有望减小。结合功率半导体行业高景气，公司业绩有望在 2020-2021 两年持续改善。