“国产替代”加速下的车用功率半导体市场

　　近日,国内新能源汽车龙头比亚迪在宁波举办发布会，推出了业界领先的汽车功率芯片IGBT4.0技术。IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统在整车成本中占比达到15-20%，所以IGBT芯片占整车成本的比例约为7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，而且也决定了整车的能源效率。此次比亚迪发布的IGBT芯片能够实现电流输出能力较当前市场主流的IGBT提高15%;而在同等工况下，综合损耗降低了约20%，实现了国产汽车功率IGBT芯片的重大突破，开启国产新能源汽车“芯”时代。

　　高铁和新能源汽车引领国内功率半导体IGBT飞速发展。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)最早发明于80年代，一开始众多厂家例如摩托罗拉，通用电气和加州伯克利分校对于自家IGBT的称谓各异，直至德国西门子把这种半导体功率器件定义为IGBT并且由于西门子的IGBT产品性能优异，这个名称才逐渐被市场接受沿用至今。而国内最早布局IGBT的是高铁公司，北车西安用电早在2011年就成为国内首家全球第四个能够封装6500v以上IGBT产品的企业。之后南北车合并后的中车株洲时代于2014年6月建成了全球第二条国内首条8英寸IGBT专业生产线，高铁成为国内最先突破国外在超高压IGBT垄断的领域。国内新能源汽车迅猛发展成为中国高铁之后对于IGBT需求最大的领域，此次比亚迪在IGBT芯片领域的突破打破了欧洲美国日本对于IGBT在车用领域长期处于垄断的局面，有望加速国产IGBT替代进口产品的进程。

　　比亚迪打破国际大厂在车用IGBT芯片领域的垄断。IGBT作为调节和控制电流的“开关”芯片，按照驱动电压的不同，广泛应用于消费电子(400v以下)家用电器和新能源汽车(600v-1200V)和发电站，智能电网和高铁动车(1200v以上)。从供给端来看，全球90%以上的IGBT都是由德国英飞凌，日本三菱电机以及美国安森美半导体等巨头垄断，其中安森美半导体收购了仙童半导体(Fair child)之后在400v及以下的IGBT领域占有绝对优势，而三菱电机在2500v以上高铁动车IGBT领域处于领先，全球龙头英飞凌则卡位在400V-1200V的汽车用IGBT领域，除日系厂家外英飞凌几乎囊括了全球80%电动车的IGBT市场。特斯拉的电动车使用的IGBT单管和模组都是采用英飞凌的产品，而比亚迪已经率先使用自研自制的IGBT产品，体现出比亚迪在车规级芯片领域的领先优势。目前国内只有中国中车和比亚迪实现了在高铁和电动汽车领域IGBT芯片的制造，比亚迪IGBT4.0技术的推出，标志着全球车用IGBT大厂中开始出现国内厂商的身影。

　　IGBT模组市场远超单管规模，行业同比增速达到30%。从产品类型来看IGBT分为三类：IGBT单管，IGBT模组和IPM模组，IBGT单管中封装了单个的IGBT芯片，IGBT模块可以看成是多个IGBT单管集成的模块，在IGBT模组中多个IGBT芯片并联之后使得电流规格更大，而且多个芯片处于同一个金属基板上，相当于在独立的散热器与IGBT芯片之间增加一块均热板，产品性能更可靠。而IPM模组的封装集成度更高，通过把门级驱动和保护电路都封装进IGBT模块内部提高模组的易用性，但是随之而来的缺点就是工作频率较低。从2017年市场规模来看，分立IGBT模组的市场规模为11亿美金，而标准IGBT模组的市场规模约为前者的2.6倍，在整个模组市场占比接近1半，2017年达到26.3亿美金，集成度更高的IPM模组2017年试产规模达到15.7亿美金，IGBT市场总规模在2017年达到53亿美金，相较于2016年大约为41亿美金的全球功率模组市场，同比去年增长了约30%，属于汽车半导体产品中增长较快的领域。

　　汽车电子芯片产业链掘金，IGBT整合制造IDM厂商和晶圆代工厂会受益。对于电动车而言，IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换，其芯片与动力电池电芯并称为电动车的“双芯”，是影响电动车性能的关键技术，重要程度不亚于CPU在电脑中的地位。未来3-5年新能源汽车销量增长和传统汽车电子化的渗透率提升将成为推动IGBT需求不断释放的关键因素。预计2020年国内新能源汽车销量大约250万辆，全球电动车销量达到410万量，按照特斯拉平均每辆车大约消耗650美元的IGBT价值测算，至2020年国内和全球电动车对于IGBT增量需求分别为16亿美金和27亿美金。根据世界三大电子元器件分销商之一富昌电子统计，2018-2022年，全球电动车年复合增长率达30%，但同期车规级IGBT市场的年复合增长率仅为15.7%。可以预见，未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张，因此IGBT的缺货和涨价趋势较为确定。

　　车用功率半导体除了在需求侧具有长期扩张半导体成长边界的动能之外，供给侧也没有显性扩张的因素，从而在供需关系上形成了良性的循环。功率半导体的生产端集中在8英寸晶圆厂，主要包括原厂IDM和Foundry。

　　据SEMI的数据显示，2017年内，200mm8英寸晶圆线产品增长了9.2%，主要涉及汽车电子、移动通信和物联网场景，模拟器件、分立器件、MCU、MEMS传感器的需求起到了关键推进作用。

　　大部分的功率半导体是由IDM厂商把持，主要生产厂家有英飞凌等，从全球范围来看，IDM的8寸产能并没有显著的增加。因产能有限，厂家通常会将订单外包给Foundry代工厂进行生产，部分IDM厂家主要产能专注于12英寸晶圆线，没有额外8英寸工艺空间，所以不可避免会将8英寸产品外包，这种趋势短期看不可逆转。其中比亚迪在车规级IGBT产业链中布局最早，属于优先受益的IDM巨头，另外国内IGBT晶圆代工厂上海先进半导体和华虹半导体均有望受益，上海先进在2015年8月就与比亚迪、国家电网建立战略产业联盟，正式进入比亚迪新能源汽车用IGBT供应链;而华虹半导体在2016年5月就已经能够量产基于8英寸的平面型和沟槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片。