汽車功率半導體市場研究報告1.

為什么要關注汽車功率半導體？1.1

從傳統燃油車到智能電動車，核心零部件出現巨大變化電動車以驅動電機、動力電池、電控取代了傳統汽油車“三大件”（發動機、變速箱和底盤），功率半導體成重要增量。1.2

功率器件是電能轉換與電路控制的核心功率器件是電子裝置電能轉換與電路控制的核心，主要用于改變電壓和頻率。主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功

率控制等，同時具有節能功效。功率半導體器件廣泛應用于移動通訊、消費電子、新能源汽車、軌道交通、工業控制、發電與

配電等電力、電子領域，涵蓋低、中、高各個功率層級。2.

當前關注的重點細分賽道是？2.1

IGBT是功率器件最具發展前景的細分賽道IGBT是功率半導體器件的一種：用于交流電和直流電的轉換、變頻，相當于電力電子領域的“CPU”，也是新能源應用的心臟，

屬于功率器件領域門檻相對較高的賽道。IGBT屬于雙極型、硅基功率半導體，具有耐高壓特性。融合了BJT（Bipolarjunctiontransistor，雙極型三極管）和MOSFET的性能優勢，結構為MOSFET+一個BJT，高耐壓為其優勢，自落地以來在工業領域逐步替代MOSFET和BJT，目前廣泛應用

于650-6500V的中高壓領域，屬于Si基功率器件領域最具發展前景的賽道。2.2

IGBT屬于功率器件領域壁壘相對較高的細分賽道IGBT產業大致可分為芯片設計、晶圓制造、模塊封裝、下游應用四個環節，其中設計環節技術突破難度略高于其他功率器

件，制造環節資本開支相對大同時更看重工藝開發，封裝環節對產品可靠性要求高，應用環節客戶驗證周期長，綜合看IGBT屬于壁壘較高的細分賽道。2.2.1

芯片設計：已迭代7代，核心是高功率密度和高穩定性。IGBT芯片由于其工作在大電流、高電壓的環境下，對可靠性要求較高，同時芯片設計需保證開通關斷、抗短路能力和導通壓降

（控制熱量）三者處于均衡狀態，芯片設計與參數調整優化十分特殊和復雜，因而對于新進入者而言研發門檻較高（看重研發

團隊的設計經驗）。應用端迭代慢于研發端。IGBT應用端迭代節奏慢于研發端，目前市場主流水平相當于英飛凌第4代。由于IGBT屬于電力電子領域的核心元器件，

客戶在導入新一代IGBT產品時同樣需經過較長的的驗證周期，且并非所有應用場景都追求極致性能，因此每一代

IGBT芯片都擁有較長的生命周期。2.2.2

晶圓制造：IGBT制造的三大難點：背板減薄、激光退火、離子注入。IGBT的正面工藝和標準BCD的LDMOS區別不大，但背面工藝要

求嚴苛（為了實現大功率化）。具體來說，背面工藝是在基于已

完成正面Device和金屬Al層的基礎上，將硅片通過機械減薄或特

殊減薄工藝（如Taiko、TemporaryBonding技術）進行減薄處理，

然后對減薄硅片進行背面離子注入，在此過程中還引入了激光退

火技術來精確控制硅片面的能量密度。特定耐壓指標的IGBT器件，芯片厚度需要減薄到100-200μm，

對于要求較高的器件，甚至需要減薄到60~80μm。當硅片厚度減

到100-200μm的量級，后續的加工處理非常困難，硅片極易破碎

和翹曲。從8寸到12寸有兩個關鍵門檻：芯片厚度從120微米降低到80微米，翹曲現象更嚴重；背面高能離子注入（氫離子注入），容易導致裂片，對設備和

工藝要求更高。2.2.3

模塊封裝：IGBT模塊重視散熱及可靠性，封裝環節附加值高。IGBT模塊在實際應用中高度重視散熱性能及產品可靠性，對模塊

封裝提出了更高要求。此外，不同下游應用對封裝技術要求存在差異，其中車規級由于工作溫度高同時還需考慮強振

動條件，其封裝要求高于工業級和消費級。設計優化、材料升級是封裝技術進化的兩個維度：設計升級方面主要是：1）采用聚對二甲苯進行封裝。聚對二甲苯具有極其優良的導電性能、耐熱性、耐候性和化學穩定

性。2）采用低溫銀燒結和瞬態液相擴散焊接。在焊接工藝方面，低溫銀燒結技術、瞬態液相擴散焊接與傳統的錫鉛合金

焊接相比，導熱性、耐熱性更好，可靠性更高。材料升級方面主要是：1）通過使用新的焊材，例如薄膜燒結、金燒結、膠水或甚至草酸銀，來提升散熱性能；2）通過

使用陶瓷散熱片來增加散熱性能；3）通過使用球形鍵合來提升散熱性能。3.

未來產業發展新趨勢是？3.1

SiC具有性能優降低損耗、小型化、耐高溫高壓。3.2

應用場景：導電型SiC主要應用于中高壓功率器件。目前

SiC功率器件主要定位于功率在

1kw-500kw之間、工作頻率在

10KHz-100MHz之間的場景，特別是一些對于能量效率和空

間尺寸要求較高的應用。3.3

行業痛點：價格遠高于Si基器件，目前仍處于普及初期盡管1990sSiC襯底就已經實現產業化，但可靠性和高成本限制了行業普及

。SiC功率器件成本遠高于Si基功率器件，成本降低驅動逐步滲透：SiC二極管：應用相對容易，和

Si基產品價格差在3~5倍（650V價格差距小于1200V產品）。在比特幣的螞蟻挖礦機

的電源中有批量的商業應用，在高效能的(數據中心)電源、

PV、充電樁中已有不少應用。SiCMOSFET

：應用相對較難（如過快的開關帶來高

dv/dt問題），和

Si基產品價格差在6~8倍（1200V產品價格差

小于650V產品），在

PV逆變器、充電樁、電動汽車充電與驅動、電力電子變壓器等逐步開始應用。3.4

空間：18年SiC器件需求約4億$，預計10年35倍擴張。根據Omdia數據，2018年碳化硅功率器件市場規模約3.9億美元。預計到2027年碳化硅功率器件的市場規模將超過100億美

元，對應9年CAGR為43%。驅動力包括：需求端：1）特斯拉引領下，新能源汽車逐步開始使用SiCMOSFET，拉動龐大需求（我們預計是最大也是最重要的市場），

2）電力設備等領域的帶動。供給端：1）產品技術升級，SiC襯底尺寸從4寸轉向6寸，再向8寸升級；2）產能擴張后產生規模效應。3.5

電動車：SiC優點在于可降低綜合成本直接成本增加：在逆變器中用SiCMOS替換IGBT，會增加約1~200美金的器件成本。其他成本降低：1）SiC可使控制器效率提升

2%~8，進而降低電池成本。根據CASA，電動車每百公里電耗減少1kWh，電池

成本節約1500元（反之，同樣的電池成本續航能力更強）。

2）由于高頻特性，配套的變壓器、電感等磁性元件成本降低（電

感成本與頻率成反比）。3）逆變器體積減小，降低其他材料成本。4）低功耗、高工作結溫降低散熱要求。電池容量更大的高端車型或電動大巴車，更容易率先引入SiCMOSFET。3.6

產業鏈條：關鍵為襯底＋外延，約占器件成本的70%制備需多道工藝，其中襯底和外延生長最關鍵。SiC器件的制備過程為：將SiC籽晶置于生長爐中制備晶體，通過切磨拋數道工

藝將其加工成SiC晶片作為襯底，后續在襯底基礎上生長SiC外延或是GaN外延，最終經歷IC設計、制造、封測三個環節形成相

應器件。襯底制備難度最高，疊加外延后構成70%器件成本。SiC襯底的長晶溫度需要2500℃，高溫下的熱場控制和均勻度控制難度極

高，非平衡態合成過程容易產生晶體缺陷，同時其制備過程緩慢（主流氣相法需要3-4天），進而導致襯底的制備困難且高成

本，襯底（47%）和外延（23%）占器件總價值的70%。3.7

產業格局：西方壟斷襯底市