汽车领域中使用功率器件的广泛应用包括电机驱动、DC-DC变换、充电/逆变以及电空调驱动等。无论是高压器件还是低压器件，在满足需求时都需要使用到IGBT或者MOSFET。除了插电和纯电动汽车，轻混和强混系统也需要这些功率器件。目前，在电动汽车中，主要使用的功率器件仍以IGBT为主。在过去的5年里，IGBT主要应用于传统行业，而新能源汽车则是IGBT应用的全新领域，在2013年之前使用甚少。未来IGBT需求的增长点不仅来自于传统行业的一小部分，更多地来自于新能源汽车的增长。同时，MOSFET和IGBT是主流的功率分立器件。
一、广泛应用于下游领域，以新能源汽车为主
作为电能转化和电路控制的核心器件，功率器件广泛应用于各个下游领域，包括新能源（风电、光伏、储能和电动汽车）、消费电子、智能电网、轨道交通等。根据不同领域对性能要求的差异（频率、电压、损耗等），选择不同类型的功率器件。从下游应用划分来看，汽车领域占据40%的份额，其次是工业占27%，消费电子占13%，其他领域（如通讯、计算机等）占20%。功率器件在汽车和工业领域的应用较为广泛，需求也更为稳定，而在消费领域的应用相对较少。
二、IGBT、SiC模块和MOS是主要增长点
根据Yole的数据，2021年全球功率半导体器件市场约为175亿美元，预计到2026年将增长至262亿美元，复合增速达到6.9%。其中，IGBT模块、SiC模块、MOSFET和GaN产品将是增长最快的部分。
具体而言，硅基MOS市场规模预计从2021年的75亿美元增长至2026年的94亿美元，复合增速为3.8%；IGBT市场规模预计从54亿美元增长至2026年的84亿美元，复合增速为7.5%；SiC模块市场规模预计从2020年的5亿美元以下增长至2026年的20亿美元以上。而这些硅基MOS、IGBT和SiC模块的增长主要来自于电动车和工业（主要是光伏、风电和储能）领域的驱动需求。
三、电动化和高压化带来车用功率器件价值量的大幅提升
电动化是推动车用功率器件需求快速增长的主要因素。所有汽车都需要配备12V电平系统，而在2011年，欧洲汽车制造商联合推出了48V轻混系统，以满足不断增长的车载负载需求和排放法规的要求。而在新能源汽车领域，为了满足高功率动力需求，引入了400V（或更高电压）的电气平台，这就带来了对大量功率器件的需求。
在新能源汽车中，新增功率器件主要用于主驱逆变器、车载充电机（OBC）、直流-直流变换器（DC-DC）等动力系统零部件。此外，在热管理系统中，PTC加热器、压缩机、水泵和油泵等也需要功率器件来驱动。另外，充电桩也需要大量功率器件的支持。不同功率级别对应着不同类型的功率器件选择。
传统燃油车的功率器件价值量约为70美元，而插电混动车和纯电动车由于新增的功率器件具有高压和大功率的特点，其功率器件的价值量显著提升。根据英飞凌的估算，纯电动和插电混动汽车的半导体价值量为834美元，其中增量438美元中的330美元来自于功率器件。特别是在全球市场，尤其是欧洲地区，48V混动系统仍然具有一定的市场份额，其176美元的增量中有90美元来自于功率器件。
另一个新趋势是高压化，即将目前400V的电气平台升级至800V。高压化可以缩短充电时间、提高电气平台效率，并降低整车重量。其中，加快充电速度以减轻里程焦虑是让下游客户选择高压平台的主要驱动因素之一。根据保时捷的估算，在续航里程为400公里的条件下，800V平台可以将充电时间从29分钟缩短至19分钟，从而大幅减少用户在充电站等待的时间。
目前，国内的新能源汽车制造商、传统整车厂和海外平台都在跟进高压化趋势。高压电气平台对使用的电力电子设备提出了更高的要求，因此其中的功率器件也需要全面升级。除了动力电池和BMS需要提升之外，高压电路中的主驱逆变器、OBC、DC-DC以及电空调中的功率器件都需要升级为更高耐压型号，这也将提升单车的价值。
四、功率半导体供需分析
功率器件的需求将持续高速增长。全球新能源行业的快速扩张将推动功率器件需求的迅猛增长。根据我们的估算，到2025年，国内IGBT市场规模有望达到591亿元人民币，5年复合年增长率将达到23%。其中，新能源汽车、光伏、风电和储能等领域将成为主要的需求增长驱动因素。下游需求的持续高速增长将带动功率器件市场的繁荣，厂商的业绩也将持续增长。
目前，国内功率器件的国产化率仅为22%，并且高端产品的国产化率更低。根据我们的统计，2021年国内主要功率器件上市公司的相关收入仅占国内功率器件总市场的22%。此外，目前国内功率器件市场以二极管、晶闸管等低端产品为主，而高端产品如IGBT、碳化硅等的国产化率更低。然而，随着国内厂商在高性能功率器件领域不断努力，他们的产品性能、可靠性和稳定性已经具备了与海外一线龙头企业相媲美的能力。随着未来下游需求的持续增长，功率器件国产化率有望进一步提升。
目前，国内厂商正在经历几个重要变化：（1）产品品类正从二极管、晶闸管和平面型MOS向性能更优越的超结、屏蔽栅MOS等升级，同时加快布局IGBT、碳化硅等高端产品；（2）新能源行业在下游需求结构中的比重迅速提升，推动厂商营收增速和毛利率进一步提升；（3）晶圆生产线从6寸升级到8寸，再到12寸，推动产品性能和成本优势进一步提升。行业景气度持续高涨，交货期和产品价格均保持较高水平。根据2022年第一季度的情况，海外龙头厂商英飞凌和意法半导体先后发布了涨价函，富昌电子的数据显示，海外功率器件供应商的交货期环比普遍增加10-20周以上，最长达到52周，平均交货期为疫情以来的最高水平。从整个2022年来看，国内新能源汽车、光伏等领域对功率器件的需求仍将供不应求，行业景气度有望持续增长。
目前，碳化硅器件的成本较高。但随着其在产业应用中的推广和成熟，其成本必然会下降。此外，随着系统效率的提升，在相同续航里程的情况下可以减少电池的使用，从而减轻车身重量，进而提高续航里程。综合考虑，当碳化硅模块的成本达到当前IGBT成本的两倍左右时，采用碳化硅的整车成本将不逊于IGBT。在高续航里程的汽车上，碳化硅的优势更为明显。
我国的新能源汽车正处于快速增长阶段。在行业中，人们普遍认为电池是新能源汽车技术的瓶颈，而充电设施则是运营的瓶颈。然而，对于电机驱动、控制系统以及充电系统中的新技术，我们的认识还不足。在清洁汽车的电力电子技术领域，许多技术仍处于产业链的空白之中，而建立在现代功率半导体（如IGBT和MOSFET等）基础上的电子电路、芯片和模块几乎全部依赖进口。
目前，第三代宽禁带功率半导体代表的碳化硅和氮化镓等材料在新能源汽车上的应用被视为未来的发展趋势。然而，我国在这方面的研发与应用明显落后于国外。因此，希望业界能够重视这一技术发展趋势，并适时进行超前研发。我们可以首先从功率器件的应用着手，逐步推动第三代半导体上游产业链的发展。
关键词：罗姆功率器件
