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我国《新能源汽车产业发展规划(—年)》提出新能源汽车发展愿景,计划到年,国内新能源汽车渗透率达到20%。国际上,欧洲多国二氧化碳限排政策,新能源汽车补贴政策双管齐下,以应对全球气候变暖的压力,汽车电动化路线愈加明显。在欧盟,ACEA汽车温室气体排放协议规定,到年以前,汽车二氧化碳排放量需低于每公里59克。根据英飞凌测算,欧盟新能源汽车渗透率将在达到40%。
电动化带动功率半导体单车价值大幅提升,纯电车用功率半导体ASP达美元是传统燃油车的4.6倍。以电力系统作为动力源的新能源汽车,对电子元器件功率管理,功率转换能力提出了更高的要求。在传统汽车中,功率半导体主要应用于车辆启动,发电和安全领域,低压低功率电子元器件即可满足其工作需求。而在新能源汽车中,电池输出的高电压需要进行频繁的电压变换,电流逆变,这些电路大幅提高了汽车对IGBT、MOSFET等功率半导体的需求。根据英飞凌数据,传统燃油车中,功率半导体含量为71美元,全插混/纯电池电动车中,功率半导体价值量为美元,是传统燃油车的4.6倍。
根据Yole预计,年全球功率半导体市场规模将达到亿美元。智研咨询统计年全球功率半导体市场中汽车领域占比35.4%,假设该比例维持不变,则预计年全球汽车功率半导体市场规模将达到79.65亿美元。
随着新能源汽车渗透率的逐步提高,作为新能源汽车重要配套设施的充电桩数量也需要同步提升。根据麦肯锡统计,年中美欧新能源汽车充电需求约为亿千瓦时,预计到年,新能源汽车充电需求量将达到亿千瓦时,年复合增速31.2%。新能源汽车充电设施需求的快速增长,也将带动充电桩关键零部件IGBT用量的大幅提升。
根据麦肯锡预计,中国、美国、欧盟三个地区需要在-十年间分别投入亿/亿/亿美元资金建设新能源汽车充电桩万/万/万座,用以填补新能源汽车充电需求缺口。单个充电桩中,IGBT占总成本比例约20%.。由此可以推算出,未来十年中美欧新能源汽车充电桩用IGBT市场将有94亿美元增量空间。
IGBT在汽车内有四种不同应用,第一是主逆变器核心器件,主逆变器将电池输出的直流电逆变为交流电驱动汽车电机;第二应用在辅助逆变电路中,用来为其他汽车电子供电;第三应用在DC/DC直流斩波电路中,用来输出电压不同的电流;第四应用在OBC(充电/逆变)中,将外部输入的交流电逆变为直流电为新能源汽车电池充电。在电动化程度较低的汽车中,由于其电池输出电压低,功率器件工作的功率范围不高,可以用MOSFET替代辅助逆变电路、DC/DC直流斩波电路、OBC中的IGBT,以达到控制成本的目的。
IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的缩写,即绝缘栅极双极型晶体管。它是BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件,集合了MOSFET开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小和BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。在新能源汽车中,IGBT模块主要用于大功率逆变器,以逆变直流电为交流电从而驱动汽车电机;还用于辅助功率逆变器,为车载空调等汽车电子设备供电。
IGBT按照不同应用环境,可分为IGBT单管,IGBT模块和IPM智能模块。IGBT单管是N沟道增强型绝缘栅双极晶体管,通过向PNP型晶体管提供基极电流,导通整个电路。由于其适用电流较小,通常在A以下,适用功率较低。但IGBT单管外部电路复杂,封装难度高,能体现IGBT制造商技术、工艺水平。IGBT模块是由IGBT芯片与FWD(快速回复二极管)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,多芯片通过绝缘方式并联集成封装在模块中,其安全性、可靠性得到有效提升,更适合在高压大电流场景中工作。IPM智能模块是将IGBT器件与驱动电路、保护电路集成在一个模块上,由于其具有自我电路诊断、保护的功能,相比普通IGBT模块更智能化,常用于变频家电中。
根据Yole数据,年全球新能源汽车IGBT市场规模为6亿美元。EVSalesBlog数据公布年全球插电式混合动力汽车和纯电池电动车的销量约为万辆,由此可推算出IGBT单车平均价值量为美元(占单车功率半导体价值量83%),考虑到目前全球半导体晶圆代工产能紧张,预计今年新能源汽车功率半导体价格仍将保持在较高水平,且未来单车价值将随着电动化趋势及双电机渗透率的增加逐步提升,乘以EVtank给出的未来各年全球新能源汽车的销量预测,预计全球新能源汽车IGBT市场规模将从年约6亿增长至年44亿美元,复合增速约48.8%。
据Omdia年统计数据显示,全球IGBT模块前十大供应商占据市场份额的75.6%,市场格局集中,竞争格局较好。根据NE时代数据,年中国共装配万套车用IGBT模块,其中英飞凌以62.8万套装配数量占据了58.2%的份额,处于市场领先地位。比亚迪微电子排名第二,共装配19.4万套,份额占比为18%。三菱电机、赛米控分列第三、第四,份额为5.2%和3%。斯达半导位列第五,份额占比为1.6%。另一家国内厂商中车时代电气位列第九,份额占比为0.8%。年新能源汽车IGBT模块前4大厂商份额合计81.4%,呈现寡头垄断格局。而国内厂商仅有比亚迪微电子、斯达半导及中车时代电气三家企业入围市场份额TOP10,占比20.4%,国产化率较低。
从电压覆盖看,国产企业IGBT产品线覆盖日趋完善。国内厂商斯达半导目前拥有国内最全面的IGBT模块产品线之一,广泛覆盖高压(0V)至中低压(V)的应用领域;中车时代电器则以高铁、动车等细分领域为主,目前主要在V以上高压领域具备一定竞争力。英飞凌的产品完整覆盖了下游全电压等级应用领域,ABB则主要面向高压和最高电压等级产品。整体看来,内资企业IGBT产品覆盖低压至高压的全市场,低压领域布局较为完善,但与国外厂商相比,我国功率分立器件在高压领域仍需加强。
年中国新车销量达万辆,约占全球新车销量的28.5%,是全球最大的汽车消费市场。虽然我国目前汽车保有量超过2.6亿量,但人均汽车保有量与发达国家仍有较大差距。根据世界银行数据显示,年我国人均汽车保有量为0.辆;美国为0.辆,是中国的4.8倍;日本为0.量,是中国的3.4倍,预计未来中国汽车销量仍将持续提升。广大的汽车消费市场为我国IGBT企业的发展提供了广阔空间,奠定了良好的发展基础。
燃油车方面,我国由于起步较晚,在传统燃油汽车行业竞争力偏弱,年前三季度我国乘用车销量万辆,其中国产品牌乘用车销量占比仅约36%。而在新能源汽车行业,我国抢抓布局,已建立起不俗的技术、市场优势。年前三季度,中国新能源乘用车销量62万辆,其中自主品牌/造车新势力/外资合资厂商占比分别为55%、15%、30%,国内厂商占比合计达到70%,较传统燃油车提升明显。未来随着新能源汽车渗透率的逐步提升,预计国内汽车厂商的市场份额也将随之提升,迎来弯道超车。在贸易摩擦加剧背景下,国内新能源厂商出于供应链安全考虑,预计将更多使用国产IGBT,带动国产IGBT份额提升。
与国外竞争对手相比,国内IGBT厂商与汽车厂商的沟通成本低,供货速度快,服务能力强,能够快速响应下游客户需求,具有快速响应的优势。此外,国内功率半导体厂商还具有高性价比优势以及较低的物流和人工成本,契合新能源汽车厂商提升渗透率、市占率要求下的降本增效需求。
斯达半导
深耕IGBT十五年,IGBT技术处于行业领先地位。公司在IGBT技术中深耕多年,打破了欧美日功率半导体巨头在IGBT技术、市场领域的垄断局面,开发出覆盖了V-0V电压等级、10A-3A电流等级的余款IGBT模块产品,成为目前国内IGBT模块型号最齐全的厂商,可以为工控变频、电动车、新能源发电、变频家电等下游应用领域提供定制化服务。为提升毛利率,公司持续投入IGBT芯片研发以提升芯片自给率,降低芯片外购成本。根据公司招股说明书数据,芯片自给率从年35.7%提升到了年54.1%,未来有望进一步得到提升。
受益国产替代,工业控制IGBT市场份额有望提升。根据中国产业信息网,年中国工业控制IGBT市场规模为32.38亿元,年斯达半导工业控制领域收入5.26亿元,市占率16.24%。受到中美贸易摩擦冲击供应链安全影响,预计IGBT国产替代进程将进一步加速。斯达半导在工业控制IGBT领域布局早,并且可以向客户提供成熟的高、中、低压变频器全套解决方案,预计公司在工业控制IGBT的市场份额将得到提升。
新能源车高速增长,带来IGBT量价齐升。年公司成功量产FS-TrenchIGBT模块,成为了国内少数可大规模生产车规级IGBT模块的厂商,年共为16万辆新能源汽车装配FS-TrenchIGBT模块,约占国内市场份额13%。目前公司主要为国产A级、A00级汽车装配IGBT模块,单机价值量较低。随着未来公司产品竞争力的提高,市占率将进一步提升,产品也将逐步导入到B/C级高端轿车,车用IGBT模块将迎来量价齐升。
布局车规级SiC模组,进一步开拓新能源汽车市场。年,公司与CREE合作开发VSiC模块已通过宇通客车认证,预计将于年开始装配。年12月18日公司发布公告将投资2.29亿元建设年产8万颗车规级SiC模组产业化项目,继续加大新能源汽车领域投入。
中车时代电气
国内轨交装备电气系统龙头。株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车二级子公司,是我国轨道交通行业内具有领导地位的牵引变流系统供应商。公司坚持以技术研发为核心,在“同心多元化”战略指导下,从轨道交通业务出发,布局功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备等领域,打造新的业绩增长点。
以轨交IGBT为切入口,逐步打开新能源汽车、电网IGBT市场。公司IGBT产品定位于高端电力电子行业,目前已经实现V-0V全电压范围覆盖,是国内唯一自主掌握高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业。年,有公司自主研发的IGBT变流器首次走向海外,取得了印度辆机车的订单,公司IGBT技术受到国际市场的认可;在输配电领域,公司生产的IGBT已经应用于乌东德工程、厦门柔直、渝鄂柔直、苏南STATCOM、江苏UPFC等多个项目,随着公司电网IGBT技术的成熟,未来将获得更多订单;在新能源汽车领域,公司目前已经在向长安、江淮、一汽供应IGBT,产品主要由年6月竣工投产的8英寸IGBT晶圆生产线(一期)生产,该产线年产量为12万片。由公司建设的国内首条8英寸车规级IGBT芯片生产线(二期)也于年9月26日下线,年产量达60万片,这将为公司进一步打开新能源汽车IGBT市场。
闻泰科技
全球ODM龙头企业,收购安世半导体进军半导体行业。闻泰科技是全球领先的ODM制造商,从事移动终端、智能硬件等产品的研发、制造业务。至年通过收购安世半导体股权,实现对安世的控股,进入半导体领域。
受益5G浪潮,ODM迎来业绩增长。公司是全球手机ODM龙头,年出货1.13亿台,占全球市场27.6%的份额。年,各大手机厂商密集推出新款5G机型,12月5G手机销量占比达到68.4%。作为已率先布局5G的行业龙头,闻泰科技将在5G手机渗透逐步提升的过程中充分受益。
安世半导体汽车业务有望为公司带来丰厚业绩。汽车是安世半导体产品最大的下游应用领域,年安世实现收入亿元,其中汽车板块业务收入43亿元,占比42%。对于车规级半导体产品,产品本身的可靠性与供应的稳定性是客户的核心需求。安世半导体在汽车领域已通过ACE-Q和Q两项汽车标准认证测试,产品受到博世、比亚迪、大陆、德尔福、电装等客户的认可,建立了长期的合作关系,构筑成强生态壁垒。随着未来汽车电动化程度加深,新能源汽车渗透率提高,汽车半导体将迎来量价齐升,安世半导体汽车业务有望为公司增厚业绩。
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