功率器件是新能源车半导体的核心组成,是价值量提升的关键赛道。功率半导体器件也叫电力电子器件,大多数使用状态为导通和阻断两种工作特性,主要用于电流电压的变换与调控。近 20 年来各个领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格,MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流,多个 IGBT 可以集成为 IPM 模块,用于大电流和大电压的环境, 其中新能源车对于功率器件的电压、频率、损耗、可靠性、耐高温特性要求较高。随着新能源汽车的发展,对功率器件需求量日益增加,对其性能要求也持续提升,新能源车 未来将成为功率半导体器件新的增长点。
新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括电机驱动系统、车载充电系统 (OBC)、电源转换系统(车载 DC/DC)和非车载充电桩,每个部件都需要大量的功率 半导体对电流电压进行控制。据 Strategy Analytics,纯电动汽车中功率半导体占汽车半 导体总成本比重约为 55%,远超传统能源汽车的 21%。
新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰 化,带动功率半导体市场快速增长。根据 IHS Markit 预测,2018 年全球功率器件市场 规模约为 391 亿美元,预计至 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元,2018~2021 年 复合增速为 4.09%。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善,技术也正在取得突破, 同时,中国也是全球最大的功率半导体消费国,2018 年市场需求规模达到 138 亿美元, 增速为 9.5%,占全球需求比例高达 35%。IHS Markit 预计未来中国功率半导体将继续 保持较高速度增长,2021 年市场规模有望达到 159 亿美元,2018~2021 年复合增速达 4.83%。 据英飞凌预估,48V/轻混合动力汽车、插电式、混合动力或纯电动车功率半导体价值量 未来有望达 90 美元/台、330 美元/台,以其预计 2030 年全球约 0.27 亿台 48V/轻混合 动力汽车、0.32 亿台插电式、混合动力及纯电动车计算,车载功率半导体市场空间便达 130.17 亿美元。
新能源车带动功率半导体市场需求快速扩容,SiC 功率器件或迎替代机遇。SiC 材料拥 有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性,SiC 基的 SBD 以 及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中工作。
在功率等级 相同的条件下,采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化,满足功率密度更高、设计 更紧凑的需求,同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书,美国特斯拉公司的 Model3 车型便采用了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器,是第一家在 主逆变器中集成全 SiC 功率器件的汽车厂商;目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车载 充电系统中使用 SiC 功率器件;此外,SiC 器件应用于新能源汽车充电桩,可以减小充电桩体积,提高充电速度。据 Yole,2018 年全球车载 SiC 功率器件的市场空间为 4.2 亿美元,预计到 2024 年市场空间可以达到 19.3 亿美元,对应 2018-2024 年复合增速 达到 29%。