汽车芯片碳化硅行业分析

汽车行业电气化，智能化等“ 新四化”成为车载半导体行业快速增长的核心驱动力 。根据麦肯锡数据统计，预计2025年国内汽车半导体行业规模将达到180亿美元; 到2030 年该市场规模将达到290 亿美元。智能化方面，L3及以上高阶自动驾驶汽车的车载半导体规模占比预计将从2025年的27.8% ( 50 亿美元) 提升至2030年的44.8%( 130 亿美元)。电动化方面，随着新能源汽车渗透率的快速提升，“三电系统”将成为重要动力系统之一，进而带来汽车电子零部件成本在整车成本中的比例进一步加重。目前，车规级芯片在传统汽车中的成本约为2300元/车，在新能源汽车中的成本约为4600元/车。在整车结构向电动化、智能化发展的进程中，计算、传感、控制等单元由分布式逐渐转向中央计算式，将导致汽车芯片在类型、数量和价格的占比进一步提高。预计到2025年，平均每辆新能源汽车芯片成本上升至8000 元，2030 年上至15000 元，2025 年国内车规级芯片市场规模达1323 亿元，2030 年将达到 3442 亿元，存在巨大市场潜力[9]。
而从技术创新的角度上观察行业发展，汽车半导体行业中最值得期待技术创新的还是碳化硅SiC芯片的发展前景。据表（2-1），第三代半导体材料碳化硅的整体高温高压性能远高于传统硅基芯片。碳化硅芯片在可以在200度以上的环境下运行，而硅基芯片的极限是150度，非常适合在新能源汽车电驱上的应用。



高频开关能力更强，损耗更低

数据来源：碳化硅ＭＯＳＦＥＴ芯片并联电气特性及其调控方法研究 [10]

全新的半导体材料正在推动SiC/GaN芯片革命，碳化硅（SiC）的渗透率在2023年电动车的渗透率约15%（特斯拉 、比亚迪 引领），到2025年或达35%。未来国产碳化硅芯片厂商的成本将继续下降，天岳先进 、Wolfspeed 的8英寸SiC晶圆量产将推动成本下降30%。而氮化镓（GaN）在车载OBC（充电机）中GaN渗透率超20%（如小鹏G9）
第三代半导体芯片需求快速增长的原因为而且当下新能源汽车为了缩短新能源汽车的充电时间，提升能源使用效率，现在新能源汽车的电压平台基本都从前期的400V提升至800V左右，但是硅基芯片在高电压境下，容易损坏。因此碳化硅芯片依靠着他优秀的性能逐步开始替代常规硅基芯片。具体到汽车零件的应用上，主要有两部分，首先是电驱系统（主逆变器），他的功能是将动力电池的直流电（DC）转换为驱动电机的交流电（AC）。
碳化硅芯片优势：1，效率提升：相比传统硅基IGBT，SiC MOSFET开关损耗降低70%-80%，逆变器效率从95%提升至98%以上（如特斯拉Model 3后驱版采用SiC逆变器，续航提升5%-10%）。2，体积缩小：高频特性允许使用更小的电感与电容，电驱系统体积减少30%。3，耐高温：工作温度可达200℃以上，减少散热需求，简化冷却系统。
其次是车载充电机（OBC），他的功能主要是将电网交流电（AC）转换为直流电（DC）为电池充电。碳化硅芯片的优势是加快充电速度，可以支持更高开关频率（100kHz以上），实现22kW大功率快充（硅基OBC通常为6.6kW）。并且可以实现轻量化，功率密度提升50%，助力车辆减重。
随着新能源汽车的电压平台不断地提升，从400V逐渐提升到了800-1000v，碳化硅芯片较于普通硅基芯片在未来有极大的应用前景。
但是全球第三代半导体技术被英飞凌，安森美等国外企业技术垄断，三安光电 预计国产碳化硅芯片的市场占有率只有不到10%[11]，这种严重以来国外市场产品的行为非常的危险，因此后期中国政府一定会全力支持国产替代，全力帮助国产碳化硅芯片的发展，以保证供应链的安全和稳定，也保证中国新能源 汽车的平稳发展。
因此国产碳化硅芯片面对的是3重市场增长机会，首先，是国产碳化硅替代率和市场占有率的快速提升，其次是碳化硅芯片在新能源汽车中使用量的继续提升，最后是新能源汽车在未来市场份额继续快速的上涨。