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功率半导体MOSFET：国产替代全球份额已占10%

科技 09-16 来源：蓝色起源Q

来源：国信证券

智能化与电动化双轮驱动汽车 MOSFET大有可为

硅基 MOSFET：汽车功率半导体的基石

在传统燃油汽车中，中低压 MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）已广泛应用于车中电动功能的区域，是传统汽车功率器件的主要部分，单车用量约100个。

随汽车电动化开启，电能取代燃油成为汽车驱动的能量来源，汽车能量流发生变化。新能源汽车不再使用汽油发动机、油箱或变速器，“三电系统”即电池、电机、电控系统取而代之；相应地，实现能量转换的核心器件——功率半导体含量大大增加。其中，中高压 MOEFET开始广泛应用于汽车的DC-DC、OBC等中压电动部分以协助完成电能的转换与传输，单车平均用量提升至200个以上；此外，随着汽车智能化发展，ADAS、安全、信息娱乐等功能均需使用MOSFET，根据英飞凌数据，未来中高端车型中MOSFET单车用量将有望增至400个。

MOSFET可通过控制电压实现电路的“导通”或“关断”，最终对电流与电压实现调控，是一个快速的“电子开关”。以平面型MOSFET为例，通过控制漏极和源极、栅极与源极之间的电压，可使得电子在器件中形成“沟道”，实现器件的导通；通过调节电压的大小可以控制导通电流大小。最终，通过“开”与“关”的切换，配合其他元器件，实现直流电与交流电、电流频率、电压高低等状态的切换。因此，降低器件电流传输过程中的损耗（如导通电阻）以提升电能的转换效率是MOSFET器件技术演进的主要驱动力。

由于下游应用对耐受电压、开关频率、导通电阻等器件性能要求不同，MOSFET器件发展出了平面型、沟槽型及超级结等不同结构。平面型 MOSFET结构由于芯片面积大（耐压高）且工艺简单，可应用于对中小电流的场景；而沟槽型MOSFET相比平面型MOSFET缩短了电流的导通路径（消除了J-FET电阻），在低压高电流的场景中被广泛应用；在此基础上，为进一步提升沟槽栅结构耐压能力与导通性能，将电场强度均匀化且用低阻N层设计的超级结MOSFET（SJ-MOS）出现，并广泛应用于中高压大电流的电源场景中。

MOSFET为汽车电能传输的主要器件

1、智能化应用：

ADAS：安全管理、域控制系统、泊车系统；

车身电子：车身电源、中控系统、温度控制、网关系统、智能门锁、照明系统；

底盘与安全：悬挂系统、电子辅助转向系统、安全气囊、驻车及防抱死制动系统；

信息娱乐系统：显示控制、音频、仪表盘、娱乐功能、远程信息处理。u

2、电动化应用（传统汽车与新能源汽车不同）

传统燃油汽车：发动机与变速箱管理、内燃机辅助系统、启停系统；

新能源汽车：DC-DC电源、车载充电器

MOSFET在传统汽车中已广泛使用，单车使用量近100个。在传统汽车中，从关键的电控动力转向系统(EPS)、电动制动和喷射系统到加热、通风系统、座椅调节都需要用到 MOSFET。以 EPS为例，系统需要 8个40V MOSFET，6个配合电机完成转向功能，2个配合电源管理芯片（PMIC)实现电路安全断开功能。

汽车智能化是未来中低压MOSFET器件的拓展方向。随着汽车智能化发展，ADAS、安全、信息娱乐等功能需 MOSFET 作为电能转换基础器件支撑数字、模拟等芯片完成功能实现。以EPS系统为例，随着对安全性要求的提升，系统要求增加失效可操作（Fail-Operational）功能，即增加一套冗余系统作为备用，在发生罕见故障时EPS仍可保持工作；相应地，MOSFET 用量由8个增加至22个。

超结 MOSFET是汽车电动化后的动力总成部分的新增器件类型，主要应用于 DC-DC电源与车载充电器（OBC）中。在动力总成部分，汽车电动化后以电制动的方式使得动力相关的电源如 DC-DC、车载充电器以及逆变器等功率提升，需要适用于中高压大电流的超结 MOSFET、IGBT、SiC MOSFET 器件及模块完成电能的高效转换。以华润微提供的汽车MOSFET应用参考为例，在新能源汽车车载充电器部分需增加16个超结MOSFET。

新能源汽车OBC、HV-LV DC-DC中650V以上超结 MOSFET 被大量选用。在新能源汽车中车载充电器OBC主要利用交流电网提供的电能为高压动力蓄电池充电、HV LV DC-DC电源转化器则是将汽车的高压区和低压区连接在一起。根据汽车动力等级与电池大小不同，OBC\DC-DC 电源的器件对应电压大致分为 650V、1200V。650V 器件以超结 MOSFET为主，以英飞凌方案为例，在OBC方案中超结 MOSFET用量可拓展至 20个，DC-DC中约需8个以上。

MOSFET主驱动方案广泛应用于30KW以下的A00级车中。主驱动功率在20-30kW范围的纯电动 A00 级车其电机控制器对功率器件要求与车载充电器相近，MOSFET作为低成本方案被选用。目前MOSFET主驱动方案在我国新能源乘用车市场渗透率近 15%，代表品牌为北汽制造、昌河、奇瑞、五菱、小虎、凌宝、新特、海马、知豆、雷丁、东风风光、荣威、领途、东风风神、众泰、朋克、宝骏、思皓等。

汽车智能化与电动化驱动 MOSFET市场增长

全球 MOSFET 器件市场 2026 年将增至 89亿美元，其中汽车应用占30%；全球汽车功率器件市场将增至108亿美元，MOSFET占比约 25%。结合 Omdia与Yole 数据，预计 2020-2026 年全球 MOSFET 市场将从 74 亿美元增至 89 亿美元，受益于汽车智能化、电动化，汽车应用占比从 25%增加至 30%。

2020-2026 年全球汽车（含燃油车）功率器件市场将从48亿美元增至108亿美元(CAGR14.4.%)，其中汽车MOSFET单管及模块市场将从18.3亿美金增至 26.7亿美元 (CAGR6.5%)，IGBT、SiC 等器件主要应用于新能源汽车，相对增速较快。

中国MOSFET厂商迎发展机遇

我国MOSFET器件已有基础，汽车缺芯加速车规级MOSFET国产替代。一方面，全球 MOSFET器件厂商前十名中我国厂商占比从 2018年3.8%提升至2020年10%，已有良好的产业基础；另一方面，瑞萨为代表的大厂逐步退出中低压 MOSFET部分市场， 2020年后疫情带来汽车芯片供需错配，我国新能源汽车加速发展，汽车功率器件供应缺口拉大。在供给优化与需求增加的双重驱动下，国产车规级功率器件厂商开始加速进入汽车供应链。

超级结与高压端MOSFET国产化率较低，国产替代仍有较大空间。根据芯谋研究数据，2021年中国 MOSFET市场国产化率达到30.5%，然而超级结国产化率仅18.1%，高压及超高压国产化率均小于30%。超级结 MOSFET及高压 MOS作为汽车 MOSFET的主要增量市场，仍为国内厂商未来发力的重要方向。