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2018年中国石英晶体谐振器行业各类别产量占比及发展趋势分析(图)


       一、全新应用场景,打开行业增长空间

       晶振为数字电路系统提供基本的时钟信号,在数字电路中不可或缺,被称之为信息产业之盐;也有人称之为数字电路的心脏,是心跳发生器。晶振主要功能性材料是二氧化硅(SiO2)结晶体,二氧化硅形态规则、晶莹、透明,因此也被称为“水晶”。水晶材料作为机械能和电能的转换元件,经过切割、打磨等精密工序加工制成晶片后,在其两端镀上金属电极,在电流作用下由于逆压电效应便产生谐振,从而在特定的条件下具有固定的振动频率。水晶材料还具备一定的温度特性、老化特性和频谱特性,当外加电压的频率与水晶材料固有的频率完全一致时,电路中的电流便达到最大,体现了其谐振特性。

图表:水晶形态
 

图表来源:公开资料整理

       石英晶体元器件行业的发展迄今为止大致经历了四个阶段:启蒙期(1880-1939)、开发期(1940-1969)、发展期(1970-1989)、快速发展期(1990-至今)。早在1880年就发现了水晶的压电现象(电气特性),1922年发明了石英晶体振荡器。上世纪六、七十年代以来,随着世界电子科技水平的迅猛发展,世界石英晶体谐振器市场迎来了持续快速的增长。作为标准频率源或脉冲信号源,石英晶体谐振器提供了高精度的频率基准,逐步由高端军用电子设备应用拓展到民用电子产品的广阔领域中,被广泛的应用于消费类电子产品、小型电子类产品、资讯设备、移动终端、网络设备和汽车等领域,成为电子工业的基础元器件。基于其优良的特性和低成本的优势,石英晶体在未来较长的时期内是其他元器件所难以替代的。20世纪90年代至今,数字电子技术的发展,现代社会进入信息时代。在市场强劲需求的推动下,石英晶体元器件行业获得迅猛发展和成长,石英晶体应用领域得到进一步拓展。

图表:石英晶体元器件行业的发展历程
 

图表来源:公开资料整理

       二、无源晶振产量占主导

       晶振分为有源晶振和无源晶振。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,有两个引脚,没有所谓的正负极,又称石英晶体谐振器(crystal)。部分无源晶振也有四个引脚,但其中2脚是对角线相连的且与外壳相通,只起焊接固定作用,因此只有两个引脚有效。有源晶振又称石英晶体振荡器(oscillator),是一个完整的谐振振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大;一般有四个引脚,通常的接法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。

图表:石英晶体元器件分类
 

图表来源:公开资料整理

       有源晶振在稳定度等方面好于无源晶振,主要应用在精密测量、无线基站等领域,但有源晶振的信号电压是固定的,需要选择好合适输出电压,灵活性较差,而且价格高。有源晶振按功能和实现技术的不同,又可分为温度补偿晶振(TCXO)、压控晶振(VCXO)、普通晶振
(XO)、恒温晶振(OCXO)。

图表:有源晶振分类、特点、应用及频率范围
 

图表来源:公开资料整理

       无源晶振没有电压的问题,信号电平是可变的,由起振电路来决定的,相对于有源晶振其信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路,更换不同频率的晶体时,周边配置电路需要做相应的调整。但由于成本低、适应多种电压等特点,在市场中占据较大份额。2013年全球晶体振荡器器件市场中,无源晶振产量占约89%,有源晶体占比仅10%左右,但单个有源晶振价值量要高于无源晶振。

图表:晶体振荡器类别产量占比
 

图表来源:公开资料整理

       三、晶振的封装结构,SMD是占主导

       按封装方式不同,石英晶体谐振器可分为DIP(dual inline-pin package,双列直插式封装技术)和SMD(Surface Mounted Devices,表面贴装器件)两大类。DIP晶振主要应用领域为个人电脑、家用电器、电子玩具、石英钟表、各型计时器件等,以上终端产品提供给微型元器件的安装空间相对充裕。SMD晶振具有尺寸小、易贴装特点,主要用于空间相对较小的电子产品中,在移动终端、通讯设备的产品升级周期加快的背景下,呈现稳步增长的态势,已成市场主流形态。

图表:DIP、SMD谐振器封装分类及特点
 

图表来源:公开资料整理

图表:DIP封装晶体谐振器
 

图表来源:公开资料整理

图表:SMD封装晶体谐振器
 

图表来源:公开资料整理

       参考观研天下发布《2017-2022年中国人工晶体行业市场发展现状及十三五发展态势预测报告

       DIP和SMD形态封装的晶体谐振器基本构造单元,主要包含有:外壳(DIP)/上盖(SMD)、晶片、基座,引线(DIP)。其中SMD的上盖材质又可分为陶瓷或金属,对应称之为陶瓷封装或金属封装,金属封装相对于陶瓷封装,在耐热、稳定性、以及产品尺寸等方面占有优势,但成本较高。

图表:DIP晶体谐振器结构
 

图表来源:公开资料整理

图表:SMD晶体谐振器结构
 

图表来源:公开资料整理

图表:DIP、SMD典型产品价格及趋势
 

图表来源:公开资料整理
       
       四、片式化、高精度、低功耗是晶振趋势

       电子产品正在向小型化、高精度、低功耗节能等方向发展,对晶振等元器件也提出了同样的要求。SMD封装具有尺寸小,易贴装等特点,已经成为市场主流。目前全球石英晶体元器件片式化率约为70%,日本的片式化率最高,在80%以上;根据国家十二五规划,至2015年末,我国本土的片式化元器件将占总数的40%,国内晶振产品片式化率还相对较低;近年随着国内企业SMD晶振产能释放,我国的片式化率正在逐年提升。

图表:晶振发展趋势
 

图表来源:公开资料整理

       随着电子产品逐渐向小型化方向发展,各大晶振生产厂商不断推出更小型号产品。封装尺寸大小逐年下降。晶振封装尺寸由大到小有5*7mm、60*35mm、50*32mm、40*25mm、32*25mm、20*25mm、20*16mm、20*12mm、16*12mm等规格,目前主流应用SMD晶振规格为3225,而小型电子产品如智能手环已开始应用2012晶振。

图表:晶振小型化趋势
 

图表来源:公开资料整理

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