隨著TWS、IOT、5G手機設(shè)備等對于小型化和高頻晶振產(chǎn)品的需求提升，晶振行業(yè)發(fā)展迎來新機遇。作為半導(dǎo)體核心基礎(chǔ)原件，應(yīng)用市場很廣，主要應(yīng)用領(lǐng)域在于消費電子、移動終端、車聯(lián)網(wǎng)、通信設(shè)備等，任何與調(diào)頻相關(guān)的設(shè)備都需要晶振，隨著5G技術(shù)推進，設(shè)備對于藍(lán)牙、wifi、定位、導(dǎo)航等功能的需求提升，小型化和高頻晶振產(chǎn)品需求旺盛。
目前，用于疫情防控的檢測設(shè)備如紅外測溫儀、心電儀、血氧飽和儀、血糖儀、血壓計、遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備等各類醫(yī)療器械，都需要用到晶振。疫情之下，晶振需求急速增加，迎來一波小高峰。
一、下游應(yīng)用驅(qū)動，晶振市場回暖物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過多年的醞釀，隨著5G技術(shù)商業(yè)化的臨近，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用也近在眼前。有市場便會有需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)范圍的不斷擴大，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)而生的NB-IoT技術(shù)自然受到眾廠商的矚目，更何況該技術(shù)還準(zhǔn)備，預(yù)防可能出現(xiàn)的風(fēng)險。
1. 全球石英晶振需求量逐年上升目前，我國電子信息產(chǎn)業(yè)的國際地位不斷穩(wěn)固和提高?！吨袊娮有畔a(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2018年我國電子信息行業(yè)銷售收入為169027億元，其中電子制造業(yè)收入規(guī)模達到105966億元，出口金額為58931億元，進口金額為41898億元，市場規(guī)模（收入+進口-出口）為88933億元。盡管2018年全球貿(mào)易局勢錯綜復(fù)雜，消費電子市場疲軟不振，但我國電子信息制造業(yè)通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，走高質(zhì)量發(fā)展之路，全國規(guī)模以上電子信息制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入仍逆勢增長9.0%。
電子制造行業(yè)市場規(guī)模巨大，部分電子產(chǎn)品新老更迭迅速，對晶振需求較大。根據(jù)CS&A預(yù)測，2019全球頻率元件產(chǎn)值為32-34億美元，頻率元件年銷量190-210億顆。
晶振主要用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費類電子、移動終端、智慧生活、小型電子、資訊設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域，且不同應(yīng)用領(lǐng)域所需要的晶振數(shù)量不同。比如，大型基站所需的晶振數(shù)量超過10顆，而小型基站僅需要1顆溫補晶振。消費類電子產(chǎn)品所需的晶振數(shù)量大約4-5顆，而工業(yè)設(shè)備、汽車對晶振的需求則為數(shù)十顆。
1.2 移動終端：預(yù)計2022年國內(nèi)手機廠商對晶振需求量達35.2億顆5G帶動新一波換機需求。IDC預(yù)測，2019年全球手機出貨量為13.7億部（2019年出貨預(yù)計同比減少2.2%），而國內(nèi)手機市場占據(jù)約30%的份額。根據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)顯示，2019年國內(nèi)手機市場總體出貨量為3.89億部，同比下降6.2%。雖然目前國內(nèi)手機行業(yè)已呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，但2020年5G商用將帶動新一波換機需求，國內(nèi)智能手機市場有望回暖。
單個手機配置的晶振數(shù)量及價值不斷提升。（1）按鍵手機中石英晶振僅需2-3 顆，分別為32.768KHZ 圓柱直插晶振、49S晶振和一款5032（5.0*3.2mm）貼片晶振；（2）4G智能手機則需配置約5-6顆晶振，分別為時間顯示所用的為32.768KHz晶振,藍(lán)牙模塊上16MHz貼片晶振，數(shù)據(jù)傳輸所用的高頻圓柱直插晶振，NFC模塊中使用的13.56MHz貼片晶振，以及根據(jù)手機CPU運行溫度進行變更頻率的26MHz 溫補晶振等；（4）5G手機預(yù)計要配置6-10顆晶振，首選方案為頻率為76.8MHz或者96MHz、負(fù)載電容為8-12pf的小尺寸2.0*1.6mm晶振。單個手機配置的晶振價值量不斷提升。
根據(jù)草根調(diào)研及互聯(lián)網(wǎng)公開資料進行整理，我們以單部低端3G手機的晶振需求為3顆、4G智能機晶振需求為6 顆、5G手機晶振需求為8顆計算，得出2022年國內(nèi)手機廠商晶振總需求為35.2億顆，市場規(guī)模約23.85億元。
1.3 資訊設(shè)備：電子計算機保持較高出貨量，年晶振需求量約31億顆國內(nèi)微型計算機市場產(chǎn)能旺盛，支撐著上游晶體諧振器產(chǎn)業(yè)發(fā)展。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2018年我國電子計算機產(chǎn)量為3.52億臺，微型計算機產(chǎn)量為3.07億臺。電子計算機繼續(xù)保持較高的出貨量，對頻率元件需求旺盛。根據(jù)公開資料及市場調(diào)研得知，電腦主板中包含頻率為14.318MHz的時鐘晶振和頻率為32.768KHz的實時晶振,另外顯示器、攝像頭、藍(lán)牙、無線WIFI、聲卡、硬盤、鍵盤各連接一顆高頻晶振。按照每臺計算機使用9顆石英晶體諧振器，每顆晶振平均價格為0.2元計算，微型計算機生產(chǎn)商每年總共需要約27億顆晶體諧振器，所有電子計算機廠商每年則需要約31億顆晶體諧振器，市場規(guī)模為6.2億元。
1.4 可穿戴設(shè)備市場：2023 年晶振需求量預(yù)計為8億顆，TWS 景氣度高企中國可穿戴設(shè)備市場規(guī)模近年快速增長。IDC數(shù)據(jù)顯示，2018年我國可穿戴設(shè)備出貨量為7321萬臺,同比增長28.5%；預(yù)計2023年,我國可穿戴設(shè)備市場出貨量將達到2億臺的規(guī)模。我們假設(shè)，單臺設(shè)備平均需要4顆晶振，預(yù)計2023年我國可穿戴市場晶振需求量約為8億顆。
1.5 家電市場：每年對晶振的需求超過23.4億顆根據(jù)統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，家電市場（彩電、空調(diào)、洗衣機、冰箱）出貨量每年均維持在較高水平。2018年彩電、空調(diào)、洗衣機、冰箱產(chǎn)量分別為2.04億臺、2.05億臺、0.72億臺和0.78億臺。家電產(chǎn)品對晶振微型化及精準(zhǔn)度要求相對較低，一般選用千赫茲壓電石英晶振或者陶瓷晶振。在不考慮其他類別家電的情況下，我們假設(shè)單臺彩電需要8顆晶振，而單臺空調(diào)、洗衣機及電冰箱需要晶振數(shù)量為2顆，則家電廠商每年對晶振的需求超過23.4億顆。
1.6 汽車電子：預(yù)計2020年全國車用晶振15.4億顆汽車電子成為晶振主要應(yīng)用場景。中國是汽車產(chǎn)銷大國。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018年我國汽車?yán)塾嬩N量為2808.06萬輛，較上年同期基本持平。此外，汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢越來越明顯，汽車電子滲透率逐步提升。我國汽車電子市場規(guī)模以超過10%的增速逐年增長，2019年已達到962億美元。
1.7 5G領(lǐng)域?qū)д竦男枨?/span>2020年5G基站建設(shè)提速，對石英晶振的需求將會增加。石英晶振是5G技術(shù)中最核心的電子零部件，其作用是提供高端基準(zhǔn)時鐘信號以及接收傳輸信號。5G技術(shù)在各方面都要做到非常精準(zhǔn)，僅普通的石英晶體諧振器并不足夠支持5G的運轉(zhuǎn)，必須額外搭載精度、穩(wěn)定性要求更高的TCXO（溫補晶振）、VCXO（壓控晶振）、OXCO（恒溫晶振）等產(chǎn)品。我們預(yù)計2020年后，有源晶振訂單量會隨之增加
二、國產(chǎn)替代的三個邏輯
2.1 晶振市場格局：日本領(lǐng)先，中國追趕全球石英晶體元器件廠家主要在日本、美國、臺灣地區(qū)及中國大陸。美國廠商主要針對美國國內(nèi)及部分專項市場，供求渠道較為穩(wěn)定，產(chǎn)品單位價值較高。日本是國際石英晶體諧振器傳統(tǒng)制造強國。隨著電子信息行業(yè)的飛速發(fā)展和智能應(yīng)用領(lǐng)域的多元化，日本廠商進一步加大了技術(shù)及設(shè)備的升級速度，在中高端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵭辛伺潘缘南鄬夹g(shù)壟斷，具備較強的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)優(yōu)勢。2013年以后，日本廠商受到原材料和人力資源成本上升，以及全球范圍內(nèi)其他區(qū)域如中國臺灣、中國大陸等廠商產(chǎn)能擴張等因素的影響，市場份額出現(xiàn)較大幅度下滑。日本廠商將中低端業(yè)務(wù)逐步轉(zhuǎn)移至中國，市場份額占比已經(jīng)由2011 年的59.3%下降到50%以下。
2.2 替代邏輯一：穩(wěn)固無源晶振市場份額無源晶振在對精度要求較低、成本較高的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。雖然無源晶振的精度、抗噪聲性能、抗干擾性能較有源晶振存在一定差距，但終端廠商在選擇晶振時也會考慮成本因素。無源晶振的價格僅為有源晶振的五分之一至十分之一，在電路中廣泛應(yīng)用。比如，移動終端的藍(lán)牙傳輸、紅外線功能，計時器及鐘表的計時功能，僅需無源晶振便能實現(xiàn)。
2.3 替代邏輯二：TCXO 及TSX訂單增長，國產(chǎn)替代空間巨大經(jīng)過2017-2018年晶振市場低迷期，部分日企整生合產(chǎn)線。有源晶振可針對晶體的頻率溫度特性做相應(yīng)的補償，多用于高速通信、導(dǎo)航、汽車電子等領(lǐng)域。2015年-2016年4G建設(shè)對溫補晶振需求旺盛，日本各廠商紛紛擴張產(chǎn)線。而2017年后，移動通信行業(yè)步入4G到5G過渡階段，溫補晶振需求疲軟，前期擴產(chǎn)導(dǎo)致庫存積壓。日本廠商和全球代理商開始消化庫存，溫補晶振價格一度大幅下跌。石英晶振市場規(guī)模在2018年下滑10.11%，至29.4億美元。巨頭NDK公司有源業(yè)務(wù)在18及19財年連續(xù)下滑，KDS業(yè)務(wù)收入也進入負(fù)增長階段。部分小廠商關(guān)閉生產(chǎn)線進行整合，實力較強的龍頭企業(yè)則專注高附加值產(chǎn)品，市場集中度進一步提升。例如，以京瓷為代表的部分日系晶振廠甚至剝離2520、2016尺寸溫補晶振產(chǎn)線，轉(zhuǎn)而主攻毛利率更高的1612尺寸產(chǎn)品。
2019下半年有源晶振市場供需情況發(fā)生轉(zhuǎn)變，2520及2016溫補晶振訂單增多。供給端：由于此前部分日本晶振原廠和材料供應(yīng)商將生產(chǎn)線遷至東南亞等地，導(dǎo)致部分型號產(chǎn)品交貨周期延長，有源晶振又回到供不應(yīng)求的狀態(tài)。需求端：移動通信市場5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速，汽車領(lǐng)域配置ADAS等設(shè)備的高端車型滲透率提升，綜合導(dǎo)致晶振市場回暖。
5G基站、汽車電子及物聯(lián)網(wǎng)等高科技領(lǐng)域?qū)?520（2.5mm*2.0mm）、2016（2.0mm*1.6mm）兩種尺寸的溫補晶振和熱敏晶體需求較高，該型號產(chǎn)品訂單增長，逐步出現(xiàn)量價齊升的態(tài)勢。
低成本的熱敏晶體可在一定程度上替代溫補晶振。熱敏晶體和溫補晶振都是在特殊環(huán)境下使用的頻率元件，可以改善其頻率溫度補正。熱敏晶體的原理是在普通貼片晶振基礎(chǔ)上增加一顆熱敏電阻以及一顆變?nèi)荻O管，利用變?nèi)荻O管的容變功能與熱敏的傳感功能相結(jié)合，形成帶有溫度傳感功能的熱敏石英晶振。熱敏晶振在工作過程中受到了溫度感應(yīng)時可以使晶體產(chǎn)品在工作過程中保持一個精準(zhǔn)的不變的溫度，使晶振產(chǎn)品的精度給CPU提供信號的同時又能避免因為溫度的問題給晶振造成頻率較大的偏差。帶有溫度傳感的熱敏晶振是溫補晶振的替代品，其成本低廉、生產(chǎn)快捷，但精度弱于溫補晶振。例如，TCXO溫補晶振的頻率偏差在±0.5ppm 的范圍，晶振給CPU控制中心提供的信號接收到的線路導(dǎo)航精準(zhǔn)偏差在3-5米范圍內(nèi)；而熱敏晶振頻率偏差為±10PPM，導(dǎo)航偏差約為200米。
溫補晶振&熱敏晶體國產(chǎn)替代空間巨大，中國企業(yè)逐步實現(xiàn)技術(shù)突破?；輦惥w聘請國外具有先進研發(fā)經(jīng)驗和專業(yè)學(xué)識的高級人才，實現(xiàn)了TCXO器件產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)，向壓電石英晶體產(chǎn)品全系列發(fā)展。泰晶科技也研發(fā)出廣泛應(yīng)用于移動通信和汽車電子領(lǐng)域的2520、2016兩種型號熱敏晶體。對比日本、臺灣、大陸五家公司產(chǎn)品數(shù)據(jù)，大陸企業(yè)將逐步突破熱敏晶體和溫補晶振技術(shù)，進一步縮小和日、臺企業(yè)的差距。
（1）MEMS技術(shù)可解決傳統(tǒng)機械加工的局限高穩(wěn)定性的晶體元器件晶體單元/晶體振蕩器按照切型主要分為三種：1）kHz級的晶體單元采用音叉型結(jié)構(gòu)振動子；2）MHz級的晶體單元采用AT型結(jié)構(gòu)振動子；3）百MHz超高頻晶體單元采用SAW型振動子，溫度特性曲線和音叉型振動子類似。隨著下游產(chǎn)品對晶振抗振性、相位噪聲等、尺寸小型化等參數(shù)要求越來越高，傳統(tǒng)機械加工的局限性逐漸顯露。
音叉型晶振缺陷：單元尺寸壓縮后將難于取得良好的振蕩特性。當(dāng)石英振動子的尺寸從1.2×1.0mm減小到1.0×0.8mm時，串聯(lián)電阻值（CI值）會升高30%左右，也就是說音叉型晶體單元尺寸壓縮后將難于取得良好的振蕩特性。
AT切型晶振缺陷：傳統(tǒng)機械加工難以滿足嚴(yán)格的公差要求。AT切割是目前使用最廣泛的石英晶體類型之一，常用于高頻晶振。典型的超小型胚料尺寸小于3.5*0.63mm，加工難度大幅增加。大規(guī)模生產(chǎn)小型晶體時，需要將公差控制在2um以內(nèi)，而傳統(tǒng)機械加工難以滿足嚴(yán)格的公差要求。
超高頻晶振缺陷：多次倍頻導(dǎo)致相噪損失嚴(yán)重。晶振工作頻率通常與晶片厚度成反比，傳統(tǒng)機械加工最適合的頻率范圍為1-40MHz（對應(yīng)晶片厚度0.04mm）。以傳統(tǒng)方式生產(chǎn)百MHz晶振需要將晶片加工至超薄，從而導(dǎo)致出現(xiàn)穩(wěn)定性差及易破損的缺點。因此，生產(chǎn)百兆赫茲高頻晶振通常采用10MHz 成熟產(chǎn)品作為基準(zhǔn)頻率源，并經(jīng)過多次倍頻獲得所需信號。但這樣導(dǎo)致電路復(fù)雜，相噪損失嚴(yán)重。
微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的有效應(yīng)用為石英晶體的加工提供了技術(shù)借鑒和啟發(fā)。MEMS技術(shù)利用IC加工技術(shù)實現(xiàn)微納米尺度加工，在加工精度、加工手段、EDA(計算機輔助設(shè)計)等方面具有先天優(yōu)勢，因此石英晶體技術(shù)與MEMS技術(shù)的結(jié)合成為必然趨勢。
音叉諧振器包括底部和從底部延伸的兩個振動臂，在兩個振動臂上鍍有激勵電極（紅色部分）。該常規(guī)結(jié)構(gòu)的晶片微型化后，激勵電極面積將隨之減小，不利于起振。MEMS技術(shù)通過對振動片進行三維立體加工形成H型槽的構(gòu)造，既確保了電極的面積，又提高了電解效率。MEMS技術(shù)有效推動晶體諧振器小型化發(fā)展，光刻加工下的晶振體積縮小至18.8mm3小型音叉型晶體器件，體積僅為原有產(chǎn)品1/10以下
（3）MEMS技術(shù)用于AT型晶體/AT振蕩器，將尺寸公差保持在1um以內(nèi)利用MEMS技術(shù)的光刻加工可以提升石英晶體芯片的一致性與穩(wěn)定性，光蝕刻工藝能夠?qū)⒊叽绻畋３衷?um以內(nèi)。
光刻工藝首先使用電子束真空沉積系統(tǒng)將石英晶片化學(xué)蝕刻至預(yù)定頻率，清潔并用鉻和金薄膜金屬化。石英掩模和雙對準(zhǔn)器光刻生成AT條帶圖案，其中晶片的頂部和底部表面同時對準(zhǔn)和曝光。然后通過隨后的光掩模步驟限定晶體電極和探針焊盤案。然后對晶片進行化學(xué)金屬和石英蝕刻以形成單獨的AT條帶。最后，使用孔掩模和薄膜金屬沉積將頂部和底部安裝墊連接在一起。光刻工藝完成后，晶圓包含上百個獨立的超小型AT晶體諧振器。
（4）MEMS技術(shù)用于HFF晶體單元/HFF振蕩器，使高頻產(chǎn)品可以直接以基波起振不同于傳統(tǒng)機械加工將晶片整體變薄，光刻加工僅減少驅(qū)動電極附近的厚度（反向臺構(gòu)造），保持芯片強度。這樣以來，百MHz的高頻晶振可以直接以基波起振，不用以中低頻成熟產(chǎn)品作為基準(zhǔn)頻率源。光刻加工的HFF振蕩器具有優(yōu)良的抗震性以及較低的相位噪聲，適用于光傳輸裝置、基站等通信基礎(chǔ)設(shè)置。
（5）國產(chǎn)企業(yè)突破光刻技術(shù)，推進產(chǎn)品向小型化、高精度趨勢發(fā)展石英晶體硬度及理化性質(zhì)穩(wěn)定，頻率基本不隨溫度變化，由此產(chǎn)生的內(nèi)部振蕩損失也最小，非常適合精密制造。同時，區(qū)別于傳統(tǒng)的機械式加工生產(chǎn)方式，改良的制程更便于批量生產(chǎn)，可以在保證小型化的同時把偏差控制在最小限度內(nèi)，從而使產(chǎn)品具備小型化、低耗電、高穩(wěn)定、高頻率的優(yōu)勢。應(yīng)用MEMS技術(shù)的微型化產(chǎn)品與傳統(tǒng)機械加工生產(chǎn)的晶振前端工藝區(qū)別為：1）微型化產(chǎn)品切割環(huán)節(jié)不是一次性切割成為單個音叉晶體單元，而是首先切割成可以集合上千支晶片單元的大方片；2）音叉晶片及電極成型環(huán)節(jié)采用雙面光刻工藝，在WAFER片上進行光刻、金屬蒸鍍、激光調(diào)頻等集成處理，單個音叉單元尺寸極小。
國產(chǎn)企業(yè)光刻技術(shù)已取得突破。泰晶科技從2011年開始布局光刻工藝研發(fā)，2014年組建了國內(nèi)同行業(yè)首家微納米晶體加工技術(shù)重點實驗室，以激光調(diào)頻和光刻技術(shù)為基礎(chǔ)，加強MEMS技術(shù)在晶體諧振器產(chǎn)品的應(yīng)用。目前公司已經(jīng)取得了微型晶體諧振器生產(chǎn)的核心技術(shù)研究成果，成功使用雙面光刻工藝，將超過3000顆的“1610”型號晶體諧振器集成至3寸的WAFER 片上。
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