隨著TWS、IOT、5G手機(jī)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(jī)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(fèi)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(jìn)，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(kuò)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(dá)到105966億元，出口金額為58931億元，進(jìn)口金額為41898億元，市場規(guī)模（收入+進(jìn)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(fèi)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(fèi)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(bǔ)晶振。消費(fèi)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(jī)廠商對晶振需求量達(dá)35.2億顆5G帶動新一波換機(jī)需求。IDC預(yù)測，2019年全球手機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)需求，國內(nèi)智能手機(jī)市場有望回暖。
單個手機(jī)配置的晶振數(shù)量及價值不斷提升。（1）按鍵手機(jī)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(jī)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(jī)CPU運(yùn)行溫度進(jìn)行變更頻率的26MHz 溫補(bǔ)晶振等；（4）5G手機(jī)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(jī)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(jìn)行整理，我們以單部低端3G手機(jī)的晶振需求為3顆、4G智能機(jī)晶振需求為6 顆、5G手機(jī)晶振需求為8顆計算，得出2022年國內(nèi)手機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)產(chǎn)量為3.52億臺，微型計算機(jī)產(chǎn)量為3.07億臺。電子計算機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jī)、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(jī)、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(jī)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(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)，必須額外搭載精度、穩(wěn)定性要求更高的TCXO（溫補(bǔ)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(xiàng)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)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(kuò)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(shí)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(bǔ)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(bǔ)晶振需求旺盛，日本各廠商紛紛擴(kuò)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(bǔ)晶振需求疲軟，前期擴(kuò)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(bǔ)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(jìn)入負(fù)增長階段。部分小廠商關(guān)閉生產(chǎn)線進(jìn)行整合，實(shí)力較強(qiáng)的龍頭企業(yè)則專注高附加值產(chǎn)品，市場集中度進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)晶振。熱敏晶體和溫補(bǔ)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(bǔ)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?yàn)闇囟鹊膯栴}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(bǔ)晶振的替代品，其成本低廉、生產(chǎn)快捷，但精度弱于溫補(bǔ)晶振。例如，TCXO溫補(bǔ)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(bǔ)晶振&熱敏晶體國產(chǎn)替代空間巨大，中國企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。惠倫晶體聘請國外具有先進(jìn)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)學(xué)識的高級人才，實(shí)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(bǔ)晶振技術(shù)，進(jìn)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(jī)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M(fèi)Hz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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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M(fèi)Hz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(diǎn)。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(jī)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(shí)現(xiàn)微納米尺度加工，在加工精度、加工手段、EDA(計算機(jī)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(jìn)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(jìn)行化學(xué)金屬和石英蝕刻以形成單獨(dú)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(dú)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(jī)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(qiáng)度。這樣以來，百M(fèi)Hz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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以激光調(diào)頻和光刻技術(shù)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)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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