前言:石英晶体元器件作为重要的频率控制元件,被誉为“数字电路的心脏”,除了消费电子、智能家居、物联网终端设备等领域外,英晶体元器件也广泛应用于工业自动化、汽车电子等领域,并在积极推进汽车电动化、智能化以及工业 4.0 的快速发展起到重要作用。而预计下游应用领域的带动下,石英晶体元器件市场将长期向好,并向小型化、高频率、高精度频率方向发展。目前受量价齐跌所致,全球石英晶体元器件市场有所下滑。与此同时,全球石英晶体元器件出现产能向中国转移趋势。从石英晶体元器件产能角度看,2019年-2023 年,我国在全球的比重由 21.86%提升至 26.55%,预计 2030 年达到 29.96%。目前我国已成为全球石英晶体元器件的主要生产基地之一。
一、被誉为“数字电路的心脏”,是重要的频率控制元件
根据观研报告网发布的《中国石英晶体元器件行业现状深度分析与发展前景预测报告(2025-2032年)》显示,石英晶体元器件是重要的频率控制元件,被誉为“数字电路的心脏”。这主要是因为数字电路的所有工作都离不开时钟信号,而石英晶体元器件能够通过压电效应在电路中提供稳定的时钟信号,确保各个电路模块按照正常的时间序列进行操作,从而直接控制着整个系统,因此石英晶体元器件也被视作是数字电路的心脏。目前石英晶体元器件已被广泛应用于航天、军工、民用、日常消费类电子等场景中。
石英晶体元器件简称“晶振”,属于精细化电子元件,主要是指利用石英晶体的压电效应制成的频率控制元器件,包括SMD谐振器、TSX热敏晶体、TCXO振荡器以及OSC振荡器等产品。
石英晶体元器件主要产品
产品类型 | 基本介绍 |
SMD谐振器 | SMD谐振器产品主要由压电石英晶片、上盖、陶瓷基座组成。谐振器选用具有一定角度的压电石英晶体材料进行切割、研磨、分选、清洗、镀膜,形成核心部件,将相对应的石英晶片装置于陶瓷基座内,进行精度加工调整后真空封装完成,典型温度稳定度范围为-30℃~85℃小于±15ppm。 |
TSX热敏晶体 | TCXO振荡器是由压电石英晶片、上盖、陶瓷基座与温度补偿芯片组成。通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。TCXO振荡器使用温度感测组件以及产生电压曲线的电路,在整个温度范围内,该电压曲线与晶体的频率变化趋势完全相反,所以可理想地抵消晶体的漂移。根据TCXO振荡器的类型和温度范围,典型稳定度范围为小于±0.5ppm至±5ppm,具有比SMD谐振器产品更高的精度。 |
TCXO振荡器 | TSX热敏晶体是由压电石英晶片、上盖、陶瓷基座与热敏电阻组成。TSX热敏晶体主要把SMD谐振器与热敏电阻封装在一起,经由同步热传导效应,尽可能降低SMD谐振器与热敏电阻之间的温度差异,提升压电石英晶片温度的一致性。TSX热敏晶体的典型稳定度规范范围是-30℃~85℃小于±12ppm,精度与稳定性优于一般SMD谐振器,成品价格较TCXO振荡器低,温度特性与精度稳定度又趋近TCXO振荡器特性。 |
OSC振荡器 | OSC(OscillatedCrystalOscillator)振荡器是由压电石英晶片、上盖、陶瓷基座和IC芯片组成。内部振荡电路包括反馈电路和振荡放大器,将发生共振的电路反馈到晶体谐振器上,使晶体不断振荡。这种正反馈环路的设计增加了信号强度,从而产生稳定的交流电频率。OSC的典型稳定度规范范围是-40℃—125℃、频率稳定度±50ppm。 |
资料来源:公开资料,观研天下整理
石英晶体元器件按属性可划分为石英晶体谐振器和石英晶体振荡器两类;按频率可分为kHz石英晶体元器件、MHz石英晶体元器件;按照封装方式可分为双列直插式(DIP)石英晶体元器件、表面贴装式(SMD)石英晶体元器件;按是否需要连接电源分为无源石英晶体元器件(Crystal,晶体谐振器)和有源石英晶体元器件(Oscillator,晶体振荡器)。
资料来源:公开资料,观研天下整理
二、行业应用领域广泛,市场将长期向好
作为半导体核心基础元件,石英晶体元器件生成的振荡信号能够用于同步数据传输并确保设备的协同工作,适配各类频率控制、频率稳定、频率选择和计时系统。除了消费电子、智能家居、物联网终端设备外,石英晶体元器件也广泛应用于工业自动化、汽车电子等领域,积极推进汽车电动化、智能化以及工业 4.0 的快速发展;此外,小型化、低功耗、高可靠性的晶振在性能要求更高的航空航天以及卫星军用等领域也发挥着重要的作用。目前石英晶体元器件广泛应用通信设备、移动终端、物联网、汽车电子、智能家居、医疗器械等领域。因此预计在上述领域的带动下,石英晶体元器件市场将长期向好。
资料来源:公开资料,观研天下整理
1、消费电子终端持续复苏并开启换机周期,驱动市场进一步增长
石英晶体元器件作为“数字电路的心脏”,能够在电路中提供频率稳定的时钟信号,在消费电子领域得到广泛应用,涵盖智能可穿戴设备、智能 AI 设备、手机、电脑、游戏机、智能音响等诸多产品领域。消费电子作为石英晶体元器件主要的应用市场之一,其行业运行状况对石英晶体元器件市场需求有着重要的影响。
近年随着 5G、人工智能、虚拟现实等新技术的开发和应用,娱乐场景、社交场景、支付场景和信息场景等一系列场景发生了“智”的改变,促使消费电子产品已成为消费者日常生活必不可少的组成部分,进一步促进了消费电子产品市场需求的增长。
在历经 2022-2023 连续两年的疲软后,消费电子市场需求增长初现曙光,这将驱动石英晶体元器件市场进一步增长。例如智能手机方面,2024年Q1 及 Q2 全球智能手机出货量均实现近 8%的同比增长率。2024年上半年智能手机出货量1.39亿部,同比增长11.6%。可见智能手机复苏态势明确。
与此同时,在国家政策的大力推动下,5G 技术在 2020 年进入商用元年,给消费电子领域带来了新的变革,以 5G 智能手机以及可穿戴设备等消费电子产品,进一步推动了我国消费电子市场的发展与升级。预计 2024 年我国消费电子市场规模将达 19772 亿元,同比增长2.97%。
数据来源:公开数据,观研天下整理
此外AR 设备开辟晶振市场增量新赛道。作为新兴的消费电子品类,AR 产品有望在近年快速渗透市场并持续稳定增长,拉动晶振的绝对增量。有数据显示, 2024 年我国 AR 行业市场营收有望达到 79 亿元。
2、5G 网络建设浪潮下石英晶振增量空间广阔
5G 作为一种新型移动通信网络,可为用户享受增强现实、虚拟现实、超高清视频等功能提供通信网络支持,解决人与物、物与物通信问题,满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求,是支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施,世界各主要国家将5G 通信建设作为新型基础设施建设的重要组成部分。目前我国 5G 网络建设在国家的大力推动下,已建成全球规模最大的 5G网络。数据显示,截止到2024年上半年,我国5G基站总数达到391.7万个。
数据来源:工信部,观研天下整理
根据《中国联通 5G 基站设备技术白皮书》,5G 以 3.5GHz 频段作为城区连续覆盖的主力频段,4G 以 900MHz 和 1,800MHz 频段作为主要频段,高频波更趋近于直线传播,穿透能力更差,所以基站覆盖半径更小。根据工业和信息化部数据,2021 年我国已建成 4G 基站数量为 590 万台,基站数量远远高于现有5G 基站数量,为进一步构建完善的 5G 网络,我国 5G 基站建设数量仍将保持持续增长态势。石英晶体元器件是 5G 技术中最核心的电子零部件,可为基站提供高端基准时钟信号以及接收传输信号。同时,5G 技术对精度、稳定性要求较高,需搭载精度、稳定性要求更高的 TCXO(温补晶体振荡器)、VCXO(压控晶体振荡器)、OXCO(恒温晶体振荡器)等高附加值产品。因此随着我国5G 网络建设的持续推进,将进一步提高石英晶振在 5G 基站等领域的应用规模。
3、汽车电动化智能化驱动晶振单车用量持续提升,长期带动车规晶振规模增长
石英晶体元器件作为汽车电子重要的元器件之一,在汽车多媒体、ADAS系统、车身控制系统、车灯控制器、倒车雷达、行车记录仪、安全气囊控制器、车窗控制器、防盗系统等部位得到广泛应用,其市场规模与汽车行业的需求变化密切相关。汽车对零部件的可靠性有着严格的标准,特别在安全部件领域对其零部件有着极高的要求,进而对车规晶振厂商的生产技术水平提出了更高的要求。
目前汽车产品形态、交通出行模式、能源消费结构和社会运行方式正在发生深刻变革,为新能源汽车产业提供发展机遇。经过多年持续努力,我国新能源汽车产业技术水平显著提升、产业体系日趋完善、企业竞争力大幅增强,2015 年以来产销量、保有量连续五年居世界首位。数据显示, 2024年1-10月,新能源汽车产销分别完成977.9万辆和975万辆,同比分别增长33%和33.9%,市场占有率也已高达39.6%。
数据来源:中国汽车工业协会,观研天下整理
与此同时,在电动化、网联化、智能化的趋势下,新能源汽车的电子生态系统不断完善,相对于传统汽车 30 只左右的需求规模,新能源汽车对石英晶振的需求将提升至 100-150 只。目前,欧盟已通过 2035 年禁售燃油车法案,即决定到 2035年禁止在欧盟境内销售燃油车(包括混合动力汽车);我国发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》,提出“到 2025 年,我国新能源汽车市场竞争力明显增强,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右”。未来,新能源汽车渗透率的进一步提升,将汽车领域石英晶振需求的增长提供持续动力。
新能源汽车主要应用场景下石英晶振需求量
场景 | 用途 | 单车需求量(只) |
信息娱乐 | 车载信息娱乐系统、智能座舱、智能应用等 | 15-25 |
通讯 | WiFi、蓝牙、超宽带、5G/LTE、V2X、全球导航卫星系统等 | 8-20 |
保护 | 仪表盘、内部控制单元、智能钥匙等 | 20-30 |
轮胎监测 | 轮胎压力测试系统 | 5 |
驾驶辅助 | 摄像头、雷达等 | 10-16 |
电动 | 电动汽车应用、电池管理、车载充电、逆变器等 | 8-12 |
安全 | 动力转向、制动系统等 | 10-15 |
资料来源:公开资料,观研天下整理
因此可见,随着智能化、电气化、网络化的加快发展,当前汽车正从单一的交通工具向集休闲、娱乐、办公等功能于一体的第三空间转变。汽车电子渗透率将逐步提升,并带来对石英晶体元器件需求的不断扩大。
4、智能空调、智能冰箱等新兴智能家居应用场景带来的增量市场,将带动石英晶体元器件需求的爆发
智能家居是以住宅为平台,基于物联网技术、软件系统、云计算平台构成的家居生态圈,其通过 WiFi、蓝牙等进行连接、控制与管理等功能,而石英晶振是智能家居设备实现上述功能所需无线模块、蓝牙模块、时间模块必不可少的频率控制元器件,在智能家居、智能音箱、机顶盒、智能安防、智能照明等领域得到广泛应用。
随着无线连接技术和低功耗芯片设计技术的成熟,互联网用户的不断增多和智能家居设备性能的不断提升,消费者对智能家居产品的接受度不断提高,智能家居设备行业正在快速成长发展,包括智能空调、智能冰箱、智能洗衣机、智能照明、智能音箱、智能遮阳伞、智能门锁、家庭摄像头、视频娱乐、运动健康监控等,该等新兴应用场景带来的增量市场,将带动石英晶体元器件需求的爆发。
近年来,在国家大力发展新基建、5G通信技术与人工智能的快速应用与普及,万物互联互通已成为经济社会的发展趋势下,我国智能家居行业迎来发展机遇。根据数据显示,2022年我国智能家居市场规模达到6516亿元,2018-2022年CAGR为12.99%.预计到2025年我国智能家居市场规模将突破8000亿元。同时,2022年英国、美国智能家居渗透率均超过40%,而我国智能家居市场由于起步较晚,渗透率相对较低,2022年约16%,伴随智能家居阶段升级,仍有较大增长空间。
数据来源:公开数据整理,观研天下整理
5、北斗系统在终端全面铺开,配套石英晶体元器件的应用也将进一步拓展
除了消费电子、汽车电动化领域外,在卫星等高端领域,晶振同样扮演着不可或缺的角色。在卫星通讯领域,卫星系统的上行链路和下行链路通信需要晶振产生精确且稳定的频率,确保卫星的转发器准确地接收和发射信号而不存在频率漂移,维持通信的完整性。目前北斗导航、授时终端应用已全面铺开,广泛运用于智能交通、网联汽车、智慧农业、智能终端、高精度测量等领域,从而也将为石英晶体元器件的应用也将进一步拓展。
资料来源:泰晶科技官网,观研天下整理
三、受量价齐跌所致,全球石英晶体元器件市场有所下滑
进入2021年以来,全球石英晶体元器件市场呈现下滑的态势。数据显示,2023年全球石英晶体元器件市场规模为35.76亿美元,同比下降15.95%。据了解,2023年市场规模同比下降,则主要为量价齐跌所致。2023年全球石英晶体元器件销售37292百万只,同比下降6.56%;市场价格为95.89美元/千只,同比下降10.04%。
数据来源:惠伦晶体半年报,观研天下整理
数据来源:惠伦晶体半年报,观研天下整理
数据来源:惠伦晶体半年报,观研天下整理
四、全球石英晶体元器件出现产能向中国转移的趋势,目前我国已成为全球主要生产基地之一
全球石英晶体元器件出现产能向中国转移的趋势。2018 年以来,受日本经济大环境低迷、中美贸易战、中低端产品毛利率下降等多重因素影响,日系龙头厂商近年来普遍资本开支增长缓慢或缩减,扩产意愿不足,同时为保障产业链安全,国家产业政策和国内重要通讯技术企业大力支持中国大陆电子元器件厂商发展。
在上述背景下,近年来,我国石英晶体元器件行业发展迅速,国产石英晶体元器件厂商保持较高的资本投入,逐步承接日本产业转移,初步实现了对中低端石英晶体元器件产品的国产替代。同时,随着我国石英晶体元器件行业突破频率范围及小型化技术工艺、技术认证、原材料采购等壁垒,国产石英晶体元器件厂商在高端石英晶体元器件产品上竞争力也逐步增强。根据相关统计,2019-2023年我国大陆地区石英晶体元器件产能占全球的比例从21.86提升至26.55%,已成为全球石英晶体元器件的主要生产基地之一。预计2030年我国大陆地区石英晶体元器件产能占全球的比例将达到29.96%。
数据来源:公开数据,观研天下整理
目前,国内高端石英晶体元器件市场需求较为旺盛,我国石英晶体元器件厂商加速产能扩张,加大对高端石英晶体元器件产品的研发力度,提升自身高端石英晶体元器件产品的供应能力,进一步推进了我国石英晶振行业的发展。同时,国内5G通信、可穿戴电子、汽车电子、物联网等下游产业发展态势良好,为我国石英晶振行业发展提供了良好的市场基础。
未来仍有较大的发展空间。2021年1月,工信部印发《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》,在总体目标中明确要推动基础电子元器件实现突破,增强关键材料、设备仪器等供应链保障能力,为我国石英晶振行业的稳步发展提供了政策保障,将推动市场规模进一步扩大。同时,随着国内5G通讯技术的成熟和网络建设速度加快,催生了一系列新的应用场景,如车联网、工业互联网、智能制造、智慧城市、智慧交通、智能家居等物联网应用,万物互联正逐渐变为现实,各类智能及连接网络终端数量会大幅增加,将为石英晶振行业带来重大市场机遇。
但是当前我国石英晶体器件行业的整体实力依然偏弱,是我国电子元器件行业少数几个仍为进出口额逆差的分支行业之一,各种高端压电晶体器件产品大量依赖进口。我国压电晶体器件本土企业小、散、弱的情况尚未得到根本性改变,行业集中度较低。上游关键配套环节仍有较大不足,尤其在压电晶体振荡器专用集成电路方面,国内的设计、制造水平低下,绝大部分产品依赖进口,受制于人。
与此同时,我国石英晶体元器件行业利润水平总体呈现出两极分化的局面。低端市场参与竞争企业较多,利润水平相对低薄;中高端市场参与者相对较少,国内仅少数几家大型生产企业掌握行业领先工艺技术,维持相对较高的利润水平。据了解,行业内厂商利润水平主要取决于其自身研发创新能力、生产技术水平、质量管控能力等综合实力;另一方面,下游终端品牌厂商、制造服务商的定价趋势、同行业竞争程度、上游原材料供需关系等因素也直接影响了石英晶体元器件行业的利润空间。
五、小型化、高频率、高精度频率成石英晶体元器件发展趋势
随着消费电子设备的不断小型化轻薄化以及续航需求提升,石英晶体元器件也在不断向小型化、高稳定性、高精度及低功耗等方向发展。当前作为基础电子元器件的重要组成,小型化、高频率、高精度频率元器件的发展与提升被列入我国战略规划部署当中。例如2021年国家工业和信息化部印发了《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023)》(工信部电子〔2021〕5号),在“二、重点工作”之“(一)提升产业创新能力”之“重点产品高端提升行动”中提到要重点发展微型化、片式化阻容感元件,高频率、高精度频率元器件,耐高温、耐高压、低损耗、高可靠半导体分立器件及模块,小型化、高可靠、高灵敏度电子防护器件,高性能、多功能、高密度混合集成电路……。可见高精度频率元器件的创新与发展成为我国信息技术产业战略规划的重要任务和关键领域之一。
与此同时,与高精度、高性能晶振相关的核心基础零部件(元器件)被列入中国制造2025《工业四基发展目录》当中。核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础(以下统称“四基”)等工业基础是支撑和推动制造业发展的支撑条件,是我国制造业赖以生存的基石,是制造业核心竞争力的根本体现,是我国制造强国建设的决胜制高点。对此,国家把推进“四基”发展、加强“四基”创新能力建设列入《中国制造2025》战略任务和重点工作当中,组织实施工业强基工程,提出到2025年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障,80种标志性先进工艺得到推广应用,部分达到国际领先水平,建成较为完善的产业技术基础服务体系,逐步形成整机牵引和基础支撑协调互动的产业创新发展格局。(WW)
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