详解晶体振荡器市场及趋势 国产晶振由大变强


    晶体振荡器，习惯称做晶振，是电子产品最常用的组件，小到手机、电脑，大到汽车、飞机、导弹、卫星都需要晶体振荡器，其被誉为电子设备的心脏，在电子系统中扮演关键角色。传说水晶具有预测未来的神奇力量，压电水晶为制造晶体振荡器的关键原料，随着晶体振荡器大量渗透到了电子产业的各个角落，其行业状况已经成为了直接反映市场动向的风向标。


    尽管我国晶体振荡器技术方面有了很大的进步，在普通晶体振荡器方面具有了一定的影响力，但在高端晶体振荡器技术方面还很薄弱，目前迫切需要改变大而不强的局面，早日迈向晶体振荡器强国。


    一、晶体振荡器市场规模


    近几年，由于整个晶体振荡器市场竞争激烈，价格下滑，其营收额增长幅度十分有限，2014年晶体振荡器市场营收为21.5亿美元，预计2015年到2020将年复合增长5％，2020达到30亿美元。其中亚太区2014年晶体振荡器市场营收11.3亿美元，预计2015年到2020将年复合增长9％，2020达到18亿美元。


    国内晶体振荡器行业近几年发展稳定，年产值约占总产值的百分之三十左右，位居世界前沿。受国内外宏观经济影响，我国晶体振荡器产业虽然仍在继续保持快速增长，但增幅状态较比之往年有所回落。

    图1 2013-2020年晶体振荡器规模（亿美元）

    图2 2013-2020亚太区晶体振荡器规模（亿美元）


    二、晶体振荡器分类


    按晶体振荡器的功能和实现技术的不同，可以将晶体振荡器分为温度补偿晶体振荡器（TCXO）、压控晶体振荡器（VCXO）、普通晶体振荡器（SPXO）、恒温晶体振荡器（OCXO）。


    温度补偿晶体振荡器（TCXO）：


    温补晶体振荡器是一种带有补偿系统的减小温度引起的频率变化的石英晶体振荡器。（补偿的方法：电抗法、数字法）


    特点：用热敏补偿网络来提高石英晶体的温度特性指标，可满足较宽温度范围的需要；频率范围：1～40 MHz;频率稳定度：5×10-6～5×10-7。


    压控晶体振荡器（VCXO）：


    压控晶体振荡器是一种用控制电压使频率按一定规律偏移或调制的石英晶体振荡器。


    特点：频率可随外加调制电压而改变；频率范围：1～250MHz；频率稳定度：普通晶振压控为≤（1～2）×10-3fo/n2，高稳晶振可微调10-7。频率微调或锁相同步。


    普通晶体振荡器（SPXO）：


    普通晶体振荡器是一种没有温度控制和温度补偿装置的，频率温度特性基本上由所用石英晶体确定的振荡器。


    特点：直接反映所用石英晶体的性能；可工作频率范围通常为1KHz～250 MHz;频率稳定度为10-4～10-5；一般用于本振源或中间信号。


    恒温晶体振荡器（OCXO）：


    恒温晶体振荡器是一种至少能控制石英晶体元件温度基本保持恒定的石英晶体振荡器。它利用热力学原理，把石英晶体或全部振荡电路放置于恒温器内来改善频率温度特性的晶体振荡器（有一般精密和高精密晶体振荡器之分）。


    特点：加载恒温槽内，使石英晶体配调于零温度系数点上，而不受外界温度的影响，使振荡器满足特性指标。频率范围：1～250MHz（中），2.5，5，10 MHz（高）；频率稳定度：10-7～10-8（中），10-9～10-11（高）。


    恒温晶体振荡器（OCXO）是通信基站里的部件，主要是提供网络通信的同步信号源。


    三、晶体振荡器竞争格局


    日本在晶体振荡器产业上一直处于地位，行业产值可以占到晶体振荡器行业产值的60%，剩余的部分被欧美、中国大陆和台湾地区瓜分。


    其中Epson、NDK、KDS是我们耳熟能详的日本晶体振荡器品牌，TXC、HELE是我国台湾晶体振荡器厂家，本土有东晶电子、东光电子，南京华联兴电子，晶源电子等晶体振荡器企业。


    欧美日系厂商凭借在晶体振荡器产业起步较早、基础深厚的优势，在市场上具有较高的度，并在高端产品线拥有较高的市占率，但随着近年来中国大陆及台湾地区石英晶体振荡器厂商的崛起，使得这一市场的格局更为多元化


    我们重点对二家日本晶体振荡器厂商（NDK/KDS）和一家我国台湾地区晶体振荡器厂商（TXC）近几年营收分析，看到由于经济复苏缓慢，终端需求疲弱，再加上竞争激烈导致价格不断下滑，晶体振荡器厂商营收普遍差强人意。在市场需求不佳和产品竞争日益加剧下，盈利能力下降。

    图3 NDK 2013-2015年 营收（亿美元）

    图4 KDS 2013-2015年 营收（亿美元）

    图5 TXC 2012-2015年 营收（亿美元）

    四、晶体振荡器发展趋势


    世界电子元件的技术发展来看，总体来说，贴片式（SMD）已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一，其中在以贴片式为主的同时，也在往小型化发展，随着电子设备小型化进程的加速，电子元件复合化和集成化的步伐也在加快。 石英晶体振荡器振正进入以新型晶体振荡器系列为主体的新一代元器件时代，它将基本上取代传统元器件。新型晶体振荡器体现了当代和今后电子产品向微型化、薄型化，低功耗，响应速率快、高分辨率、高、高功率、多功能和智能化等的发展趋势。同时，产品的安全性和绿色化也是影响其发展前途和市场的重要因素。


    晶体振荡器有以下发展趋势：


    1、小型化、薄片化和片式化：为满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的要求，石英晶体振荡器的封装由传 统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。例如TCXO这类器件的体积缩小了30～100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm。


    2、高与高稳定度，无补偿式晶体振荡器总也能达到±25ppm，VCXO的频率稳定度在10～7℃范围内一般可达±20～100ppm，而OCXO在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。


    3、 低噪声，高频化，在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的，相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。OCXO主流的产品相位噪声性能有很大改善。除 VCXO外，其它类型的晶体振荡器输出频率不超过200MHz。例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器，其频率为 650～1700MHz，电源电压2.2～3.3V，工作电流8～10mA。


    4、低功能，快速启动，低电压工作， 低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V。许多TCXO和VCXO产品，电流损耗不超过2mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取 得突破性进展。例如日本精工生产的VG—2320SC型VCXO，在±0.1ppm规定值范围条件下，频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的 SMD TCXO，在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。在预热5分钟后，则能达到±0.01ppm的稳定度。


    五、晶体振荡器价格趋势


    通常石英晶体振荡器加工流程有数十道复杂的工序，从石英切割、购买基座、起振晶片，用特殊导电胶将石英及晶片黏帖在陶瓷基座上，并进行填充氮气密封数；其对工厂的生产品质管理有着极为严格的要求。而这也是品牌与非品牌石英晶体振荡器成本差别较大的重要原因，如 EPSON、NDK、TXC、KDS等对品质工艺的管理较高，而他们产品的成本也一直居高不下。


    除了品牌与非品牌的成本因素，还有许多因素会与晶体振荡器的价格相关。尽管晶体振荡器的参数比较多，但是影响价格的指标主要是工作温度和温度稳定性。一般温度范围越宽、稳定性要求越小的晶体振荡器价格越高。


    晶体振荡器行业已经非常成熟，因此晶体振荡器价格逐年下滑。2005年晶体振荡器平均价格大约为2元人民币，而到2011年下滑到1.2元，2012年大约为1.1，下滑幅度8%-10%。


    近几年晶体振荡器市场虽略显供大于求，但总体上产品的价格变化不大，基本保持稳中有降的态势。


    图6 晶体振荡器平均价格趋势


    六、国产晶体振荡器产业需由大变强


    虽然我国生产的晶体振荡器产量已居世界首位，但整个生产的晶体振荡器以低附加值的低端产品为主，而高附加值的高端产品很少，并且一般生产的产品都是出口国际市场，已经进入无利可图的境地。


    我国每年晶体振荡器使用量约超过13-15亿颗，而80%完全是依靠进口，高端晶体振荡器产品，几乎是百分之百进口，尤其是高端的温补晶体振荡器和压控晶体振荡器，主要来自日本，美国，欧洲等厂牌生产。


    比如目前严重缺货的26M、2520贴片温补晶体振荡器，国内厂商还未见有可替代产品，国产晶体振荡器产业还远远不能满足我国整机系统发展要求。


    未来几年，无论是市场还是国内市场，电子信息产业的迅猛发展将会给晶体振荡器产业带来广阔的市场应用前景，新产品的问世层出不穷，这是都为晶体振荡器开阔了新的应用市场。


    和任何行业一样，晶体振荡器也有技术壁垒，中国晶体振荡器技术发展比较迟，比较慢，尽管现在晶体振荡器技术方面有了很大的进步，已涌现如东晶电子、东光电子，南京华联兴电子，晶源电子等企业，在普通晶体振荡器方面具有了一定的影响力，但在高端领域还是和日本企业，欧美企业，我国台湾企业有很大差距。不可否认，我们在某些关键技术方面还是受制于人，在高端晶体振荡器技术方面还很薄弱。


    国内晶体振荡器厂商必须重视基础能力的提升，加大研发投入，形成有自己特色的技术积累。只有苦练内功，才能赢得未来发展的先机。通过持续提升自身的技术水平，靠能力取胜，靠创新取胜。


    我们期待我国晶体振荡器制造产业大而不强的局面能够尽快扭转，成为晶体振荡器产业领域的制造强国。