【研报】把握物联网心跳 晶振行业迎来高速增长期

来源:华强电子网 作者: 时间:2018-06-29 09:05

物联网 晶振 石英晶体

1 片式化、高精度、低功耗是晶振趋势

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。

晶振分为有源晶振和无源晶振。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(SurfaceMounted 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。

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封装晶振具有尺寸小,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;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。

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50*70mm、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。

2 产业竞争格局——日本主导,国内追赶

2.1  全球市场日本呈逐年下降趋势,国内份额提升

全球石英晶体元器件厂家主要集中在日本、美国、台湾地区及中国大陆。就行业市场特点而言,日本厂商行业领先,产品档次高,产值最大;美国厂商研究水平高,但产量较小,以军工产品为主;台湾地区及中国大陆厂商大多数的原材料、机器设备来自于日本和欧美等国,对市场的反应速度较快,近年来经过对设备和生产工艺的不断改进,产品达到或接近国际先进水平,并拥有生产成本的优势。


根据日本水晶工业协会公布数据,日本市场份额正呈现逐年下降趋势,2011年的市场份额为59.3%,2013年下降至51.6%,2016年下降至49.9%。在日本厂商因经济发展滞缓和生产成本压力退出部分细分市场的情况下,台湾地区及中国大陆厂商把握住了承接产业转移的契机,国内部分行业领先企业凭借多年的研究开发和生产实践积累的技术实力和工艺改进能力,学习并掌握了所需的技术和工艺流程,并在原有的基础上进行技术升级,加快新产品投产速度,逐渐缩小了与国际先进企业的技术差距,凭借生产成本的优势,获得了长足发展。且日本、台湾等企业在国内设厂,国内晶振产品从产量上一跃成为石英晶体元器件生产大国。2016年国内市场份额占比达7.9%(不包含外资品牌在国内生产产品),排名世界第四位。

近年来我国电子信息行业发展迅速,手机、计算机等数字终端产品的快速迭代,对石英晶体元器件市场发展形成有力的支撑作用。目前国内约有上百家晶体谐振器厂商,产品涵盖各主流型号,根据压电晶体行业协会(PCAC)的预测,预计 2016年我国音叉晶体谐振器、微型SMD高频晶体谐振器的销量分别为85.1亿只和100.6亿只,销售额分别为14.6亿元和49.3亿元。预计未来几年,我国石英晶体谐振器市场规模将保持快速增长。

2.2 领先企业日本居多,国内企业仍有一定差距

2016年行业收入排名世界前十的公司,日本企业六家且排名靠前,中国台湾企业三家,美国一家,国内企业如泰晶科技、惠伦晶体、东晶电子、紫光国芯等正处于追赶期,营收与行业前五仍有较大差距,但中国企业的整体市场份额正在逐年增加,其中泰晶科技DIP晶振产量已经居全球前列,SMD晶振产能在逐年扩产,2017年营收有望进入全球前十。

2.3  国内厂商生产技术不断取得突破,国产化替代进行时

晶振的主要生产流程包括水晶切割、排片、镀膜、固着、调频和封装等流程,DIP晶振生产设备市场上生产设备来源较少,日本厂商的生产设备为自主研发;我国国内市场设备供应集中在成品分选设备环节,其他设备以各厂商自主研发、研制为主。SMD晶振生产设备,日本、欧洲、中国台湾技术成熟,可供应成套设备;我国国内厂商核心设备主要依靠外购,但近年来国内企业在设备领域正不断取得突破。泰晶科技已经突破了DIP晶振生产工艺和核心技术,全面掌握了制作程序;在SMD封装领域,泰晶科技研发成功纯金属焊接封装首套设备,成本大幅下降。随着国产设备成熟度提升,部分日本企业已经开始考虑采购国产设备。据压电晶体协会数据,2017年国内年进口晶振342亿只晶振与2016年持平,而2016年进口同比增长35%,2017年进口数据保持平稳,显示国产化替代已在进行中,我们预计国内厂商2017年新增增量达百亿级。

2.4  产业政策支持,推动国内晶振行业不断向前

晶振行业作为电子信息产业的基础,一直以来就是我国重点扶植和发展的基础产业之一。随着我国电子信息产业的高速发展,信息产业整体技术的稳步提升,相关产业集群效应优势明显,电子信息产业制造中心地位进一步增强。我国政府针对新型电子元器件行业提供了各项优惠政策,从鼓励产业发展、税收减免、投资优惠、支持研究开发、鼓励设备国产化和知识产权保护等方面对产业发展加大了扶持力度。

3 物联网时代万物互联,晶振产业提振

3.1 产业下游应用丰富

石英晶体振荡器属于电子类基础元器件,其上游产业包括石英培育、材料制造以及精密机械,下游应用包括资讯、有线、无线通讯、消费电子、网络、汽车等,而中游的石英晶体振荡器制造则包含芯片研磨、电路设计、晶体封装、测试等环节。

晶振广泛应用于各类电子产品中。每种产品对晶振数量的需求不同,简单如石英钟表,只需要一个晶振提供时间就可以;共享单车则需要3个晶振,分别是时间模块、通信模块、卫星定位模块;而不同价位的汽车对晶振的需要差异较大,经济型汽车在30-40之间,豪华型汽车由于自动化水平高,加装了大量的诸如主被动安全系统、自动控制系统、车载娱乐系统,对晶振的数量要求达到了70-100。参考《中国石英晶体元器件市场竞争研究报告》,整体上汽车、手机终端二者对晶振需求较大,接近50%。

3.2 物联网浪潮袭来,5G加速万物互联

物联网作为继个人计算机、互联网之后,当今世界最具发展潜力的产业之一,正在有力带动传统产业转型升级,引领战略性新兴产业发展,推动社会生产和经济发展方式的深度变革。晶振作为数字电路不可或缺的组成部分,服务着物联网产业链上下游产品。

在国家政策的大力支持下,近几年我国物联网产业增速势头强劲。“十三五”期间,物联网产业将迎来新一轮结构快速升级和产品更新,这将有利于促进国内消费市场规模增长。根据工信部的数据,2015年我国物联网产业规模达到7500亿元人民币,同比增长29.3%。根据中国产业信息网预测,到2020年我国物联网业务市场规模将达到 1.8 万亿元人民币,而全球物联网市场规模也将达到1.7万亿美元。此外,根据HIS咨询预测,到2022年,全球物联网连接设备基数将达到426.2亿台。

5G(第五代移动通信技术)从标准规划阶段起就将物联网的典型应用场景纳入了5G的基本应用场景,提出了满足应用场景需求的能力要求,并根据能力要求提出了诸多创新的无线技术与网络架构设计方案。海量机器通信应用场景,主要面向智慧城市、智能仪表(水表、燃气表等)、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,高可靠低时延通信应用场景,高可靠低时延通信应用场景主要面向车联网、工业控制、远程医疗等垂直行业的特殊应用需求。增强移动宽带,则主要应用于VR等领域。

3.3 手机、汽车等下游产业结构升级,晶振需求提升

手机领域智能手机占比逐年提升,随着手机支持的功能的增加,如WIFI、蓝牙、GPS等功能的增加,对电子元器件的需求也在增加,低端功能机的晶振需求在2-3个左右,而高端智能机的需求最多可以接近10个。IDC数据显示全球2017年手机年产量在19.9亿部,其中智能手机15亿部,功能手机5亿部,智能手机占比74.8%;预计到2021年全球手机产量略有增加,超20亿部,其中智能手机占比提升至85.5%。以平均功能机4个晶振/智能机7个晶振计算,2017年手机产业晶振需求125亿只;2021年按功能机4个晶振/智能机10个晶振计算,将提升至183亿只,年均增长率为10%。


据中国汽车工业协会统计,2017年我国汽车产销较快增长,产销总量再创历史新高,全年汽车产销分别完成2901.5万辆和2887.9万辆,比上年同期分别增长3.2%和3%。乘用车产销量同样创历史新高,分别达到2480.7万辆和2471.8万辆。

国家2018年1月7日发布的《智能汽车创新发展战略》要求到2020年,智能汽车新车占比达到 50%,智能道路交通系统建设取得积极进展,大城市、高速公路的车用无线通信网络(LTE-V2X)覆盖率达到 90%,北斗高精度时空服务实现全覆盖。到2025年,新车基本实现智能化,高级别智能汽车实现规模化应用。“人–车–路–云”实现高度协同,新一代车用无线通信网络(5G-V2X)基本满足智能汽车发展需要。

随着智能汽车、新能源汽车的普及,将为汽车电子带来更大的市场空间。越来越多的电子配件[例如,传感器、通信(GPS、4G/5G)、摄像头、检测系统等]被应用到汽车上以提高安全性、舒适性、娱乐性和稳定性。汽车联网、智能识别系统及无人驾驶的快速发展将大幅促进上游元件市场的快速增长。如IDC关于未来车联网的十大预测中,包含5G通信、V2X车联网、ADAS、智能辅助等领域,对车辆的电子化、智能化要求进一步提高。2017年全球汽车年产量近1亿辆,如果按每车50个晶振需求,全球每年的晶振需求将达50亿只。假设2020年智能新车占比50%,使用晶振达到豪华车入门级别70个,全球预计使用约70亿只,年增长12%。

3.4 伴随物联网以及国产化替代,国内企业迎高速增长期

中国是全球电子产品的主要生产产地,据压电晶体行业协会(PCAC)数据国内2017年进口晶振数量为342亿只;推测国内2017年自产自销250亿只,则国内年消耗晶振数量将达600亿只左右,假定国内晶振消耗量占比为全球60%,则2017全球总消耗量将达1000亿只。

伴随5G催生的全新应用,将有数以百亿计的全新设备接入到万物互联的网络中,作为物联网的基础元器件,晶振行业将保持与物联网同步增长趋势。爱立信预测全球物联网连接设备数量,将由2016年的160亿,增加到2022年的290亿,其中计算机、固话、手机等传统设备将维持在低速增长,而远距离与近距离的物联网设备年均增速将分别保持在30%与20%的高增速,总体物联网连接设备的年均增速在10%左右。

爱立信预测2018年物联网新增设备将新增物联网连接数为16亿个,按每连接数参考共享单车3个晶振计算,将新增市场需求48亿只,考虑到智能手机、汽车、家电等领域智能化率提升,本身会提升晶振需求,预计2018年市场需求增加将达百亿只,我们认为晶振行业未来几年整体将保持10%左右的增速。国内晶振企业享受国产化替代红利,将会保持更高的增速。



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