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行業新聞

中國離晶振強國隻有一步之遙 時間:【2018-03-23】 共閱【1386】次 【打印】【返回

          晶體振蕩器,習慣稱做晶振,是電子産品最常用的組件,小到手機、電腦,大到汽車、飛機、導彈、衛星都需要晶體振蕩器,其被譽為電子設備的心髒,在電子系統中扮演關鍵角色。傳說水晶具有預測未來的神奇力量,壓電水晶為制造晶體振蕩器的關鍵原料,随着晶體振蕩器大量滲透到了電子産業的各個角落,其行業狀況已經成為了直接反映市場動向的風向标。

盡管我國晶體振蕩器技術方面有了很大的進步,在普通晶體振蕩器方面具有了一定的影響力,但在高端晶體振蕩器技術方面還很薄弱,目前迫切需要改變大而不強的局面,早日邁向晶體振蕩器強國。

一、晶體振蕩器市場規模

近幾年,由于整個晶體振蕩器市場競争激烈,價格下滑,其營收額增長幅度十分有限,2014年全球晶體振蕩器市場營收為21.5億美元,預計2015年到2020将年複合增長5%,2020達到30億美元。其中亞太區2014年晶體振蕩器市場營收11.3億美元,預計2015年到2020将年複合增長9%,2020達到18億美元。

國内晶體振蕩器行業近幾年發展穩定,年産值約占全球總産值的百分之三十左右,位居世界前沿。受國内外宏觀經濟影響,我國晶體振蕩器産業雖然仍在繼續保持快速增長,但增幅狀态較比之往年有所回落。

圖1 2013-2020年全球晶體振蕩器規模(億美元)

 

圖2 2013-2020亞太區晶體振蕩器規模(億美元)

二、晶體振蕩器分類

按晶體振蕩器的功能和實現技術的不同,可以将晶體振蕩器分為溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、壓控晶體振蕩器(VCXO)、普通晶體振蕩器(SPXO)、恒溫晶體振蕩器(OCXO)。

溫度補償晶體振蕩器(TCXO):

溫補晶體振蕩器是一種帶有補償系統的減小溫度引起的頻率變化的石英晶體振蕩器。(補償的方法:電抗法、數字法)

特點:用熱敏補償網絡來提高石英晶體的溫度特性指标,可滿足較寬溫度範圍的需要;頻率範圍:1~40 MHz;頻率穩定度:5×10-6~5×10-7。

壓控晶體振蕩器(VCXO):

壓控晶體振蕩器是一種用控制電壓使頻率按一定規律偏移或調制的石英晶體振蕩器。

特點:頻率可随外加調制電壓而改變;頻率範圍:1~250MHz;頻率穩定度:普通晶振壓控為≤(1~2)×10-3fo/n2,高穩晶振可微調10-7。頻率微調或鎖相同步。

普通晶體振蕩器(SPXO):

普通晶體振蕩器是一種沒有溫度控制和溫度補償裝置的,頻率溫度特性基本上由所用石英晶體确定的振蕩器。

特點:直接反映所用石英晶體的性能;可工作頻率範圍通常為1KHz~250 MHz;頻率穩定度為10-4~10-5;一般用于本振源或中間信号。

恒溫晶體振蕩器(OCXO):

恒溫晶體振蕩器是一種至少能控制石英晶體元件溫度基本保持恒定的石英晶體振蕩器。它利用熱力學原理,把石英晶體或全部振蕩電路放置于恒溫器内來改善頻率溫度特性的晶體振蕩器(有一般精密和高精密晶體振蕩器之分)。

特點:加載恒溫槽内,使石英晶體配調于零溫度系數點上,而不受外界溫度的影響,使振蕩器滿足特性指标。頻率範圍:1~250MHz(中精度),2.5,5,10 MHz(高精度);頻率穩定度:10-7~10-8(中精度),10-9~10-11(高精度)。

恒溫晶體振蕩器(OCXO)是通信基站裡的核心部件,主要是提供網絡通信的同步信号源。

三、晶體振蕩器競争格局

日本在晶體振蕩器産業上一直處于領先地位,行業産值可以占到全球晶體振蕩器行業産值的60%,剩餘的部分被歐美、中國大陸和台灣地區瓜分。

其中Epson、NDK、KDS是我們耳熟能詳的日本晶體振蕩器品牌,TXC、HELE是我國台灣晶體振蕩器知名廠家,本土有東晶電子、東光電子,泰晶電子、惠倫晶體、南京華聯興電子,晶源電子等晶體振蕩器企業。

歐美日系廠商憑借在晶體振蕩器産業起步較早、基礎深厚的優勢,在市場上具有較高的知名度,并在高端産品線擁有較高的市占率,但随着近年來中國大陸及台灣地區石英晶體振蕩器廠商的崛起,使得這一市場的格局更為多元化

我們重點對二家日本晶體振蕩器廠商(NDK/KDS)和一家我國台灣地區晶體振蕩器廠商(TXC)近幾年營收分析,看到由于全球經濟複蘇緩慢,終端需求疲弱,再加上競争激烈導緻價格不斷下滑,晶體振蕩器廠商營收普遍差強人意。在市場需求不佳和産品競争日益加劇下,盈利能力下降。

圖3 NDK 2013-2015年 營收(億美元)

圖4 KDS 2013-2015年 營收(億美元)

圖5 TXC 2012-2015年 營收(億美元)

四、晶體振蕩器發展趨勢

世界電子元件的技術發展來看,總體來說,貼片式(SMD)已經成為衡量電子元件技術發展水平的重要标志之一,其中在以貼片式為主的同時,也在往小型化發展,随着電子設備小型化進程的加速,電子元件複合化和集成化的步伐也在加快。 石英晶體振蕩器振正進入以新型晶體振蕩器系列為主體的新一代元器件時代,它将基本上取代傳統元器件。新型晶體振蕩器體現了當代和今後電子産品向微型化、薄型化,低功耗,響應速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能和智能化等的發展趨勢。同時,産品的安全性和綠色化也是影響其發展前途和市場的重要因素。

晶體振蕩器有以下發展趨勢:

1、小型化、薄片化和片式化:為滿足移動電話為代表的便攜式産品輕、薄、短小的要求,石英晶體振蕩器的封裝由傳 統的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉變。例如TCXO這類器件的體積縮小了30~100倍。采用SMD封裝的TCXO厚度不足2mm。  

2、高精度與高穩定度,無補償式晶體振蕩器總精度也能達到±25ppm,VCXO的頻率穩定度在10~7℃範圍内一般可達±20~100ppm,而OCXO在同一溫度範圍内頻率穩定度一般為±0.0001~5ppm,VCXO控制在±25ppm以下。  

3、 低噪聲,高頻化,在GPS通信系統中是不允許頻率顫抖的,相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一個重要參數。OCXO主流的産品相位噪聲性能有很大改善。除 VCXO外,其它類型的晶體振蕩器最高輸出頻率不超過200MHz。例如用于GSM等移動電話的UCV4系列壓控振蕩器,其頻率為 650~1700MHz,電源電壓2.2~3.3V,工作電流8~10mA。 

4、低功能,快速啟動,低電壓工作, 低電平驅動和低電流消耗已成為一個趨勢。電源電壓一般為3.3V。許多TCXO和VCXO産品,電流損耗不超過2mA。石英晶體振蕩器的快速啟動技術也取 得突破性進展。例如日本精工生産的VG—2320SC型VCXO,在±0.1ppm規定值範圍條件下,頻率穩定時間小于4ms。日本東京陶瓷公司生産的 SMD TCXO,在振蕩啟動4ms後則可達到額定值的90%。在預熱5分鐘後,則能達到±0.01ppm的穩定度。

五、晶體振蕩器價格趨勢

通常石英晶體振蕩器加工流程有數十道複雜的工序,從石英切割、購買基座、起振晶片,用特殊導電膠将石英及晶片黏帖在陶瓷基座上,并進行填充氮氣密封數;其對工廠的生産品質管理有着極為嚴格的要求。而這也是品牌與非品牌石英晶體振蕩器成本差别較大的重要原因,如 EPSON、NDK、TXC、KDS等對品質工藝的管理較高,而他們産品的成本也一直居高不下。

除了品牌與非品牌的成本因素,還有許多因素會與晶體振蕩器的價格相關。盡管晶體振蕩器的參數比較多,但是影響價格的指标主要是工作溫度和溫度穩定性。一般溫度範圍越寬、穩定性要求越小的晶體振蕩器價格越高。

晶體振蕩器行業已經非常成熟,因此晶體振蕩器價格逐年下滑。2005年晶體振蕩器平均價格大約為2元人民币,而到2011年下滑到1.2元,2012年大約為1.1,下滑幅度8%-10%。

近幾年晶體振蕩器市場雖略顯供大于求,但總體上産品的價格變化不大,基本保持穩中有降的态勢。

圖6 晶體振蕩器平均價格趨勢

六、國産晶體振蕩器産業需由大變強

雖然我國生産的晶體振蕩器産量已居世界首位,但整個生産的晶體振蕩器以低附加值的低端産品為主,而高附加值的高端産品很少,并且一般生産的産品都是出口國際市場,已經進入無利可圖的境地。

我國每年晶體振蕩器使用量約超過13-15億顆,而80%完全是依靠進口,高端晶體振蕩器産品,幾乎是百分之百進口,尤其是高端的溫補晶體振蕩器和壓控晶體振蕩器,主要來自日本,美國,歐洲等廠牌生産。

比如目前嚴重缺貨的26M、2520貼片溫補晶體振蕩器,國内廠商還未見有可替代産品,國産晶體振蕩器産業還遠遠不能滿足我國整機系統發展要求。

未來幾年,無論是全球市場還是國内市場,電子信息産業的迅猛發展将會給晶體振蕩器産業帶來廣闊的市場應用前景,新産品的問世層出不窮,這是都為晶體振蕩器開闊了新的應用市場。

和任何行業一樣,晶體振蕩器也有技術壁壘,中國晶體振蕩器技術發展比較遲,比較慢,盡管現在晶體振蕩器技術方面有了很大的進步,已湧現如東晶電子、東光電子,泰晶電子、惠倫晶體、南京華聯興電子,晶源電子等名牌企業,在普通晶體振蕩器方面具有了一定的影響力,但在高端領域還是和日本企業,歐美企業,我國台灣企業有很大差距。不可否認,我們在某些關鍵技術方面還是受制于人,在高端晶體振蕩器技術方面還很薄弱。

國内晶體振蕩器廠商必須重視基礎能力的提升,加大研發投入,形成有自己特色的技術積累。隻有苦練内功,才能赢得未來發展的先機。通過持續提升自身的技術水平,靠能力取勝,靠創新取勝。

我們期待我國晶體振蕩器制造産業大而不強的局面能夠盡快扭轉,成為晶體振蕩器産業領域的制造強國。