晶振:电子工业之盐打破日本厂商垄断国内厂商迎来关键机遇期
晶振是利用石英晶体(二氧化硅)的压电效应而制成的频率元件,为电路提供参考时钟基准(时基)或频率基准(基频),数字电路的正常运行离不开晶振。
晶振大致上可以分为谐振器和振荡器,根据CS&A数据,2019年出货量占比分别为90%、10%。
1)谐振器:谐振器属于无源晶振,按照频率不同,可分为音叉型(KHz)和高频晶振(MHz)。
2)振荡器:振荡器属于有源晶振,除了石英晶体外,里面还包含晶体管和阻容元件,大致上可以分为XO(晶体振荡器)、TCXO(温度补偿晶体振荡器)、VCXO(压控晶体振荡器)、OCXO(恒温晶体振荡器)。
材料方面,包含晶片生产所需原材料石英晶体(二氧化硅),目前国内企业石英股份可大规模供应石英棒;另外SMD封装材料主要是基座和上盖,三环集团是国内核心供应商。设备方面,传统机械加工主要是切、磨、抛工艺,壁垒相比来说较低,相应设备国内厂商基本能满足需求。
国内厂商泰晶科技实现了大部分核心设备的自产自用;光刻工艺方面,光刻设备主要是微米级设备,但具有定制化属性,目前国内上海微电子具备生产微米级光刻机的能力。
晶振工艺主要包含传统机械加工和光刻MEMS工艺,机械加工壁垒相比来说较低;光刻工艺壁垒则较高,存在大量Know-How,具有较高的准入壁垒,目前日本的爱普生、 NDK、KDS和国内的泰晶科技具备全套MEMS光刻工艺规模化量产能力。
晶振下游应用领域广泛,几乎涵盖所有电子设备,下游主要是消费电子、移动通讯、工业、汽车、物联网等终端市场。
1)音叉型(KHz)晶振:结构形态是音叉型,内部结构较为复杂且有专利保护,因此准入门槛较高。目前国内泰晶科技KHz产品有自有专利,是国内唯一可大规模供应 KHz产品的晶振厂商。
从市场分布看,音叉型(KHz)晶振主要是32768Hz系列产品,大多数都用在电子设备计时以及低功耗设备唤醒,市场较为集中;
2)高频(MHz)晶振:结构形态是一个长方形、正方形或圆形的薄片,产品结构较 为简单。
高频晶振频率与晶片厚薄成反比,随着通信制式升级,通信频率慢慢的升高,相应高频晶振需求大幅度的增加。高频MHz晶振频段从几M到上百MHz,每个频点有对应系列产 品,因此市场较为分散。
电子设备轻薄化、智能化及高频化趋势下,晶振技术趋势呈现小型化、高频化、高精度,核心壁垒在于光刻工艺。
晶振的核心在于晶片,晶片最高工艺是MEMS光刻工艺,目前全球具备全套MEMS光刻工艺规模化量产能力的厂商有日本的爱普生、KDS、NDK以及国内的泰晶科技。
光刻工艺填补了国内微型音叉、超高频晶片领域空白,打破海外高端产品的垄断格局。
小型化、超高频晶振的生产必须用到光刻工艺,机械加工最薄做到30μm的厚度,对应频率50MHz,50MHz以上的超高频晶振需用到MEMS光刻工艺。
全套MEMS光刻工艺合计40余道工序,无技术可借鉴性,企业需自己不断摸索,涉及大量工艺经验的积累。另外,光刻高端设备具备定制化属性,存在大量Know-How。
晶振下游应用领域广泛,几乎涵盖所有电子设备。晶振的最大的作用是计时、唤醒以及提供基准频率。
此前3G/4G主要是针对手机等消费端应用场景,而到了5G,真正的完成了万物互联,智能家居、可穿戴设备、智慧城市、物联网、医疗电子、工业控制等新兴市场蒸蒸日上,行业成长空间被打开,未来3-5年将进入加速成长期。
根据CS&A不完全统计,2019年全球晶振行业空间30.1亿美元。2008-2019年全球晶振行业规模较为稳定,维持在30~35亿美金左右。以2010年为基准,虽然行业需求量增长近一倍,但价格也下降了一半,因此行业规模较为稳定。
价格下跌的根本原因是台湾及国内厂商成本优势较为显著,市场占有率持续提升。根据CS&A数据,日本厂商份额由2000左右的70%下降至2019年约50%;台湾厂商目前则占据全球约25%的市场占有率;目前国内厂商份额相比来说较低,2019年国内晶振龙头泰晶科技全球份额仅为2%。
5G显著提升行业壁垒,且带动晶振需求量大幅度增长。随着5G发展,全球晶振行业发生显著变化。和4G相对,5G通信速度约是4G的20倍,时延只有4G的1/10,连接数量则是4G的10倍。
随着AI、IoT、汽车电子等新兴市场快速地发展,带动高频化、小型化、高精度的晶振需求量激增,晶振价格止跌回升。根据中国产业信息网数据,2020年全球晶振需求量1755亿只,预计到2025年将增长至3125亿只,2020-2025年CAGR达12.2%。
可穿戴设备增长迅速,贡献增量空间。根据IDC数据,2020年全球可穿戴设备出货量4.45亿台,同比增长32.0%,预计到2024年将达到6.32亿部,2020-24年CAGR达12.4%。
一副TWS耳机要使用到4颗晶振,分别是2颗KHz和2颗MHz晶振。根据IDC数据,2020年全球TWS耳机出货量2.5亿副,预计到2024年将达到3.97亿副,对应2020年晶振需求量10亿颗,到2024年需求量将达到16亿颗。
全球物联网终端连接数量大幅度增长,贡献绝对增量市场。根据IoT Analytics数据,2020年全球IoT终端连接数量超117亿个,首次超过非IoT终端连接数。
晶振是数字终端必不可少的基础元件,需求量将随之增长,例如电子标签需1~3颗,智能手表需2~3颗,视频监控需3~5颗。
全球新能源汽车销量增长迅速,渗透率持续提升。受新冠疫情影响,2020年全世界汽车销量同比降低13.8%至7797万辆。其中,新能源乘用车销量331万辆,同比增长49.8%,渗透率达4.2%,较去年提升了1.8pct。根据 ICV Tank 数据,预计2021年全球新能源汽车渗透率将提升至5.8%。
汽车对晶振的可靠性、稳定性、一致性等要求非常高,且具有较长的认证周期,相应价值量也更高。晶振在纯电智能车主要使用在在安全控制管理系统、胎压检测系统、信息情报系统、车身系统和辅助驾驶系统,应用场景广泛。
随着汽车电动智能化持续渗透,车规级晶振需求量也将随之高增。根据NDK年报数据,低端车型配置10~20颗晶振,经济型汽车需晶振30~40颗,豪华型汽车需70~100颗。
5G手机正处于加速渗透阶段。2020年受新冠疫情影响,全球智能手机出货量有所下滑,全年累积出货量12.94亿部,同比降低5.7%。
其中,5G手机出货量约2.4亿部,渗透率由2019年的1.4%大幅度的提高至2020年的18.5%。
根据IDC预测,预计2021年全球智能手机出货量13.93亿部,同比增长5.5%。其中,5G手机出货量5.5亿部,渗透率达39.5%。
随着通信制式升级,高频晶振需求量大幅度的增加,价值量相应提升。随着手机芯片模块集成度慢慢的升高,单机晶振需求量逐渐降低。
目前5G手机芯片模块已高度集成,单机晶振需求量约2~3颗。随着通信制式升级,相应高频晶振需求量也大幅度的提高。
目前用于WiFi、GPS/GNSS等高频模块的高频晶振价值量较中低频晶振大幅提升,相应工艺壁垒也明显提升,核心壁垒在光刻工艺。
行业规模稳健增长,带来稳定增量需求。根据国家统计局数据,家电市场(彩电、空调、洗衣机、冰箱)产量每年维持在较高水准,2020年达5.77亿台,为晶振带来稳定需求。贸易战前,国内厂商大都采用国外晶振产品。
贸易战后,国内头部家电厂商陆续转向国内晶振供应商,未来几年国内厂商在家电领域的渗透率有望持续提升。
日本厂商垄断,国内厂商份额较低。根据CS&A数据,2019年日本厂商合计占据全球50%的市场占有率,其中,爱普生、NDK、KCD、KDS分别占比12%、11%、8%、6%;台湾厂商约占据全球25%的市场占有率,其中,台晶技(TXC)占比9%,市占率位列全球第三;国内厂商占比较低,2019年国内晶振龙头泰晶科技市占率仅约2%。
贸易战加速国产替代进程。贸易战前,由于晶振占终端成本低,大的终端厂商更换供应商意愿低。当时国内厂商只能在较小的市场进行竞争,竞争格局相对较差。
而经历19年行业低谷期后,国内大部分落后产能基本被淘汰,目前泰晶科技和惠伦晶体两家企业占据国内厂商中近70%份额。
华为贸易战后,国内计算机显示终端陆续转向国产供应商,叠加AIoT需求拉动,国内晶振厂商泰晶科技、惠伦晶体等迎来历史机遇期。
国内厂商在原材料开发、生产设备升级、产能规模方面不断补强,另外国内人力成本相比来说较低,因此产品成本优势凸显。日、台、美系厂商正逐步退出中低端市场,国内厂商份额有望加速提升。
泰晶科技2005年成立,2016年登陆上交所,同年收入产能产量跃居国内第一。公司2011年开始自主研发光刻工艺,2015年开始大规模量产,填补了国内微型音叉、超高频晶片领域空白,解决了卡脖子问题。公司基本的产品包含KHz、MHz、热敏产品、TCXO,2020年收入占比分别为37.3%、58.8%、3.8%、0.1%。
目前全球有四家企业具备全套MEMS光刻工艺规模化量产能力,分别是日本的爱普生、NDK、KDS以及国内的泰晶科技。随着5G正式商用,小型化、高频化晶振需求明显地增加,核心在于高频晶片,高频晶片的核心在于MEMS光刻工艺;
KHz产品结构较为复杂,工艺壁垒较高,且有专利保护,全球能够大规模供应KHz产品的厂商较少。目前国内仅泰晶科技具备大规模的供货能力,且具备自有专利;
公司目前能够自产调频机、清洗机、自动溅镀机、自动点胶机、自动缝焊机等设备,其中,核心设备调频机已研发至第8代,并出口日本。
此外,公司实现了传统DIP封装材料的自产自用。上游设备材料的一体化,有助于减少相关成本,提振盈利能力。
国内高频晶振领先厂商,享行业国产化红利。惠伦晶体成立于2002年,2015年登陆深交所,是国内高频晶振领域领先厂商。公司产品最重要的包含MHz的SMD谐振器、TCXO振荡器和TSX热敏晶体。
公司生产的SMD2520、SMD2016、SMD1612是国内较早量产的小型化晶振产品,此外,公司SMD1210晶振已完成研制并处于试生产阶段,TCXO、TSX热敏产品均已实现量产并批量供货,大范围的应用于通讯电气、消费电子、移动互联网、工业控制、家电、汽车电子、安防产品智能化等领域。
2020年下半年虽疫情恢复,AIoT、汽车电子等领域需求激增,产品供不应求,行业迎涨价潮。今年上半年东南亚等地区疫情严峻,持续影响晶振供给。随着马来西亚等地区产能恢复,晶振价格存在下跌风险;
晶振下游应用领域较为分散,若下游终端销量没有到达预期,可能会引起晶振需求下滑;
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