2019-2020年晶振行业研究报告

来源：长城证券

1. 硅晶振快速发展，石英晶振仍占据主导

1.1 晶振在数字电路中不可或缺

电子电路的正常工作，离不开规律、稳定的“时钟信号”。时钟信号既能让各个电路完成 其功能，也能使电子设备与周边的控制器等连动（同步）。晶体振荡器是电路中常用的时 钟元件，在数字电路中不可或缺。晶振上游主要包括原材料生产培养、材料制造、精密 机械研制。下游客户包括消费类电子产品、小型电子类产品、资讯设备、移动终端、网 络设备、汽车电子等领域，其市场很大程度依附于电子信息制造业增长。

晶振产品有十余项关键参数，如工作频率、频率稳定度，温度频差、负载电容、谐振电 阻、封装形式、老化率等。由于所有电路都是以重复且稳定的频率信号作为参考，选择 合适的晶振是系统能否持续高效工作的重要基础。

1.2 晶振按材质可分为石英晶振和硅晶振

晶振按材质可分为陶瓷晶振、石英晶振和硅晶振。其中，石英晶振占据主导地位，但近 几年硅晶振也有显著上升趋势。

 石英晶振生产工艺

石英晶振的主要功能材料为水晶，即一种化学成分为二氧化硅（SiO2）的六角锥形结晶 体。石英之所以成为谐振器的原材料，是由于它具有正（机械能→电能）、逆（电能→机 械能）压电效应。如果沿石英晶片的电轴或机械轴施加压力使晶片产生形变，那么垂直 于这些轴的两个表面则会产生电荷，这种现象称为正压电效应。如果在石英晶体两个表 面施加电场，则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩，这种现象称为逆压电效应。基 于这种特性，当石英晶振置于交变电场中，晶体的体积会发生周期性的压缩或拉伸，形 成了晶体的机械振动。当交变电场的频率等于晶片的固有机械谐振频率时，晶片的机械 振动幅度最大，产生共振现象。

石英晶振主要原材料为晶片、基座、外壳、锌白铜、上盖等。生产流程包括切割、镀银、 点胶、起振芯片（有源晶振工序）、密封等数十项环节。由于工艺流程繁复，生产过程中 每一道工序都需要严格的品质把控。比如，保证优良的气密性，避免微尘掉落，严控石 英切割研磨角度等。

 MEMS 硅晶振生产工艺

20 世纪 90 年代，为克服石英振荡器制造周期长的缺点，MEMS 全硅晶振应运而生。MEMS 振荡器具备小型化、可编程性、抗冲击性等优势。MEMS 硅晶振以硅作为原材料，结合 全自动化的半导体 IC 工艺进行生产。产品谐振器部分和 IC 振荡部分组成。谐振器部分 为 MEMS 硅晶圆，IC 振荡部分为可编程 CMOS 驱动芯片，二者封装完成。硅晶振的封 装尺寸及焊接管脚与传统石英振荡器完全兼容，可直接进行产品替代。

1.3 石英晶振占据市场主导地位

 石英晶振和 MEMS 硅晶振均有其独特优势

结合 SiTime 和 Epson 的两家公司实验数据，我们对以下两种振荡器的性能进行比较说明：（1）以石英晶体单元为波源的基波振荡器；（2）以硅谐振单元为波源且使用锁相环（PLL） 的全硅 MEMS 振荡器。

 一致性和稳定性：硅 MEMS 晶振优于石英晶振

石英晶振不同的工作频率对应不同的切割角度和切割方式，小型化后质量稳定性难以保 障。此外，石英晶振老化后，可能导致密封在金属壳与基座空腔内的惰性气体“漏气”。

一旦晶体表面的银被氧化，产品将出现故障。石英产品平均无故障工作时间仅为 3 千万 小时。而硅 MEMS 晶振生产时采用完全半导体工艺，保证了量产产品的品质一致性；且 硅晶振采用先进工艺进行真空密封，无“气密性”问题。SiTime 公司测试数据显示，硅 晶振平均无故障工作时间可高达 5 亿小时。

 即时生产力：硅 MEMS 晶振优于石英晶振

石英生产流程包括切割、镀银、封装、测试、老化等数十道工序，一般需要经过 8-16 周 的生产周期。此外，石英振荡器所需的基座和起振 IC 全部被两三家日系供应商控制，这 决定了石英晶振无应急供货能力。而 MEMS 硅晶振加工厂会提前备有大量的 MEMS 谐 振晶片及 CMOS 晶片，当有客户需求的时候仅需要进行简单的封装测试就可交货，交货 周期大大缩短。

 抗冲击性：硅 MEMS 晶振优于石英晶振

石英晶振工作频率与晶片厚度成反比，晶片太薄则容易碎裂。工作频率为 40MHz 的石英 晶振，对应晶片厚度仅为 0.04mm。因此，高频石英产品在运输过程中容易碎裂。而 MEMS 硅晶振轻巧的设计和先进的架构，使其具有良好的抗冲击能力。根据 SiTime 公司测试报 告显示，硅晶振抗冲击性是石英晶振 10 倍以上。

 可编程性：硅 MEMS 晶振优于石英晶振

传统石英振荡器的主要规格参数如输出频率、频率稳定性是由石英切割的形状、厚度及 加工过程中镀银老化等步骤来实现，这也导致石英缺乏灵活性。全硅 MEMS 振荡器可使 用专门的设备进行编程，实现频率、电压、精度等相关参数的控制。

 频率温度特性：石英晶振优于硅 MEMS 晶振

根据 Epson 测试数据显示，石英晶振温度特性呈现连续性的三次曲线，而带简易温调功 能的石英晶体振荡器（如 G-211S*E）能够在较大温度范围内保持特性温度。而硅的频率 公差随温度呈线形变化,需要使用小数分频锁相环电路（PLL）进行精密补偿，以保证频 率稳定性。

 相位抖动：石英晶振优于硅 MEMS 晶振

全硅 MEMS 振荡器使用锁相环电路进行补偿，针对各温度范围转换不同的分频比。温度 点的振荡频率不连续性将引起输出信号相位变化，从而对噪音和抖动特性造成不良影响。根据 Epson 对 3.3V 电源电压、+25℃条件下不同振荡器进行测试，石英晶振在 12K 至 20MHz 的相位抖动情况显著优于硅晶振。

 电流消耗：石英晶振优于硅 MEMS 晶振

Epson 在 3.3V 电源电压、+25℃且负载电容等于 10pF 的条件下各振荡器耗电量测试数据 显示，石英晶体振荡器采用波源基波振荡方式，结构简洁，耗电量较低。而全硅 MEMS 振荡器结构复杂，电流消耗要显著高于石英晶振。

 起振特性：石英晶振优于硅 MEMS 晶振

根据 Epson 对 0-0.5 秒时间段中，在 3.3V 电源电压、+25℃的条件下各振荡器通电后的起 振特性的测试结果：以频率偏差在±10*10-6 以内的稳定所用时间进行比较，石英晶体振 荡器的振荡频率在 1.5 毫秒以内实现稳定；全硅 MEMS 振荡器①约需 90 毫秒；受频率补 偿方式的影响，相位抖动特性较好的全硅 MEMS 振荡器②约需 250 毫秒。

 频率稳定度：石英晶振优于硅 MEMS 晶振

Epson 测试 50 秒条件下的各振荡器频率稳定度结果显示，硅 MEMS 振荡器①由于信号强 弱而产生高达约 0.6*10-6的抖动。带锁相环补偿电路的硅 MEMS 振荡器②稳定度有所改 善，但仍不及石英晶体振荡器。

综合上述实验指标以及市面各类产品参数，我们在下表中总结石英晶振及硅晶振各指标 的差异。总体来说，MEMS 硅晶振在质量稳定性、抗震性能、交货周期、封装尺寸及可 编程方面具有优势，在对小型化要求较高的市场或某些特定的应用场所如物联网、可穿 戴等领域逐渐渗透。石英晶振精度高、耗电量小、相噪抖动较小等优势显著，广泛用于 卫星通信、GPS、航空航天及消费类民用电子产品中。

经过多年发展，石英晶振已占据市场主导。CS&A 数据显示，2018 年石英频率元件市场 规模达到 34 亿美元，年复合增长率约 0.52%。根据 Yole Development 数据，MEMS 硅晶 振市场规模预计将从2018年的1亿美元，增长至2024年的6亿美元，复合增长率为35.2%。由此可见，虽然MEMS硅晶振市场规模快速增长，但目前石英产品仍占据主要市场份额。

2. 石英晶振向小型化、高精度、低功耗趋 势发展

2.1 石英晶振历史悠久

晶振的起源可追溯至 1880 年，但在近几十年才被大量使用。行业发展历程大致经历四个 阶段：启蒙期、开发期、发展期、爆发期。

 启蒙期（1960 年之前）：雅克和皮埃尔居里于 1880 年发现了石英压电效应。1921 年， Cady 制作了第一个石英晶体振荡器。20 世纪 50 年代，人造水晶开始工业化生产， 解决了制造石英晶体元器件的关键材料问题，晶体元器件的制造技术由此得到快速 发展。

 开发期（20 世纪 60 年代-90 年代）：随着微电子技术和国际信息产业的发展，石英 晶体元器件生产工艺技术和生产设备也实现了高度自动化。20 世纪 80 年代前，石英 晶体元件基本上用于军事，从 80 年代起则大量转为民用。

 发展期（20 世纪 90 年代-21 世纪初）：在家电及 PC 产业、通信大发展的共同推动下， 石英晶体元器件行业迎来了发展的黄金时期。晶振的研发及生产也由海外逐步向中 国转移，台湾企业崭露头角，大陆晶振企业开始萌芽。历经十年的发展，中国成为 全球石英晶体元器件的重要生产基地。

爆发期（2010 年至今）：以 iPhone 为代表的智能手机出货量急剧增长，中国通信技术完 成 3G 到 4G 的升级。智能手机、平板电脑、可穿戴设备等终端形态的出现带动晶振需求 呈爆发式增长。台湾厂商凭借产量优势迅速崛起，大陆厂商也以低成本占据了中低端市 场。

2.2 石英晶振可分为有源晶振和无源晶振

石英晶振按属性可划分为石英晶体振荡器（有源晶振）和石英晶体谐振器（无源晶振）。

 无源产品结构简单，有源产品相对复杂

无源晶振结构相对简单，主要由按照一定形状切割后的石英晶片和两个电极板组成，其 自身无法振荡，需要电容电阻等元器件起振。无源晶振通常只有两个脚是功能脚，其余 引脚并无功能性。

有源晶振通常是由一个石英晶体谐振器+震荡电路+放大电路+门电路的集合体。有源晶振 自身是一个完整的振荡器，有 4 只引脚分别为 VCC（电压）、GND（地）、OUT（时钟信 号输出）、NC（空脚）。

 无源晶振具备成本和功耗优势，有源晶振具备稳定性优势

无源晶振必须由外围阻容元件及反相器一起构成时钟振荡源，若负载电容选择不当，晶 振稳定性将变差甚至导致停振；此外，无源晶振外接电容并未屏蔽，较易受到环境干扰。上述两个因素综合导致无源晶振精密度和稳定性弱于有源晶振。但无源晶振低成本、低 功耗、信号电平可变，应用场景十分丰富。

有源晶振内部则使用专业振荡 IC,采用水晶片上的电极喷银或者刻蚀等方式对晶体频率 进行微调，封装后无需额外连接电容，避免了因负载不匹配造成的频率漂移。此外，有 源晶振（如温补晶振、温控晶振）可针对晶体的频率温度特性做相应的补偿，成为弥补 石英晶体温漂的重要手段。有源晶振因其优异的特性，广泛应用于卫星通信、航空航天、 精密计测仪器等高科技行业。例如，手机导航模块一般采用有源晶振，因为 GPS 模块每 时每刻与卫星交互产能大量热量，而温补晶振可确保高温环境下输出频率的稳定性。

无源晶振按频率特性可进一步分为 DIP 晶体谐振器和 SDM 晶体谐振器。

 DIP 晶体谐振器主要以千赫为单位，最常见的频率为 32.768KHz。DIP 产品普遍存在 的尺寸有 3*8mm、2*6mm，体积略大于贴片晶振。此类产品通常应用于钟表、平板 电脑、微型计算机、计算器、家电自动控制和工业自动控制等领域，上述终端产品 给微型元器件提供的安装空间相对充裕。

 贴片晶振主要采用先进的晶片的抛光工艺技术,使晶片表面更光洁,平行度及平面度 更好，大大地降低谐振电阻,精度得到了很大的提升；同时，SMD 晶振体积小巧，适 用于对尺寸要求较高的应用场景，比如智能手机、无线蓝牙、平板电脑等电子数码 产品。

有源晶振根据国际电工委员会（IEC）标准可分为 4 类：普通晶体振荡器、电压控制式晶 体振荡器（VCXO）、温度补偿式晶体振荡（TCXO）和恒温控制式晶体振荡（OCXO）。

 普通晶体振荡器（SPXO）：是最基本的有源类型，其稳定性完全由石英晶体固有特 性决定。其性能与其它无源谐振器相比有了提升：即使是尺寸为 2.5mm*2.0mm 的晶 振，在环境温度为-45℃至 105℃区间，也可实现±50ppm 的稳定性。

 电压控制晶振(VCXO)：压控晶振中常使用 AT 切石英谐振器，通过在振荡回路中引 入一个可调元件，来实现振荡频率随压控电压调节的功能。可调元件通常为变容二 极管，通过外加电压使变容管的电容值发生改变，进而使谐振回路的谐振频率随之 变化，达到压控的目的。VCXO 的调谐范围规范约在±10ppm 到±100ppm。

 温度补偿晶振(TCXO)：如果固有频率与石英晶体的温度稳定性不能满足应用要求， 可以采用温度补偿晶振。通过改变振荡回路中的负载电容，使其随温度变化来抵消 因温度环境而产生的频率漂移。TCXO 的精度误差可控制在±0.5ppm 至±2ppm。

 恒温控制晶振(OCXO)：具有烤腔的振荡器将晶体加热到高温，这样以来即使环境温 度发生改变，晶体的温度也保持稳定。OCXO 的频率偏差可低至 0.025ppm。而这种 稳定性的提升是以增加功耗为代价的，典型的 OCXO 可能需要 0.5 到 5W 的功率来 维持内部温度。开机后，还需要等待温度和频率稳定下来的暖机时间大约为 3 分钟。

2.3 小型化、片式化、高精度、低功耗成为一种趋势

晶振小型化进程加速。由过去的 20 年中可以看出，晶振体积从约 150 立方毫米缩小到约 0.75 立方毫米（如 1612 贴片晶振），下降至最初的 1/200。以手机蓝牙模块为例，手机蓝 牙通常需要一颗高频晶振及一颗工作频率为 32.768KHZ 的低频晶振。高频晶振则由最初 的 5.0*3.2 逐步发展至 3.2*2.5 贴片晶振以及 2.5*2.0 贴片晶振；此外，32.768K 晶振由最 初的圆柱直插（音叉）晶振，到尺寸为 7.0*1.5mm 的贴片晶振（如精工电子的 SSP-T7-F、 爱普生 MC-146），再逐步发展至目前广泛使用的封装尺寸为 3.2*1.5mm 的产品（如大真 空 DST310、爱普生 FC-135），未来尺寸为 2.0*1.6mm 的贴片晶振（如爱普生 FC-12M）， 渗透率亦将逐步提升。

晶振片式化率逐步提高。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%，日本片式化率高达 80%以上;近年随着国内 企业 SMD 晶振产能释放，我国晶振片式化率也不断提高。以摄像头为例，使用的晶振由 12MHz 的 49S 圆柱直插晶振，到 49SMD 贴片晶振，再到现在的 5032、3225 贴片晶振。

晶振向高精度方向发展。石英材料制成的频率器件均有一定温漂，即晶振的振荡频率会 随着环境温度的变化发生微小的偏移。正是由于温漂的存在，普通晶振的精度多为 10ppm-50ppm（ppm 代表着百万分之一，表示晶振的精度和相对偏差）。北斗 GPS 定位导 航系统、人造卫星、无线基站等高科技领域对稳定性要求较高，需要配置高精度、功耗 低、抖动小的温补晶体振荡器（TCXO），其独有的温度补偿功能可将频率偏差控制在± 0.5ppm 至±2ppm。此外，温补晶振应用在智能手机中，可以很好地解决手机发热、爆炸， 以及在极端环境中引起的跑电、关机等问题。当外界温度变化时候，TCXO 可以稳定地 将温度控制在规定的范围以内。

晶振低功耗成为一种趋势。许多温控晶振和压控晶振在 3.3V 电压条件下，电流损耗仅为 1.5-10mA。例如爱普生公司的 VG-4231CB 压控晶振，电流损耗仅为 1.6-2.8mA。晶振的 快速启动技术也取得突破性进展。例如爱普生公司生产的 TG-5006CJ 温补晶振，在振荡 启动 5ms 后则可达到额定值的 90%。

3. 国产替代的三个逻辑

3.1 晶振市场格局：日本领先，中国追赶

全球石英晶体元器件厂家主要在日本、美国、中国台湾地区及中国大陆。美国厂商主要针对 美国国内及部分专项市场，供求渠道较为稳定，产品单位价值较高。日本是国际石英晶 体谐振器传统制造强国。随着电子信息行业的飞速发展和智能应用领域的多元化，日本 厂商进一步加大了技术及设备的升级速度，在中高端应用领域实行了排他性的相对技术 垄断，具备较强的规模效应和技术优势。2013 年以后，日本厂商受到原材料和人力资源 成本上升，以及全球范围内其他区域如中国台湾、中国大陆等厂商产能扩张等因素的影 响，市场份额出现较大幅度下滑。日本厂商将中低端业务逐步转移至中国，市场份额占 比已经由 2011 年的 59.3%下降到 50%以下。

中国台湾地区厂商近年来发展迅速，产品更新速度快，2017 年已经占据了全球约 24.3% 的市场份额，竞争实力在短时间内也无法撼动。大陆企业起步较晚，核心生产设备依赖 外购，产品主要应用于消费类电子和小型电子领域。不过近年来，大陆厂商凭借成本优 势迅速发展，成长率显著高于其他国家。根据日本水晶工业协会公布的数据：2017 年大 陆厂商晶振销售额约占全球的 10.10%，较 2010 年的 4.0%增长近 6.1 个百分点。

3.2 替代逻辑一：稳固无源晶振市场份额

无源晶振在对精度要求较低、成本较高的领域广泛应用。虽然无源晶振的精度、抗噪声 性能、抗干扰性能较有源晶振存在一定差距，但终端厂商在选择晶振时也会考虑成本因素。无源晶振的价格仅为有源晶振的五分之一至十分之一，在电路中广泛应用。比如， 移动终端的蓝牙传输、红外线功能，计时器及钟表的计时功能，仅需无源晶振便能实现。

无源晶振产销量在晶振市场中占较大份额。根据 CS&A 数据，2018 年全球利用石英晶体 制成的频率元件产值为 33 亿美元，其中无源产品产值为 18 亿美元，占比为 55.3%。石英 晶体频率元件年销量 180 亿颗，其中无源产品销量为 164.45 亿颗，占比为 89.3%。根据 压电晶体行业协会（PCAC）的数据，国内市场 2016 年石英及陶瓷等各类材料制成的无 源晶振销量达到 185.7 亿颗，其中音叉晶体谐振器、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。

疫情过后国内厂商陆续提价，无源晶振国产替代迎来契机。对比四家晶振厂商低频及高 频晶体谐振器产品参数，日本、台湾、大陆厂商在无源晶振领域并无明显差异。目前， 中国凭借劳动力成本、市场规模优势，已经发展成为无源晶振主要制造基地。2020 年新 冠疫情导致全球晶振产能减少，供需状况发生转变。3 月后，中国情势已经逐步好转产能 释放在即，晶振行业迎来国产替代契机。根据公开资料显示，泰晶科技等国内晶振企业 已于 2 月 20 日对产品亦进行新一轮提价，中国厂商在无源领域的优势将逐步凸显。

3.3 替代逻辑二：TCXO 及 TSX 订单增长，国产替代空间巨大

经过 2017-2018 年晶振市场低迷期，部分日企整生合产线。有源晶振可针对晶体的频率 温度特性做相应的补偿，多用于高速通信、导航、汽车电子等领域。2015 年-2016 年 4G 建设对温补晶振需求旺盛，日本各厂商纷纷扩张产线。而 2017 年后，移动通信行业步入 4G 到 5G 过渡阶段，温补晶振需求疲软，前期扩产导致库存积压。日本厂商和全球代理 商开始消化库存，温补晶振价格一度大幅下跌。石英晶振市场规模在 2018 年下滑 10.11%， 至 29.4 亿美元。巨头 NDK 公司有源业务在 18 及 19 财年连续下滑，KDS 业务收入也进 入负增长阶段。部分小厂商关闭生产线进行整合，实力较强的龙头企业则专注高附加值 产品，市场集中度进一步提升。例如，以京瓷为代表的部分日系晶振厂甚至剥离 2520、 2016 尺寸温补晶振产线，转而主攻毛利率更高的 1612 尺寸产品。

2019 下半年有源晶振市场供需情况发生转变，2520 及 2016 温补晶振订单增多。供给端：由于此前部分日本晶振原厂和材料供应商将生产线迁至东南亚等地，导致部分型号产品 交货周期延长，有源晶振又回到供不应求的状态。需求端：移动通信市场 5G 基础设施建 设加速，汽车领域配置 ADAS 等设备的高端车型渗透率提升，综合导致晶振市场回暖。5G基站、汽车电子及物联网等高科技领域对2520 （2.5mm*2.0mm）、2016（2.0mm*1.6mm） 两种尺寸的温补晶振和热敏晶体需求较高，该型号产品订单增长，逐步出现量价齐升的 态势。

低成本的热敏晶体可在一定程度上替代温补晶振。热敏晶体和温补晶振都是在特殊环境 下使用的频率元件，可以改善其频率温度补正。热敏晶体的原理是在普通贴片晶振基础 上增加一颗热敏电阻以及一颗变容二极管，利用变容二极管的容变功能与热敏的传感功 能相结合，形成带有温度传感功能的热敏石英晶振。热敏晶振在工作过程中受到了温度 感应时可以使晶体产品在工作过程中保持一个精准的不变的温度，使晶振产品的精度给 CPU 提供信号的同时又能避免因为温度的问题给晶振造成频率较大的偏差。带有温度传 感的热敏晶振是温补晶振的替代品，其成本低廉、生产快捷，但精度弱于温补晶振。例 如，TCXO 温补晶振的频率偏差在±0.5ppm 的范围，晶振给 CPU 控制中心提供的信号接 收到的线路导航精准偏差在 3-5 米范围内；而热敏晶振频率偏差为±10PPM，导航偏差约 为 200 米。

温补晶振&热敏晶体国产替代空间巨大，中国企业逐步实现技术突破。惠伦晶体聘请国 外具有先进研发经验和专业学识的高级人才，实现了 TCXO 器件产品的技术研发，向压 电石英晶体产品全系列发展。泰晶科技也研发出广泛应用于移动通信和汽车电子领域的 2520、2016 两种型号热敏晶体。对比日本、台湾、大陆五家公司产品数据，大陆企业将 逐步突破热敏晶体和温补晶振技术，进一步缩小和日、台企业的差距。

3.4 替代逻辑三：突破光刻技术，推进小型化、高精度发展

 MEMS 技术可解决传统机械加工的局限

高稳定性的晶体元器件晶体单元/晶体振荡器按照切型主要分为三种：（1）kHz 级的晶体 单元采用音叉型结构振动子；（2）MHz 级的晶体单元采用 AT 型结构振动子；（3）百 MHz 超高频晶体单元采用 SAW 型振动子，温度特性曲线和音叉型振动子类似。随着下游产品 对晶振抗振性、相位噪声等、尺寸小型化等参数要求越来越高，传统机械加工的局限性 逐渐显露。

 音叉型晶振缺陷：单元尺寸压缩后将难于取得良好的振荡特性。当石英振动子的尺 寸从 1.2×1.0mm 减小到 1.0×0.8mm 时，串联电阻值（CI 值）会升高 30%左右，也 就是说音叉型晶体单元尺寸压缩后将难于取得良好的振荡特性。

 AT 切型晶振缺陷：传统机械加工难以满足严格的公差要求。AT 切割是目前使用最 广泛的石英晶体类型之一，常用于高频晶振。典型的超小型胚料尺寸小于 3.5*0.63mm， 加工难度大幅增加。大规模生产小型晶体时，需要将公差控制在 2um 以内，而传统 机械加工难以满足严格的公差要求。

 超高频晶振缺陷：多次倍频导致相噪损失严重。晶振工作频率通常与晶片厚度成反 比，传统机械加工最适合的频率范围为 1-40MHz（对应晶片厚度 0.04mm）。以传统 方式生产百 MHz 晶振需要将晶片加工至超薄，从而导致出现稳定性差及易破损的缺 点。因此，生产百兆赫兹高频晶振通常采用 10MHz 成熟产品作为基准频率源，并经 过多次倍频获得所需信号。但这样导致电路复杂，相噪损失严重。

微电子机械系统（MEMS）技术的有效应用为石英晶体的加工提供了技术借鉴和启发。MEMS 技术利用 IC 加工技术实现微纳米尺度加工，在加工精度、加工手段、EDA(计算 机辅助设计)等方面具有先天优势，因此石英晶体技术与 MEMS 技术的结合成为必然趋势。

 MEMS 技术用于超小型音叉晶体，使体积压缩至原有产品 1/10

音叉谐振器包括底部和从底部延伸的两个振动臂，在两个振动臂上镀有激励电极（红色 部分）。该常规结构的晶片微型化后，激励电极面积将随之减小，不利于起振。MEMS 技 术通过对振动片进行三维立体加工形成 H 型槽的构造，既确保了电极的面积，又提高了 电解效率。MEMS 技术有效推动晶体谐振器小型化发展，光刻加工下的晶振体积缩小至 18.8mm3 小型音叉型晶体器件，体积仅为原有产品 1/10 以下。

 MEMS 技术用于 AT 型晶体/AT 振荡器，将尺寸公差保持在 1um 以内

利用 MEMS 技术的光刻加工可以提升石英晶体芯片的一致性与稳定性，光蚀刻工艺能够 将尺寸公差保持在 1um 以内。

光刻工艺首先使用电子束真空沉积系统将石英晶片化学蚀刻至预定频率，清洁并用铬和 金薄膜金属化。石英掩模和双对准器光刻生成 AT 条带图案，其中晶片的顶部和底部表面同时对准和曝光。然后通过随后的光掩模步骤限定晶体电极和探针焊盘案。然后对晶片 进行化学金属和石英蚀刻以形成单独的 AT 条带。最后，使用孔掩模和薄膜金属沉积将顶 部和底部安装垫连接在一起。光刻工艺完成后，晶圆包含上百个独立的超小型 AT 晶体谐 振器。

 MEMS 技术用于 HFF 晶体单元/HFF 振荡器，使高频产品可以直接以基波起振

不同于传统机械加工将晶片整体变薄，光刻加工仅减少驱动电极附近的厚度（反向台构 造），保持芯片强度。这样以来，百 MHz 的高频晶振可以直接以基波起振，不用以中低 频成熟产品作为基准频率源。光刻加工的 HFF 振荡器具有优良的抗震性以及较低的相位 噪声，适用于光传输装置、基站等通信基础设置。

 国产企业突破光刻技术，推进产品向小型化、高精度趋势发展

石英晶体硬度及理化性质稳定，频率基本不随温度变化，由此产生的内部振荡损失也最 小，非常适合精密制造。同时，区别于传统的机械式加工生产方式，改良的制程更便于 批量生产，可以在保证小型化的同时把偏差控制在最小限度内，从而使产品具备小型化、 低耗电、高稳定、高频率的优势。应用 QMEMS 技术的微型化产品与传统机械加工生产 的晶振前端工艺区别为：1）微型化产品切割环节不是一次性切割成为单个音叉晶体单元， 而是首先切割成可以集合上千支晶片单元的大方片；2）音叉晶片及电极成型环节采用双 面光刻工艺，在 WAFER 片上进行光刻、金属蒸镀、激光调频等集成处理，单个音叉单 元尺寸极小。

国产企业光刻技术已取得突破。泰晶科技从 2011 年开始布局光刻工艺研发，2014 年组建 了国内同行业首家微纳米晶体加工技术重点实验室，以激光调频和光刻技术为基础，加 强 MEMS 技术在晶体谐振器产品的应用。目前公司已经取得了微型晶体谐振器生产的核 心技术研究成果，成功使用双面光刻工艺，将超过 3000 颗的“1610”型号晶体谐振器集 成至 3 寸的 WAFER 片上。

4. 下游应用驱动，晶振市场回暖

4.1 全球石英晶振需求量逐年上升

目前，我国电子信息产业的国际地位不断稳固和提高。《中国电子信息产业统计年鉴》数 据显示，2018 年我国电子信息行业销售收入为 169027 亿元，其中电子制造业收入规模达 到 105966 亿元，出口金额为 58931 亿元，进口金额为 41898 亿元，市场规模（收入+进 口-出口）为 88933 亿元。尽管 2018 年全球贸易局势错综复杂，消费电子市场疲软不振， 但我国电子信息制造业通过结构调整和转型升级，走高质量发展之路，全国规模以上电 子信息制造业主营业务收入仍逆势增长 9.0%。

电子制造行业市场规模巨大，部分电子产品新老更迭迅速，对晶振需求较大。根据 CS&A 预测，2019 全球频率元件产值为 32-34 亿美元，频率元件年销量 190-210 亿颗。

4.2 晶振在消费电子、5G、车联网等领域大规模应用

晶振主要用于网络设备、消费类电子、移动终端、智慧生活、小型电子、资讯设备、汽 车电子等领域，且不同应用领域所需要的晶振数量不同。比如，大型基站所需的晶振数 量超过 10 颗，而小型基站仅需要 1 颗温补晶振。消费类电子产品所需的晶振数量大约 4-5 颗，而工业设备、汽车对晶振的需求则为数十颗。

4.3 移动终端、可穿戴、汽车电子等领域市场空间测算

 移动终端：预计 2022 年国内手机厂商对晶振需求量达 35.2 亿颗

5G 带动新一波换机需求。IDC 预测，2019 年全球手机出货量为 13.7 亿部（2019 年出货 预计同比减少 2.2%），而国内手机市场占据约 30%的份额。根据中国信通院数据显示， 2019 年国内手机市场总体出货量为 3.89 亿部，同比下降 6.2%。虽然目前国内手机行业已 呈现饱和状态，但 2020 年 5G 商用将带动新一波换机需求，国内智能手机市场有望回暖。

单个手机配置的晶振数量及价值不断提升。（1）按键手机中石英晶振仅需 2-3 颗，分别 为 32.768KHZ 圆柱直插晶振、49S 晶振和一款 5032（5.0*3.2mm）贴片晶振；（2）4G 智 能手机则需配置约 5-6 颗晶振，分别为时间显示所用的为 32.768KHZ 晶振,蓝牙模块上 16MHz 贴片晶振，数据传输所用的高频圆柱直插晶振，NFC 模块中使用的 13.56MHz 贴 片晶振，以及根据手机 CPU 运行温度进行变更频率的 26MHZ 温补晶振等；（4）5G 手机 预计要配置 6-10 颗晶振，首选方案为频率为 76.8MHz 或者 96MHz、负载电容为 8-12pf 的小尺寸 2.0*1.6mm 晶振。单个手机配置的晶振价值量不断提升。

根据草根调研及互联网公开资料进行整理，我们以单部低端 3G 手机的晶振需求为 3 颗、 4G 智能机晶振需求为 6 颗、5G 手机晶振需求为 8 颗计算，得出 2022 年国内手机厂商晶 振总需求为 35.2 亿颗，市场规模约 23.85 亿元。

 资讯设备：电子计算机保持较高出货量，年晶振需求量约 31 亿颗

国内微型计算机市场产能旺盛，支撑着上游晶体谐振器产业发展。根据国家统计局数据， 2018 年我国电子计算机产量为 3.52 亿台，微型计算机产量为 3.07 亿台。电子计算机继续 保持较高的出货量，对频率元件需求旺盛。根据公开资料及市场调研得知，电脑主板中 包含频率为 14.318MHZ 的时钟晶振和频率为 32.768KHZ 的实时晶振,另外显示器、摄像 头、蓝牙、无线 WIFI、声卡、硬盘、键盘各连接一颗高频晶振。按照每台计算机使用 9 颗石英晶体谐振器，每颗晶振平均价格为 0.2 元计算，微型计算机生产商每年总共需要约 27 亿颗晶体谐振器，所有电子计算机厂商每年则需要约 31 亿颗晶体谐振器，市场规模 为 6.2 亿元。

 可穿戴设备市场：2023 年晶振需求量预计为 8 亿颗，TWS 景气度高企

中国可穿戴设备市场规模近年快速增长。IDC 数据显示，2018 年我国可穿戴设备出货量 为 7321 万台,同比增长 28.5%；预计 2023 年,我国可穿戴设备市场出货量将达到 2 亿台的 规模。我们假设，单台设备晶振平均需要 4 颗晶振，预计 2023 年我国可穿戴市场晶振需 求量约为 8 亿颗。

在可穿戴设备中，TWS 耳机异军突起。各大手机厂商均看好其市场前景，纷纷将 TWS 耳机纳入标配产品。根据 Counterpoint 数据，全球 TWS 耳机出货量由 2018 年 4 季度的 1250 万迅速增长至 2019 年 3 季度的 3300 万，增速为 164%。国内 TWS 耳机在 2019 年 也开启爆发式增长，上半年销量已达到 1764 万台，逼近 2018 年全年销量；零售额为 57.9 亿元，较 2018 年同期近乎翻倍增长。由于 TWS 耳机多采用半入耳式耳塞，佩戴方式相 对松散，外部噪音容易进入。因此，采用晶振进行降噪成为 TWS 耳机的必选方案。在 TWS 耳机内，厂商一般选用体积小、高精密、低功耗的 2520、2016 贴片晶振。

 家电市场：每年对晶振的需求超过 23.4 亿颗

根据统计局数据显示，家电市场（彩电、空调、洗衣机、冰箱）出货量每年均维持在较 高水平。2018 年彩电、空调、洗衣机、冰箱产量分别为 2.04 亿台、2.05 亿台、0.72 亿台 和 0.78 亿台。家电产品对晶振微型化及精准度要求相对较低，一般选用千赫兹压电石英 晶振或者陶瓷晶振。在不考虑其他类别家电的情况下，我们假设单台彩电需要 8 颗晶振， 而单台空调、洗衣机及电冰箱需要晶振数量为 2 颗，则家电厂商每年对晶振的需求超过 23.4 亿颗。

 汽车电子：预计 2020 年全国车用晶振 15.4 亿颗

汽车电子成为晶振主要应用场景。中国是汽车产销大国。根据中国汽车工业协会统计， 2018 年我国汽车累计销量为 2808.06 万辆，较上年同期基本持平。此外，汽车电动化、 智能化、网联化趋势越来越明显，汽车电子渗透率逐步提升。我国汽车电子市场规模以 超过 10%的增速逐年增长，2019 年已达到 962 亿美元。

汽车电动化带来元器件需求扩张，每部汽车需配置数十颗晶振。根据 NDK 年报披露数据， 低端车型配置 10-20 颗晶振，经济型汽车需要晶振 30-40 颗，豪华型汽车需要 70-110 颗。依据《智能网联汽车技术路线图》，2020 年智能汽车新车占比达到 50%；2025 年智能汽 车新车装配率将达到 80%。我们以每部经济型汽车使用晶振 30 颗，智能汽车使用 80 颗 晶振颗测算，预计 2020 年全国车用晶振达到 15 亿颗,到 2025 年增长至 28.7 亿颗。

 5G 领域对晶振的需求

2020 年 5G 基站建设提速，对石英晶振的需求将会增加。石英晶振是 5G 技术中最核心的 电子零部件，其作用是提供高端基准时钟信号以及接收传输信号。5G 技术在各方面都要 做到非常精准，仅普通的石英晶体谐振器并不足够支持 5G 的运转，必须额外搭载精度、 稳定性要求更高的 TCXO（温补晶振）、VCXO（压控晶振）、OXCO（恒温晶振）等产品。我们预计 2020 年后，有源晶振订单量会随之增加。

5. 建议关注惠伦晶体、泰晶科技

5.1 惠伦晶体

 惠伦晶体专注晶振研发、生产十八年

广东惠伦晶体科技股份有限公司成立于 2002 年，是一家专业研发、生产和销售新型表面 贴装石英晶体谐振器、振荡器、热敏电阻的国家级高新技术企业。公司于 2015 年 5 月 15 日在深圳证券交易所创业板上市。经过十多年的发展，惠伦晶体已成为国内表面贴装式 压电石英晶体元器件行业龙头企业之一。

 2020 年轻装上阵，有望受益于行业红利

惠伦晶体主要产品为压电石英晶体元器件，目前包括 SMD 和 DIP 石英晶体谐振器， SPXO 晶体振荡器，TCXO 温度补偿振荡器，TSX 热敏电阻的研发、生产和销售。根据业绩快 报初步测算，惠伦晶体 19 年计提减值 9900 万元。其中商誉减值 4500 万元、固定资产减 值 4000 万元、存货跌价 1400 万元。2020 年，5G 及汽车电子驱动晶振市场回暖。公司经 过战略优化和经营策略调整后轻装上阵，有望受益于行业红利。

 竞争优势明显，有源无源齐头并进

惠伦晶体是国内较早在有源晶振领域取得突破的厂商。公司2016年引入热敏晶体产品线， 产能达到 10KK/M，同时公司扩产 TCXO 产品线，产能达到 12KK/M。2018 年 TCXO/VCTCXO 产品通过 MTK 认证。无源领域，公司实现了 SMD1612、SMD1210 等 小型微型化产品的生产与销售，为满足市场需求奠定了基础。

5.2 泰晶科技

 公司专注石英晶体类电子元器件及其设备研发和生产

泰晶科技是一家专业从事石英晶体类电子元器件及其设备研发、生产的国家级高新技术 企业。公司核心产品为各型号音叉晶体谐振器和 SMD 高频晶体谐振器，广泛应用于资讯 设备、移动终端、网络设备、汽车电子、消费电子等领域。经过十年的发展，公司不仅独立研发的小型音叉晶体粗调机、全自动晶体精调机、全自动成品检测机、全自动激光 调频机等设备，并自主生产高频晶片、基座、上盖等主要原材料，规模优势显著。

 公司经营状况良好，产品销售规模总体呈现上升趋势

公司抓住中国晶振市场快速发展的机遇，逐步扩大其在 DIP 型晶体谐振器领域的优势， 并积极拓展技术含量相对较高的 SMD 贴片晶振业务。2014 年后，公司业务规模迅速扩 张，营业收入由 2014 年的 2.49 亿元增长至 2018 年的 6.11 亿元，晶振总产量由 13.14 亿 只提升至 27.80 亿只。2019 年由于市场竞争加剧、产品价格下滑，公司前三季度仅实现 营业收入 4.19 亿元比减少 10.39%。分季度来看，公司业绩下滑主要体现在 2018 年 Q4 至 2019 年 Q2。2019 年三季度开始，下游 ETC 对晶振的需求集中释放，晶振行业景气度 回暖，公司 Q3 单季营收正向增长。

2018 年公司毛利率为 24.23%，净利率为 7.22%。公司毛利率逐年下滑主要因为：（1）随 着竞争加剧，产品售价不断下降；（2）公司产品结构不断优化，毛利率较低的 SMD 产品 占比不断提升。随着未来国产晶振企业竞争力不断提升，公司设备自主化程度不断增长， 原材料自给率不断提高，毛利率水平将趋于稳定。此外，公司费用管控得当，近三年财 务、销售、管理费用率均未出现较大幅度波动。

 多年研发根基牢固，光刻技术自主可控

公司从 2011 年开始布局光刻工艺研发，2014 年组建了国内同行业首家微纳米晶体加工技 术重点实验室，以激光调频和光刻技术为基础，加强 MEMS 技术在晶体谐振器产品的应 用。目前，公司已经成功使用双面光刻工艺，将超过 3000 颗的“2012”型号晶体谐振器 集成至 3 寸的晶圆上。

 与台湾希华强强联合，增强核心竞争力

为满足日益增长的市场需求，公司在 2013 年涉入微型高频晶振领域。希华晶体作为台湾 较大的石英晶体谐振器制造商，在微型高频晶振领域具有较强研发优势、原材料优势和 市场影响力。泰晶科技与希华晶体于 2013 年合资成立泰华电子，其中公司出资 1,845.00 万元，出资比例为 82%；希华晶体出资 405.00 万元，出资比例为 18%。泰华电子成立之 初，通过与希华晶体合作成功进入微型高频晶振市场，取得了一定的市场知名度。从 2014 年开始，随着公司微型高频晶振产品知名度提升和产能的加大，公司积极拓展境内市场。基于良好的合作关系，泰晶和希华于 2015 年 9 月对泰华电子进行增资，注册资本增加至 人民币 12,500.00 万元。目前，泰华电子业绩亮眼，其微型片式晶体谐振器产品已经在国 内外多家知名企业销售。

综上所述，短期内，国内晶振公司主要产品价格上涨，业绩增长确定性强；长期内，下 游电子类产品的需求增长对石英晶体谐振器行业将形成长期利好，我国企业无源晶振各 型号产品参数比肩日产晶振，有望加速实现国产替代。考虑到行业中长期成长逻辑清晰， 我们结合同类公司估值水平，给予“推荐”评级。

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