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石英晶振仍占主流市场,MEMS振荡器难以撼动传统晶振

  根据市场分析机构MarketsandMarkets Analysis的预测,全球石英组件市场的需求量自2014至2020年的复合成长率约为7.8%。在石英晶体振荡器部分,今年的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,市场竞争集中体现在低频晶振产品线上。长期以来,欧美日系厂商凭借在石英频率组件产业起步较早、基础深厚的优势,在市场上具有较高的知名度,并在优异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。

应用需求呈多样化 

  石英晶体振荡器从功能分类上讲,可分为SPXO标准频率晶体振荡器、VCXO压控频率晶体振荡器、TCXO温度补偿晶体振荡器和OCXO恒温晶体振荡器等。在应用范围上,石英晶体振荡器已被广泛应用于消费、通信、工业、汽车等电子行业中,并且现阶段各领域对石英晶体振荡器产品都提出了不同的使用要求。

  EPSON(中国)有限公司电子元器件市场和销售总监程伟民详细分析道:“例如,在通信行业,随着通信频率和带宽的提高,在要求石英晶体振荡器基频频率提高的同时,还强调石英晶体振荡器的相位噪声和相位抖动必须减少,以满足通信质量的要求。在汽车和工业应用中,往往会面对高温等严酷的工作环境,这对于石英晶体振荡器的可靠性提出了更高的需求。而在消费电子领域,除了产品的小型化之外,还必须考虑成本*优化,以满足激烈的市场竞争要求。”

  为了实现产品的小型化设计,泰艺电子股份有限公司通过多项砖利技术,如封盖后分离的压电谐荡组件制造方法、时频组件制造方法及照相制版腐蚀技术等,以半导体加工技术发展SLAM制造工艺,有效控制成本,积极开发微小型化石英产品。
  该公司产品经理谢宽洲表示,未来SMD型石英晶振的市场需求将会持续增大,目前泰艺电子已完成多项高精度及小型化SMD型石英组件,2.0x1.6x0.5mm高精度SMD石英晶体振荡器及2.5x2.0x0.9mm高精度石英晶体振荡器,并正向更小型的1.6x1.2 mm产品迈进。另外,公司还推出了包括符合通信设备Stratum 3及Small cell专用的7.0x5.0mm及5.0x3.2mm SMD型TCXO温度补偿石英振荡器,以及次世代小型化SMD型VCXO可变电压控制石英振荡器等产品,均可充分供应高速网络与通信设备市场所需。
  作为本土供应商的代表,北京晶宇兴科技有限公司王佳彬介绍说,随着便携式电子设备薄型化的设计趋势,晶振产品在小尺寸开发上要求能够实现从直插到贴片的各种尺寸。另外,针对不同的应用环境,也要求晶振产品能够满足更宽的工作温度范围,如:工业级应用要求的-40~85度、汽车级应用要求的-40~125度;军品级应用要求的-55~125度。同时,产品的输出形式也要多样化,其中包括SINE、TTL、CMOS、LVPECL、LVDS、HCSL等。目前,晶宇兴推出的产品规格*小可达到2520,同时2016(2.0x1.6mm)也正在加紧研发之中。据介绍,晶宇兴目前产能主要以石英晶体振荡器为主,贴片晶体和振荡器合计产能约为8kk/月,其中包括汽车级、军品级、工业级。

   另一个重要趋势是,随着通信技术、无线网络的发展,加上影音视频的发达,带动无线与有线网络传输量增加,这些让市场对于石英频率组件的高频系列产品需求不断提高。

  “随着移动通信市场的持续热络,带动了无线网络设备端与通信基础建设市场的迅猛成长,尤其是在数字高清影音产品取代传统影音器材的影响下,用户对高频、低噪声及小型化SMD石英组件的需求也随之增加。”据谢宽洲介绍,泰艺电子正积极开发适合网络通信业应用的TCXO温度补偿石英振荡器、VCXO电压控制石英振荡器以及高频石英振荡器,配合既有的欧美市场并扩大中国及印度等新兴市场,成为泰艺电子未来发展的主要目标之一。

近期,EPSON推出了基频可达到3GHz的EV1409压控石英声表面波振荡器以满足光纤通信的要求。程伟民表示,目前晶振产品在技术开发上的主要趋势体现在更高的基频、更好的相位噪声和相位抖动参数等指标,以满足高通信带宽的需求,为此,EPSON公司开发了石英声表面波振荡器和高基频振荡器等产品,来满足该应用要求。此外,EPSON还推出了应用光刻石英加工技术的SG-210等石英晶体振荡器以针对产品小型化和降低成本的要求;还推出了新一代的可编程石英晶体振荡器产品SG-8003系列,从而实现了对市场供应的快速响应。
  另据透露,基于对未来石英晶体振荡器市场需求增长的预测,EPSON在今年加大投入对SPXO 等产品的产能进行提升;同时为了增强产品市场竞争力,EPSON还利用全新的光刻石英加工技术,相对于传统的机械加工方式,大大减少了石英晶片的加工成本。
  “通信技术的快速发展、数据传输速度的不断提高,带动了晶振产品频率的提升;同时在可穿戴设备、智能家居及物联网中广泛应用的BLE、ZigBee等技术对晶振也提出了低功耗的要求。”村田(中国)投资有限公司产品工程师马广良说。目前村田正在开发1612尺寸(1.6×1.2mm)的高精度石英晶体振荡器以及用于车载的汽车级晶振产品。其中,1612尺寸晶振——XRCFD-F/XRCMD-F系列能够满足Wi-Fi/BT等无线通信对时钟精度的要求,且具有出色的质量、良好的量产性和性价比,适用于可穿戴设备、通信模块等应用。在汽车电子方面,村田开发的2016尺寸(2.0x1.6mm)车载用水晶振荡子——XRCGB-F-A系列符合汽车电器件可靠性测试标准AEC-Q200,在-40~+125℃的温度范围内的温漂被控制在+/-35ppm之内,满足了汽车Ethernet等下一代车载LAN和图像处理器等对晶体的精度要求。目前这两款产品均已开始量产。
传统晶振vs.MEMS振荡器

  近年来,来自于MEMS振荡器等新型产品的冲击也在影响着石英晶振市场的发展。“尽管与传统晶体振荡器相比,MEMS振荡器在交货周期、供货灵活度等方面有较为明显的优势,但其在电流和抖动值上略差。”王佳彬认为,现阶段在对精度要求较高、高速通信或需要优良信噪比性能的应用中,仍然会以传统晶体振荡器为主;而在对价格较为敏感、对抖动值要求不高的市场中,MEMS振荡器则可能会更有应用优势,不同技术类型的产品将在各自的市场领域中获得自己的发展空间。

  对此,马广良表示认同:“晶振作为广泛应用的时钟元件,具有精度高、稳定性好等优点,未来仍会保持较大的市场份额,MEMS可能会占有部分对小型化要求较高的市场或某些特定的应用场所中。”

  程伟民还补充道,相对硅基材料的MEMS振荡器,传统石英晶体振荡器的优势还是在于频率稳定的特性。*早选用石英的压电效应来制作石英晶体振荡器,就是基于石英材料的稳定性,例如在全温范围内的频率稳定度,而硅材料随着温度的变化其电子迁移率有很大变化,很难控制,经过数字温度补偿后,又带来了相位噪声和相位抖动较大,功耗增加等问题。

  所以,目前硅基MEMS振荡器还只应用于对频率特性要求不高的应用领域,而对频率特性较高的通信等市场的TCXO、VCXO产品全部还是应用石英晶体振荡器。

  展望未来市场的发展,谢宽洲指出,对于局端应用的网通设备及电子产品来说,新型器件要想能够顺利替换发展历史及技术都很成熟且兼具高精度及低耗能的石英振荡器,仍有很多障碍需要克服。“石英本身拥有温度系数小、高Q值(即低损耗)的物理特性,再加上石英原料取材容易的经济特性,因而成为广泛应用在各类电子设备中的基本组件,以石英为基础的频率组件在精准度、温度漂移、相位噪声等指标性能上,比硅材料要表现更优异。”他说。



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