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壓電晶體(Piezoelectric crystals),非中心對稱晶體,在機械力作用下,產生形變,使帶電質點發生相對位移,從而在晶體表面出現正、負束縛電荷。描述晶體材料的彈性、壓電、介電性質的重要參數,如介電常數、彈性系數和壓電常數等,決定了壓電材料的基本性能。
壓電晶體材料行業主要包括壓電人造水晶材料、鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體材料及鎵鑭系列等新型壓電晶體材料,其中市場規模較大的為壓電人造水晶材料。壓電晶體材料器件廣泛應用于通訊、醫療、家電、汽車、智能穿戴、智能家電等領域,即與頻率控制有關的各個領域所用的晶體元器件,具有產品專業性強,產業鏈上下游關聯緊密等特點。在5G環境下,3D模組、高清視頻、語音通訊未來都會用到大量晶振。AI和5G都為壓電晶體產業帶來很大的發展機遇,也會不斷帶動晶振產品的創新,往高頻、小型化、耐高溫等方向提升。
國際上,壓電晶體材料主要生產國家有:美國、日本、俄羅斯等。日本處于本行業主導地位,約占50%市場份額,其水晶材料生長技術領先,主要生產高端棒材;SMD用基座產量大并出口到各國;小型化全自動設備一直走在行業的前端;導電膠生產質量較為穩定;壓電晶體器件用IC研發已久,技術先進,對中國出口有限制。美國水晶材料生長技術領先,生產高端產品,量小自用;檢測儀器處于國際領先地位。俄羅斯水晶材料生長技術領先,生產高端產品,產量大,出口量大。
國內壓電晶體成品占世界市場約8%的格局,而材料占比大很多。但是國內壓電晶體材料企業規模小、散,形成不了競爭力,在國際上沒有話語權,目前全球前十的企業中還沒有中國大陸企業。產品工藝相對落后,國外QMEMS工藝(以石英為原料進行精微加工(光刻)并可以提供的小型化、高性能的晶體元器件被稱為QMEMS。)已大量應用,可以實現批量生產和更高的質量一致性,而國內還處在研發階段,沒有大量采用。
一、壓電石英水晶棒料
壓電石英水晶棒料是壓電晶體行業的關鍵原材料,近年來,國內產量一直都不能滿足市場需求,高端產品仍有約占總需求近一半的數量需要進口,其中壓電與光學量比為6:4,其市場需求量還在增長。與之相對的是原材料、電價、人工費用的連年上漲,使得目前國內仍在生長水晶材料的廠家僅剩五、六家,從而形成價漲料缺的景象,近幾年來進口量在逐年下降,國產量在增加,但仍不能滿足客戶需求。
二、鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體
我國產品技術水平相對落后,在晶體生長與極化方面,目前國內僅僅能提供4英寸的鉭酸鋰晶體和6英寸的鈮酸鋰晶體產品,而且性能指標與國外的同類產品比尚有差距;6英寸的鉭酸鋰晶體和8英寸的鈮酸鋰晶體還處于研發階段。國內供應的鉭酸鋰、鈮酸鋰晶片材料的去熱釋電技術不成熟,產品一致性較差。目前晶片的主要供應商有德清華瑩、天通股份等,雖具備產業化基礎,但規模效應仍不足。
三、基座外殼
我國49U、49U/S、UM、表晶系列已基本實現國產化,國產SMD用陶瓷基座已有近50%的產量,但仍不能滿足國內成品廠家的需求,還有約50%的高端產品仍需進口,以滿足國內成品廠家的需求。
四、SMD 用導電膠
近年來,SMD 用導電膠小部分實現了國產化,約占總用量的15%,打破了前幾年完全依賴進口的局勢,但質量和產量還相對較低,其中49U/S用導電膠已大部分國產化,約占總用量的60%。
五、專用IC
小型化SMD溫補晶振、恒溫晶振專用IC需求量大,完全靠進口,其專用性強,技術要求高,到目前為止國內仍不能提供,依賴進口,受制于人,而且部分國家(例如日本)在這方面對中國還存在出口限制。