千讯咨询发布的中国压电陶瓷市场前景调查分析报告显示,压电陶瓷常用的应用领域包括传感器、蜂鸣器和滤波器等。
2012-2016年我国传感器市场规模及增速

目前,我国的传感器产业在国家政策的支持下,已经形成从技术研发、设计、生产到应用的完整产业体系,共有10大类42小类6000多种传感器产品,中低档产品基本满足市场需求,产品品种满足率在60%-70%左右。但从行业产品结构看,老产品比例占60%以上,新产品明显不足,其中高新技术类产品更少;同时,数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。
我国已有1700多家从事传感器的生产和研发的企业,其中从事微系统研制、生产的有50多家。同时,传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域。如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。
我国传感器产业整体素质参差不齐,高端产品自给率不足。截至2014年底,我国从事传感器的研制、生产和应用的企事业单位共2000多家,从事微系统研制、生产的企业有50多家,产品种类共计6000多种,年总产量40多亿只。但我国传感器小型企业占比近七成,产品以低端为主,高端产品进口占比较大,其中传感器约60%,传感器芯片约80%,MEMS芯片基本100%。
我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段,国内传感器及芯片厂商快速发展,基本掌握了中低端传感器研发的技术,并向高端领域拓展,产生了包括华工科技、大立科技、歌尔声学、瑞声声学、广陆数测、汉威电子、航天机电、美新半导体、中航电测、格科微电子、昆仑海岸、青鸟元芯、华润半导体等一批传感器龙头企业,特别是在声波传感器等领域有所突破,已开始在中高端传感器上取得一定进展。
2012年我国传感器行业市场规模约为513亿元;2013年我国传感器行业市场规模约为646亿元,同比增长25.93%;2014年我国传感器行业市场规模约为865亿元,同比增长33.90%;2015年我国传感器行业市场规模约为1213亿元,同比增长40.23%;2016年我国传感器行业市场规模约为1627亿元,同比增长34.13%。
目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:
1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器;
2、按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器;
3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量("1"和"0"或"开"和"关")的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。
2012年,我国流量传感器行业市场规模达111.3亿元,2013年,我国流量传感器行业市场规模达到138.2亿元,同比增长24.17%;2014年,我国流量传感器行业市场规模达到184.2亿元,同比增长33.29%;2015年,我国流量传感器行业市场规模达到258.4亿元,同比增长40.27%;2016年,我国流量传感器行业市场规模达到341.7亿元,同比增长32.24%。
2012年,我国压力传感器行业市场规模达94.9亿元,2013年,我国压力传感器行业市场规模达到121.4亿元,同比增长27.92%;2014年,我国压力传感器行业市场规模达到164.4亿元,同比增长35.42%;2015年,我国压力传感器行业市场规模达到236.5亿元,同比增长43.88%;2016年,我国压力传感器行业市场规模达到309.1亿元,同比增长30.69%。
2012年,我国温度传感器行业市场规模达72.3亿元,2013年,我国温度传感器行业市场规模达到92.4亿元,同比增长27.80%;2014年,我国温度传感器行业市场规模达到123.7亿元,同比增长33.87%;2015年,我国温度传感器行业市场规模达到174.7亿元,同比增长41.21%;2016年,我国温度传感器行业市场规模达到227.8亿元,同比增长30.40%。
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器的分类:
1、按其驱动方式的原理分,可分为:有源蜂鸣器(内含驱动线路)和无源蜂鸣器(外部驱动)。
2、按构造方式的不同,可分为:电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器;
3、按封装的不同,可分为:DIP BUZZER(插针蜂鸣器)和SMD BUZZER(贴片式蜂鸣器);
4、按电流的不同,可分为:直流蜂鸣器和交流蜂鸣器,其中,以直流最为常见压电式蜂鸣器,用的是压电材料,即当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。同样,当通电时压电材料会发生形变。
蜂鸣器系列主要用于汽车、家电、医疗及相关电子类产品。其中,压电陶瓷扬声器通常采用超薄设计,能够覆盖语音频段,主要用于手机及其他穿戴和通讯设备;压电蜂鸣器及电磁蜂鸣器具有单频点声压高的特点,其成本低且应用领域广,能够广泛用于汽车仪表板、家用电器及医疗器械。
2013年中国家电行业市场规模为12008亿元,2014年中国家电行业市场规模为11596亿元,同比下降3.43%;2015年中国家电行业市场规模为13997亿元,同比增长20.71%;2016年中国家电行业市场规模15819亿元,同比增长13.02%;2017年中国家电行业市场规模为17369亿元,同比增长9.8%。
滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器,模拟滤波器用来处理模拟信号或连续的信号,数字滤波器用来处理离散的数字信号。
模拟滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中,如:电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。
目前滤波的主要实现方式是SAW/BAW,以及介于两者之间的TC-SAW。SAW滤波器(Surface Acoustic Wave)即声表面波滤波器是利用压电材料的压电效应和声特性来工作,具有压电效应的材料能起到换能器的作用,它可以将电能转换成机械能,反之亦然。当交变的电信号us加到发送换能器的两个电极上时,通过反压电效应,基片材料就会产生弹性形变,这个随信号变化的弹性波,即"声表面波",它将沿着垂直于电极轴向(x方向)向两个方向传播,一个方向的声表面波被左侧的吸声材料吸收,另一方向的声表面波则传送到接收换能器,由正压电效应产生了电信号,再送到负载RL。
滤波器要求有极低的插入耗损以及很高的品质因素Q,但SAW滤波器采用了石英、钽酸锂、铌酸锂等晶体作为压电材料,对温度变化敏感,性能随着温度升高而降低,在处理高频信号时性能表现不佳,因此SAW适合在1.5GHz以下使用,但是当工作频率超过1.5GHz时,SAW的Q值开始下降。TC-SAW则增加了保护涂层,降低其温度系数,进而提高Q值,成本高于SAW,但比BAW低。
SAW滤波器的技术趋势是小型片式化、高频宽带化以及降低插入损耗。(1)要得到尺寸更小的SAW,可行的方法是采用先进封装技术,如Flip Chip(倒装)以及WLCSP(Wafer Level Chip ScalePackaging)技术。(2)高频宽带化方面,当压电基材选定之后,SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽度所决定,IDT电极条愈窄,频率愈高。因此采用半导体0.35-0.2μm级的精细加工工艺,可制作出2-3GHz的SAW滤波器,进而将SAW应用场景推广至更高频级别。(3)降低插入损耗方面,主要的思路是开发高性能压电材料以及改进IDT结构,如Murata开发出ZnO/蓝宝石层状结构基片材料,可制造1.5GHz SAW滤波器,其插入损耗仅1.2dB。
与SAW相比,BAW性能更好,成本也更高,但是当频段越来越多,甚至开始使用载波聚合的时候,就必须得用BAW技术才能解决频段间的相互干扰问题。BAW滤波器采用半导体工艺生产,在目前国内大力推进芯片国产化,晶圆制造产能大幅提升背景下,国内SAW/BAW厂商可专注于设计,不过目前三大射频器件厂商Skyworks、Qorvo以及博通(Avago)均为IDM,成本及质量控制方面形成较高壁垒。此外,随着技术的演进,BAW可能会逐步替代SAW,从集成角度,滤波器/双工器除了与PA集成外,也可与开关集成,这给开发者形成一定障碍,纯粹单一器件开发已落后于器件集成,特别是集成器件在功能及性能上表现更优秀。
全球来看,SAW滤波器的主要供应商是TDK-EPCOS及Murata,两者合计占有60-70%市场份额;BAW滤波器的主要供应商是Avago及Qorvo,两者占有90%以上市场份额。
对中国厂家而言,滤波器最大的挑战,主要是专利和工艺。
1)滤波器行业内部的竞争。导致行业内部竞争加剧的原因可能有下述几种:
一是行业增长缓慢,对市场份额的争夺激烈;二是竞争者数量较多,竞争力量大抵相当;
三是竞争对手提供的产品或服务大致相同,或者只少体现不出明显差异;
四是某些企业为了规模经济的利益,扩大生产规模,市场均势被打破,产品大量过剩,企业开始诉诸于削价竞销。
2)滤波器行业顾客的议价能力。行业顾客可能是行业产品的消费者或用户,也可能是商品买主。顾客的议价能力表现在能否促使卖方降低价格,提高产品质量或提供更好的服务。
3)滤波器行业供货厂商的议价能力,表现在供货厂商能否有效地促使买方接受更高的价格、更早的付款时间或更可靠的付款方式。
4)滤波器行业潜在竞争对手的威胁,潜在竞争对手指那些可能进入行业参与竞争的企业,它们将带来新的生产能力,分享已有的资源和市场份额,结果是行业生产成本上升,市场竞争加剧,产品售价下降,行业利润减少。
5)滤波器行业替代产品的压力,是指具有相同功能,或能满足同样需求从而可以相互替代的产品竞争压力。
能够量产的国产Saw滤波器,由于芯片太厚,都没法做进集成模块,只能外挂在芯片外面,这明显地跟不上射频前端集成模组化的发展趋势,目前国产厂家的滤波器水平还相当于几年前的手机PA水平。对于像GSM,2G或3G这样的低频通信,SAW滤波器市场中的低成本竞争者将有机会超过对手,因为高质量的竞争对手将重点转移到使用BAW滤波器或者FBAR滤波器的4G和5G市场,同时现在已经有更好的集成技术来把所有前端通信器件集成到一个模块中,而对国产厂家而言滤波器是瓶颈中的瓶颈。
终端滤波器国内市场巨大,特别是国内手机厂商4G渗透率高,滤波器的单机附加值相比全球更高,预计2020年国内滤波器市场有望超500亿元。
但目前国内企业,在滤波器领域的技术积累仍显薄弱,而且滤波器技术目前仍是巨头公司甚至国家的核心技术,西方发达国家和公司会对我国技术封锁。
在SAW滤波器领域,国内主要厂商包括以中电 26 所、中电德清华莹为代表的科研院所、无锡好达电子等厂商,科研院所的产品主要面向军用通信终端设备。无锡好达电子的SAW滤波器产品在手机中实现了销售,客户包括中兴、宇龙、金立、三星、蓝宝、富士康、魅族等。
另外,A股上市公司中麦捷科技通过定增切入到SAW滤波器的生产中,还有部分企业可能具备相关生产工艺或者产业链资源,不排除未来通过外延或者自行研发的方式进入该领域。
对于中国滤波器企业来说,在设计、加工和集成等各方面,还有不少难点尚待突破,必须踏踏实实进行技术和人才积累。我们需要在设计、加工和集成等各方面力量协同起来共同攻关,加快滤波器国产化的进程。
目前,终端滤波器市场需求成倍增长,驱动因素主要来自于几个方面:1、4G手机在手机市场的整体渗透率提升;2、4G技术演进(包括载波聚合),相关频段继续增加;3、物联网拓宽横向市场;4、5G潜在频段和接入带来的提升。2015年仅SAW滤波器全球市场就20亿美元,预计2016年超过30亿美元,市场增速超过50%,考虑到还有BAW滤波器及2018年5G频段的陆续划分,市场空间还将成倍增长。
到2020年,滤波器单位手机的价值或超过5美元/部(目前的4G手机约3.75美元/部),对应市场近百亿美元,即有望超过500亿元。因此市场需求驱动成为滤波器产业成长的最核心逻辑,相关驱动因素未来可能逐步促进市场空间成长。
滤波器市场因为需要技术积淀和市场空间的原因,竞争格局为寡头局面。从出货量情况来看,美国厂商Avago,Qorvo,Skyworks和日本厂商TDK,村田,太阳诱电为主要厂商。其中美国厂商多具备提供前端模块解决方案和提供BAW滤波器的能力,日本厂商以SAW滤波器为主。另外,2014-2016年,上述巨头部分发生与博通、高通等芯片厂商并购其他滤波器厂商、相互合资成立子公司生产滤波器等事件。这恰好说明未来滤波器市场前景巨大,各大厂商皆在做相关准备。
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