淺析全硅MEMS振蕩器和傳統(tǒng)石英的區(qū)別

如果說很多人把MCU或SoC主芯片比喻為現(xiàn)代電子系統(tǒng)的大腦，那么時(shí)鐘組件當(dāng)之無愧是其心臟。無論是電子工程師還是元器件采購者，在選擇時(shí)鐘組件時(shí)都會(huì)經(jīng)過全面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u估。因?yàn)橐活w健康、穩(wěn)定、持久的“心臟”，將直接影響到電子系統(tǒng)的功能和可靠性。

　　時(shí)鐘組件可分為無源晶振、有源晶振和多輸出時(shí)鐘發(fā)生器三大類產(chǎn)品。在過去60年中，石英作為時(shí)鐘市場的主流技術(shù)，一直占據(jù)著霸主地位。但由于其受到傳統(tǒng)制造工藝的限制以及下游原材料(起振電路和基座)市場的壟斷，因此性價(jià)比無法進(jìn)一步提升。為了滿足電子市場對元器件提出的更小、更可靠、更靈活的需求，時(shí)鐘組件必須走上全面硅化的道路。這篇文章將主要介紹全硅MEMS振蕩器和傳統(tǒng)石英的區(qū)別，以及全硅IC技術(shù)所解決的問題。

　　石英和全硅MEMS時(shí)鐘振蕩器簡介

　　傳統(tǒng)的石英振蕩器是由壓電石英加上簡單的起振芯片和金屬封裝組成的，其生產(chǎn)工藝包括：石英切割鍍銀、購買基座、起振芯片，以及將石英及芯片以特殊黏膠結(jié)合后至于基座上，然后充填氮?dú)?，用金屬封裝進(jìn)行密封。而不同頻率、不同工作電壓振蕩器的產(chǎn)生，則是由石英的不同形狀、鍍銀厚度及所佩的起振芯片所決定。所以，從生產(chǎn)工藝角度，石英產(chǎn)業(yè)是一個(gè)人工密集型的半自動(dòng)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品也受到傳統(tǒng)原材料和工藝的限制：

　　1. 復(fù)雜的生產(chǎn)程序?qū)е鹿┴浧诘耐祥L及缺貨應(yīng)急困難的現(xiàn)象;

　　2. 不同振蕩器規(guī)格需不同原料不同工藝，從而使成品缺乏靈活性，無法為滿足不同應(yīng)用而進(jìn)行實(shí)時(shí)配置;

　　3. 壓電石英對溫度敏感度高的特性，造成石英振蕩器的溫飄煩惱;

　　4. 石英易碎怕摔老化的弱點(diǎn)需靠生產(chǎn)工藝和質(zhì)量管理來解決，缺乏質(zhì)量和長期可靠性的一致性。

　　電子系統(tǒng)廠商為求從根本上解決石英的內(nèi)在弱點(diǎn)，因此在時(shí)鐘組件的選料上開始轉(zhuǎn)向全硅MEMS振蕩器。與傳統(tǒng)石英振蕩器截然不同，MEMS振蕩器采用了全硅的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有一個(gè)全硅MEMS諧振器和一個(gè)可編程Analog CMOS驅(qū)動(dòng)芯片堆棧，并以標(biāo)準(zhǔn)QFN IC封裝方式完成。圖1為SITIME MEMS振蕩器透視圖。

　　圖1 全硅MEMS振蕩器展示圖