? ? ?晶振,大家并不陌生。他是名副其實的電路的“心臟”,我們的處理器、存儲、模數轉換等芯片,都依賴于其輸出的精準時鐘源信號而工作。
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? ? ?長久以來,我們習慣于石英晶振。也同時承受著石英晶振的溫漂、品質不統一、抗震性差、交貨周期長等問題。而這一切,我們需要從石英的生產制程上說明。我們先把石英晶振剖開來看一看。
? ? 大體上石英晶振分為上蓋、基座、導電膠、晶片,如果是有源的話,還需要一顆起振IC。而這里面石英工廠要做的只是切割石英晶片,購買上蓋、基座、導電膠、起振IC,然后組裝在一起。
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? ? ?整個過程包括切割、打磨、鍍銀、組裝、測試等,大概需要23步流程,其中包括關鍵的開蓋組裝部分,存在高污染的可能。復雜的流程工藝,而且存在大量的人工參與,所以石英晶振的不良率(DPPM)在百萬分之50-150之間(此數字SiTime MEMS硅晶振小于百萬分之0.1)。
? ? ?下面我們來講一下石英切割。石英晶片的切割與頻點是一一對應的關系,也就是說不同的頻點,對應的石英晶片的大小、厚薄都是不一樣的。而且采用不同的切割方式,石英晶片所表現出的高低溫特性是不一樣的。比如常用的AT切,可提供相對較好的溫度特性,但對機械應力較為敏感。(如下圖為AT切石英晶片溫度特性)
采用AT切,溫度在+27度以上、-10度以下會產生比較大的漂移。這也是為什么石英晶振都會有溫漂這個參數。而MEMS硅晶振則在全溫范圍內無溫漂問題。
標稱±25ppm的MEMS硅晶振,全溫范圍內的實測精度約在±10ppm。
綜上,石英晶振最早產生于1920年代,近百年的發展歷史,但依然存在如下問題:
1、溫漂(高低溫與常溫頻率特性漂移);
2、品質不一致(半自動化半人工生產,品質與管理有最直接的關系);
3、抗震性差;
4、生產周期長,緊急交付不靈活;
MEMS 硅晶振正是在此條件下而生。半導體發展到今天,微電子技術已經得到了長足的發展。而晶振則是需要機械震動體,(石英晶振之初也是因為其壓電效應的機械震動頻率穩定性優于RC振蕩),所以MEMS技術(微機電技術)的發展也孕育了MEMS硅晶振的半導體化。
MEMS硅晶振的核心一個是MEMS諧振子技術,直白些說就是以硅(SI)為原材料,采用MEMS工藝的一個微機械振動結構,可以產生穩定的振動頻率。
還有一個是CMOS晶圓,半導體技術。對頻率進行保持、編程、驅動、補償等,以確保得到我們想要的1-725MHZ且精確到小數點后面6位的任一頻點。
其工藝采用標準的半導體生產工藝,采用德國BOSCH的MEMS Wafer及臺灣TSMC的CMOS Wafer, 封測在臺灣ASE及馬來西亞的Carsem。
? ? ?最后值得一提的是,SiTime 產品可通過專用的編程設備對CMOS內部的PLL進行編程.SiTime中國區樣品中心?通過備全系列空白片庫存,可24小時內提供符合客戶需求的時鐘產品,并可支持研發前期的小批量試產供貨。
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