一文講明白MEMS硅晶振與石英晶振的區(qū)別

? ? ?晶振，大家并不陌生。他是名副其實(shí)的電路的“心臟”，我們的處理器、存儲、模數(shù)轉(zhuǎn)換等芯片，都依賴于其輸出的精準(zhǔn)時鐘源信號而工作。

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? ? ?長久以來，我們習(xí)慣于石英晶振。也同時承受著石英晶振的溫漂、品質(zhì)不統(tǒng)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(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)鍵的開蓋組裝部分，存在高污染的可能。復(fù)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(shù)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(diǎn)是一一對應(yīng)的關(guān)系，也就是說不同的頻點(diǎn)，對應(yīng)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(xiàn)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(jī)械應(yīng)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(chǎn)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(shù)。而MEMS硅晶振則在全溫范圍內(nèi)無溫漂問題。

標(biāo)稱±25ppm的MEMS硅晶振，全溫范圍內(nèi)的實(shí)測精度約在±10ppm。

綜上，石英晶振最早產(chǎn)生于1920年代，近百年的發(fā)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(zhì)不一致（半自動化半人工生產(chǎn)，品質(zhì)與管理有最直接的關(guān)系）；

3、抗震性差；

4、生產(chǎn)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(dǎo)體發(fā)展到今天，微電子技術(shù)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展。而晶振則是需要機(jī)械震動體，（石英晶振之初也是因?yàn)槠鋲弘娦?yīng)的機(jī)械震動頻率穩(wěn)定性優(yōu)于RC振蕩），所以MEMS技術(shù)（微機(jī)電技術(shù)）的發(fā)展也孕育了MEMS硅晶振的半導(dǎo)體化。

MEMS硅晶振的核心一個是MEMS諧振子技術(shù)，直白些說就是以硅（SI）為原材料，采用MEMS工藝的一個微機(jī)械振動結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的振動頻率。

還有一個是CMOS晶圓，半導(dǎo)體技術(shù)。對頻率進(jìn)行保持、編程、驅(qū)動、補(bǔ)償?shù)龋源_保得到我們想要的1-725MHZ且精確到小數(shù)點(diǎn)后面6位的任一頻點(diǎn)。

其工藝采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體生產(chǎn)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(chǎn)品可通過專用的編程設(shè)備對CMOS內(nèi)部的PLL進(jìn)行編程.SiTime中國區(qū)樣品中心?通過備全系列空白片庫存，可24小時內(nèi)提供符合客戶需求的時鐘產(chǎn)品，并可支持研發(fā)前期的小批量試產(chǎn)供貨。