淺析全硅MEMS振蕩器和傳統石英的區別

　　除Activity Dip外，晶體要保持良好的頻率穩定性與石英封裝時(shí)用氮氣密封質(zhì)量好壞有直接關(guān)系。石英振蕩器在運輸、SMD上線(xiàn)，或系統正常運作過(guò)程中受震動(dòng)或老化影響，一旦漏氣，就會(huì )造成停振，導致整個(gè)系統失效。 所以石英漏氣是石英振蕩器最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題之一。

　　相比之下，全硅MEMS振蕩器利用半導體標準制程和封裝，以IC的方式產(chǎn)生輸出信號。產(chǎn)品本身無(wú)需密封，在設計測試中也徹底排除了Activity Dip等問(wèn)題，使之在不同外界環(huán)境(溫度、濕度、震動(dòng)等)中保持良好的頻率性和質(zhì)量上的一致性。

　　組件的可靠性一般是用平均無(wú)故障時(shí)間(MTTF或MTBF)作為衡量標準，衡量單位為百萬(wàn)小時(shí)，數字越高表示產(chǎn)品越可靠。

　　受石英材料工藝限制，目前一線(xiàn)石英大廠(chǎng)也只能達到3千萬(wàn)小時(shí)MTBF值。如表1所示，MEMS振蕩器基于全硅架構，在MTBF指標上優(yōu)于石英10多倍，這也使得振蕩器不再是系統產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的焦點(diǎn)之一。

　　表1 石英與全硅MEMS振蕩器可靠性和抗震能力比較

　　那MEMS振蕩器超越石英30倍的抗震優(yōu)勢在應用上又有何價(jià)值呢?現代移動(dòng)產(chǎn)品如電子書(shū)、固體硬盤(pán)(SSD)等，不但體積越來(lái)越小，更在朝超薄型發(fā)展。但這些移動(dòng)產(chǎn)品，卻恰恰有一個(gè)所謂的跌落測試(drop-test)，來(lái)驗證包括振蕩器在內的產(chǎn)品整體可靠性和穩定性。

　　對于石英來(lái)說(shuō)，體積越小、厚度越薄，就越易破裂也越易出現頻偏、精度降低的現象。跌落測試是石英振蕩器難跨越的門(mén)檻，同時(shí)也給了MEMS振蕩器大顯身手的機會(huì )。MEMS在可靠性和抗震效應上的優(yōu)勢，使之不但成為移動(dòng)產(chǎn)品中振蕩器的理想選澤，更是軍工、汽車(chē)、醫療、網(wǎng)絡(luò )通信等高可靠性產(chǎn)品中的必用品。

　　通過(guò)以上對比大家可以看到，全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品取代石英已是既成的事實(shí)。接下來(lái)，如何加快采用全硅MEMS時(shí)鐘技術(shù)的步伐?是否可以一料通用，減少需管理料號，減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品的優(yōu)異可靠性來(lái)提升系統產(chǎn)品的質(zhì)量等等，都是值得我們思考的地方。

　　全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)了

　　全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品的出現對石英在電子產(chǎn)品中已占據了60年的霸主地位起到了沖擊。時(shí)脈組件，在電子組件產(chǎn)業(yè)全面“硅“化的過(guò)程中以是最后一個(gè)前沿(last frontier), 因為今天的電子產(chǎn)品中除振蕩器，電阻，電容外以很少能找出非硅組件。如果說(shuō)石英的技術(shù)經(jīng)過(guò)60年發(fā)展已達到極限，那末全硅MEMS技術(shù)則應該說(shuō)正在進(jìn)如高速成長(cháng)期，根據”moore’s law, 在今后5年內MEMS時(shí)脈產(chǎn)品會(huì )更小，更薄，更可靠，更耐用，更多的功能，更短的供貨期和更靈活更快的克制化，其性?xún)r(jià)比也會(huì )將石英遠遠拋在后面。

　　即然全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品取代石英以是既成事實(shí)，那末研發(fā)和物料管理人員是否也應用更有創(chuàng )新的思維去評估這種更型換代的產(chǎn)品可對公司帶來(lái)的價(jià)值?如果加快采用全硅MEMS時(shí)脈技術(shù)的步伐，是否可以一料通用，減少需管理料號，減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品優(yōu)異可靠性來(lái)提升系統產(chǎn)品的質(zhì)量?這些都是值得思考的地方。