全硅MEMS振蕩器和傳統石英的區別

　　如果說(shuō)很多人把MCU或SoC主芯片比喻為現代電子系統的大腦，那么時(shí)鐘組件當之無(wú)愧是其心臟。無(wú)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(guò)全面嚴謹的評估。因為一顆健康、穩定、持久的“心臟”，將直接影響到電子系統的功能和可靠性。

　　時(shí)鐘組件可分為無(wú)源晶振、有源晶振和多輸出時(shí)鐘發(fā)生器三大類(lèi)產(chǎn)品。在過(guò)去60年中，石英作為時(shí)鐘市場(chǎng)的主流技術(shù)，一直占據著(zhù)霸主地位。但由于其受到傳統制造工藝的限制以及下游原材料(起振電路和基座)市場(chǎng)的壟斷，因此性?xún)r(jià)比無(wú)法進(jìn)一步提升。為了滿(mǎn)足電子市場(chǎng)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振蕩器和傳統石英的區別，以及全硅IC技術(shù)所解決的問(wèn)題。

　　石英和全硅MEMS時(shí)鐘振蕩器簡(jiǎn)介

　　傳統的石英振蕩器是由壓電石英加上簡(jiǎn)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(mǎi)基座、起振芯片，以及將石英及芯片以特殊黏膠結合后至于基座上，然后充填氮氣，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)化傳統產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品也受到傳統原材料和工藝的限制：

　　1. 復雜的生產(chǎn)程序導致供貨期的拖長(cháng)及缺貨應急困難的現象;

　　2. 不同振蕩器規格需不同原料不同工藝，從而使成品缺乏靈活性，無(wú)法為滿(mǎn)足不同應用而進(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(lái)解決，缺乏質(zhì)量和長(cháng)期可靠性的一致性。

　　電子系統廠(chǎng)商為求從根本上解決石英的內在弱點(diǎn)，因此在時(shí)鐘組件的選料上開(kāi)始轉向全硅MEMS振蕩器。與傳統石英振蕩器截然不同，MEMS振蕩器采用了全硅的產(chǎn)品結構，有一個(gè)全硅MEMS諧振器和一個(gè)可編程Analog CMOS驅動(dòng)芯片堆棧，并以標準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