解讀“產(chǎn)業(yè)之鹽”——電子系統不可或缺的晶體器件

　　從業(yè)界巨頭看“產(chǎn)業(yè)之鹽”現狀

　　“就像比利時(shí)的鉆石切工名揚四海一樣，EPSON的石英晶體技術(shù)在全球也是處于領(lǐng)導者地位。EPSON擁有自己的晶棒工廠(chǎng)，而全球只有3家晶體元器件廠(chǎng)商 擁有自己的晶棒工廠(chǎng)，從最開(kāi)始的人工晶棒培育，到切割，打磨……EPSON掌握了石英晶體加工的整個(gè)流程。此外，EPSON也是全球唯一一家既可以生產(chǎn)晶 體，又可以制作IC的廠(chǎng)商。” EPSON中國核心代理商世強產(chǎn)品經(jīng)理張永龍先生表示。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，EPSON是世界上最大的晶體產(chǎn)品供應商。公司產(chǎn)品線(xiàn)包括幾乎所有的石英晶體器件，主要產(chǎn)品包括：無(wú)源晶體、有源晶振、TCXO、VCXO、 SAW振蕩器、OCXO、原子鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、角速度傳感、LCD控制器、LCD驅動(dòng)等，頻率覆蓋范圍則從KHz至GHz全覆蓋。

　　“在中國成熟的市場(chǎng)上，如手機市場(chǎng)、鐘表市場(chǎng)、電表市場(chǎng)，EPSON的晶體元器件憑借其高精度、高可靠性、穩定的供貨在市場(chǎng)上受到廣泛好評，贏(yíng)得了許多客戶(hù)的青睞。” 張永龍指出。

　　例如在電力系統中，由于電網(wǎng)負荷的不同決定了電價(jià)的不等，從而需要時(shí)鐘芯片在電表中計時(shí)。EPSON時(shí)鐘芯片可保障電力系統分時(shí)分段計時(shí)，其內置晶體的實(shí) 時(shí)時(shí)鐘模塊(RTC)依靠精確的時(shí)間及特有的溫度補償功能，能夠滿(mǎn)足國家電網(wǎng)對時(shí)鐘精度的要求。據悉，EPSON電表實(shí)時(shí)時(shí)鐘RX8025T已經(jīng)寫(xiě)入電表 國家標準中，成為行業(yè)標桿。

　　“EPSON在中國的手機和電表市場(chǎng)大獲成功，不過(guò)，他并沒(méi)有就此停下前進(jìn)的腳步。2012年EPSON授權世強為其中國區代理商，依托世強在工業(yè)和通信 等領(lǐng)域所積累的深厚的客戶(hù)資源及技術(shù)優(yōu)勢，世強有責任和能力將EPSON先進(jìn)的晶體元器件技術(shù)帶給中國工業(yè)、通信、汽車(chē)等領(lǐng)域的廠(chǎng)商，以幫助客戶(hù)取得成 功。” 張永龍表示。

　　工業(yè)、通信、醫療應用之“鹽”——內置32.768KHz晶體的RTC

　　RX8025T是專(zhuān)門(mén)適用于電表的RTC，而EPSON最新內置晶體的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RX8010SJ則非常適合于視頻監控，各種網(wǎng)絡(luò )通信設備、工業(yè)控制系統、醫療設備、辦公設備、測量?jì)x器等各種有時(shí)間保持要求的工業(yè)和消費產(chǎn)品中。

　　“例如，智能三表(水表、氣表、熱表)、便攜式醫療設備(例如血氧夾)、中央空調的控制器等生產(chǎn)廠(chǎng)家，現在非常需要EPSON低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(RTC)為其提供記時(shí)功能。” 張永龍指出。

　　與分立式方案相比，EPSON 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊是在同一封裝內集成了音叉型晶體(32.768KHz的時(shí)鐘)和鐘表用IC(具有振蕩電路、時(shí)鐘、日歷、報警等功能)的模塊。這帶來(lái)許多好 處，例如：減小了PCB面積，功耗僅為分立方案的1/3，由于內置晶體是在真空管中填充惰性氣體，因此音叉不易受冷凝效應的影響，精度穩定性更高。

　　圖1. EPSON 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊是在同一封裝中內集成了音叉型晶體(32.768KHz的時(shí)鐘)和鐘表用IC(具有振蕩電路、時(shí)鐘、日歷、報警等功能)的模塊

　　RX8010SJ將32.768KHz的晶體和時(shí)鐘IC組合在一個(gè)封裝中，并在出廠(chǎng)時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘精度調整。采用PKG SOP 8 小型化封裝，引腳兼容NXP，Maxim/Dallas等多家RTC， 用戶(hù)可在現有的電路上方便的進(jìn)行應用測試。

　　圖2. RX8010SJ將32.768KHz的晶體和時(shí)鐘IC組合在一個(gè)封裝中

　　RX8010SJ時(shí)鐘精度為5+/-23PPM，由于采用內置32.768KHz晶體，故而能夠減輕用戶(hù)對電路匹配的負擔和環(huán)境對晶體電路的影響。 “RX8010SJ時(shí)鐘保持功耗僅 160 nA ，約為競爭對手的一半，可以滿(mǎn)足長(cháng)期時(shí)鐘保持要求并可采用小容量電池或電容，其工業(yè)級溫度范圍為-40 to 85 度。”張永龍進(jìn)一步指出：“對于需要高端應用的客戶(hù)，推薦帶溫度補償的RX-8803SA。”

　　創(chuàng )新QMEMS技術(shù)——超小型、高精度、高穩定

　　世強代理的EPSON能夠提供7050、5032全系列封裝的QMEMS工藝有源晶振，這些晶振同上文所述的RTC都采用了EPSON創(chuàng )新的QMEMS工 藝。何謂QMEMS?如下如3所示，與以硅為材料的MEMS相對應，以石英為原料進(jìn)行精微加工(光刻)并可以提供的小型化、高性能的晶體元器件被稱(chēng) 為：“QMEMS”=QUARTZ+MEMS。

　　圖3. 何謂QMEMS?

　　小型化、高精度和高穩定性是時(shí)鐘器件不變的主題。而對電子元器件進(jìn)行小型化時(shí)，通常會(huì )出現性能的劣化。但是市場(chǎng)需求的是既達到小型化又不改變性能的電子元器件。傳統機械加工方法已接近極限。

　　“隨著(zhù)尺寸越來(lái)越小，傳統機械方法在切割時(shí)，晶片有可能會(huì )斷裂，一是它的穩定性不會(huì )高，另外一點(diǎn)是想提高精度非常困難。例如，如果要使音叉型石英晶振芯片小型化，CI值就會(huì )升高從而難于取得良好的振蕩特性，這也成了小型化的瓶頸所在。”張永龍指出。

　　之所以選擇石英晶體+類(lèi)似半導體MEMS的生產(chǎn)制程，張永龍解釋說(shuō)，首先是因為石英晶體硬度及理化性質(zhì)穩定，頻率基本不隨溫度變化，由此產(chǎn)生的內部振蕩損 失也最小，非常適合精密制造。其次，區別于傳統的機械式加工生產(chǎn)方式，QMEMS更便于批量生產(chǎn)。更重要的是，在保證小型化的同時(shí)把偏差限制在最小限度 內，從而保證產(chǎn)品的穩定性和低功耗，便于工程師進(jìn)行復雜設計。

　　作為具有豐富石英晶體生產(chǎn)經(jīng)驗的公司，EPSON能夠對石英原料進(jìn)行精密加工(光刻)，如下圖4所示為QMEMS技術(shù)的優(yōu)勢。“采用傳統的機械研磨方法加 工石英晶體，不單效率低，精準的一致性也不好，損耗也多，而采用光刻技術(shù)，不但能夠獲得更高的精度和一致性，更重要的是還能大大減少晶體的生產(chǎn)成本，一塊 wafer能夠產(chǎn)出傳統工藝5倍的元件。這就大大降低了成本。” 張永龍表示。

　　圖4. QMEMS技術(shù)的優(yōu)勢

　　采用QMEMS技術(shù)的角速度傳感器——小型化、高穩定性

　　另外一種應用QMEMS技術(shù)的產(chǎn)品是角速度傳感器，也就是陀螺儀。誰(shuí)都知道數碼相機的防抖功能，但您是否知道這項防抖技術(shù)中使用了角速度傳感器的事實(shí) 呢?EPSON的角速度傳感器以水晶為材料，實(shí)現了小型化并達到了高度的穩定性。為此，被很多的數碼相機所采用。

　　“EPSON的角速度傳感器由于使用了水晶為原料，所以即使周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化，其靈敏度和零點(diǎn)輸出也能保持穩定。” 張永龍指出。如下圖5所示，藍色的線(xiàn)表示EPSON的角速度傳感器，當周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化時(shí)，其靈敏度與輸出也保持一定，并且，停止時(shí)也能正確地檢測出“停 止”，所以即使是微小的動(dòng)作，也能正確地測試出。

　　圖5. EPSON的角速度傳感器由于使用了水晶為原料，所以即使周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化，靈敏度、零點(diǎn)輸出也能保持穩定。

　　圖6. 5.0×3.2mm的小型規格，是移動(dòng)設備上也能搭載的規格。

　　現在，在汽車(chē)導航儀的航位推算功能上也使用了角速度傳感器，如果裝了這種角速度傳感器的話(huà)，在隧道中和高層建筑中也可以非常準確地檢測自己車(chē)的位置。據統 計，如今一輛高級轎車(chē)的晶體元器件數量達50個(gè)之多，在汽車(chē)電子領(lǐng)域，角速度傳感器還能感知由于急轉彎或容易打滑的路面所造成的車(chē)輛的橫滑，自動(dòng)地對車(chē)輛 進(jìn)行控制。

　　而獨輪車(chē)，汽車(chē)安全氣囊等也是EPSON角速度傳感器的用武之地。“此外，由于國家強制漁船接收中國中星九號衛星信號，EPSON角速度傳感器還將用于漁船的衛星天線(xiàn)，以檢測自適應調整天線(xiàn)角度。”張永龍透露。

　　本文小結

　　幸運的擁有了QMEMS技術(shù)，EPSON實(shí)現了超小型、高精度、高穩定的晶體元器件。并且，創(chuàng )新的QMEMS技術(shù)還使得EPSON晶體元器件的價(jià)格相比以前有很大幅度的降低，甚至比一些臺灣的廠(chǎng)商更有優(yōu)勢，交貨更快。

　　此外，與手機應用領(lǐng)域對時(shí)鐘單一頻率的需求不同，在工業(yè)應用領(lǐng)域，由于客戶(hù)的產(chǎn)品種類(lèi)繁雜，對時(shí)鐘頻率的需求各有不同，鑒于此，世強為廣大工業(yè)領(lǐng)域的用戶(hù) 提供了型號最全，封裝最全的備貨，以滿(mǎn)足不同客戶(hù)對時(shí)鐘的不同需求。這些都是世強代理的EPSON晶體元器件所獨有的優(yōu)勢。