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通透了解MEMS硅晶振,只需一篇文章即可

随着电子技术的不断发展,电子电路对器件的要求也越来越严格。片式化、小型化、低成本化是电子电路对现在电子器件的要求,所以越来越多的非硅型器件也正在逐渐的向硅转化。本文将用一篇文章来帮你了解MEMS硅晶振

如果把CPU比作是电路的大脑的话,那么晶振毫无质疑就是心脏。同样,电路对晶振的要求也如同一个人对心脏的要求一样,最最需要的就是稳定。目前晶振的主要加工材料还是石英,这主要是因为石英的压电效应。除此之外,石英的易生长、易切割也是很重要的原因之一。目前全世界在人工生长的单晶石英,一年的产量约是3000万吨,仅次于硅。随着电子技术的不断发展,电子电路对器件的要求也越来越严格。片式化、小型化、低成本化是电子电路对现在电子器件的要求,所以越来越多的非硅型器件也正在逐渐的向硅转化。一般而言,石英工厂所做的工作是石英切割、从日悉厂商购买基座、起振晶片。用特殊导电胶将石英及晶片黏帖在陶瓷基座上。并进行填充氮气密封(如下图)。数十道复杂的工序及大量的人工参与,则对石英工厂的生产品质管理有着极为严格的要求。而这也是品牌与非品牌石英晶振成本差别较大的重要原因。一般大厂如EPSON、TXC、KDS、唐山晶源等对品质工艺的管理较高,而产品的成本也一直居高不下。

石英晶振

除此之外,石英晶振还存在高低温稳定度差、抗震性差、存在漏气停振风险、应急交货困难等缺点。

高低温稳定度差。

石英本身的温度特性曲线是非线性的。这就表示每一颗晶振的频率稳定度与温度的关系都是不一样的。一般石英工厂可以对样品阶段的产品进行逐颗调试补偿,却无法对量产的产品进行逐颗调试补偿。所以,我们实际应用的批量石英产品,高低温性能表现不一致,甚至经常有高温或低温不起振现象。

抗震性能差。

石英本身是属于易碎、怕摔产品。切割打磨成一个很薄的石英晶片之后,会更加容易因轻微的震动而损坏。这就如同一面纸片厚度的玻璃,其抗震性不言而喻。所以,石英晶振很容易在运输或SMT打件过程中损坏。

存在漏气风险。

为提高石英晶振的频率稳定度,需要对石英晶片做镀银处理。封装的时候需要填充氮气密封。而此有可能会因震动或者密封不良造成漏气现象。最严重的问题在于是否漏气是无法检测的。这就好比一个被扎了的自行车胎。由于开始比较小,你没有发现。但当你真正在路上的时候,他却越来越严重。而此现象有可能发生在出厂检测、有可能发生在客户产品生产线、还有可能会发生在消费市场应用中。

应急交货困难。

石英工厂会严格控制库存,笔者曾经访问过国内某知名石英工厂,其管理人员表示当某一频点成品库存超过2K时,就会强制销售清掉库存。所以在工厂没有备货的情况下,从客户下单开始,石英工厂需进行切割晶片、购买基座与起振晶片。生产、老化、测试到交货,最少需要6-12周的时间。所以无法满足客户的应急需求。除此之外,石英工厂还存在非常规频点无法及时提供样品、一家石英工厂无法满足客户的多频点供货。极易造成同行调货或客户增加供应商的麻烦。而这些都对产品品质产生一定的影响。对于晶振硅化的研究从60年代就开始,SiTime公司的董事长、CEO和共同创始人Kurt Petersen博士1976年就在IBM开始研究MEMS谐振器。至今Sitime的MEMS硅晶振已经累计出货超30亿PCS。被广泛的用于消费、医疗、工控、通信、军工等各行各业。MEMS硅晶振由于采用全自动化的半导体工艺,内部两个晶片(一个是MEMS谐振晶片、一个是具有温补功能的锁相环CMOS电路)采用MCM封装在一起。

Sitime MEMS硅晶振由于采用全自动化的半导体生产工艺,相较石英晶振有以下优势:高低温性能表现一致,品质一致性好。

由于硅本身的温度特性曲线是线性的,所以在内部的CMOS晶片里面含有温度补偿电路。保证了全温范围内的频率稳定性。同时由于生产是采用完全的半导体工艺,保证了量产产品的品质一致性。

抗震性能强、无漏气风险。

由于是一颗真真正正的IC产品,所以不存在运输中的磕碰及上线打件时的损坏,也不存在漏气问题。产品不良率每百万颗小于0.45颗。

可编程(仅限一次)。

可使用专门的编程设备透过对内部的OTP Memory进行编程,来实现频率、电压、精度等相关参数的控制。可快速供样,极大的满足了客户缩短研发周期的需求。

应急交货简单。

加工工厂会提前备有大量的MEMS谐振晶片及CMOS晶片,当有客户需求的时候仅需要进行简单的封装测试就可交货,大大缩短了交货周期。同时,代理商也会备大量未烧录的空白片,对于紧急中小批量应用,可直接编程出货。全部为现货供应。晶圆电子做为Sitime的一级代理商,同时是Sitime在中国区唯一的战略合作伙伴,与Sitime共同筹建了Sitime大中华区样品中心。专门负责中国区中小客户的技术支持、样品供应、中小批量供应。同时晶圆电子是一家成立十年的半导体器件分销商,有专业的产品线团队、销售团队。主营ADI、ONSEMI、ATMEL、Molex、Omron等品牌。目前晶圆电子除半导体事业部外,又投资筹建了PCB制版事业部、OEM焊接事业部。真正的全方面一体化服务于越来越多的中小客户。

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