晶振,大家并不陌生。他是名副其实的电路的“心脏”,我们的处理器、存储、模数转换等芯片,都依赖于其输出的精准时钟源信号而工作。
长久以来,我们习惯于石英晶振。也同时承受着石英晶振的温漂、品质不统一、抗震性差、交货周期长等问题。而这一切,我们需要从石英的生产制程上说明。我们先把石英晶振剖开来看一看。
大体上石英晶振分为上盖、基座、导电胶、晶片,如果是有源的话,还需要一颗起振IC。而这里面石英工厂要做的只是切割石英晶片,购买上盖、基座、导电胶、起振IC,然后组装在一起。
整个过程包括切割、打磨、镀银、组装、测试等,大概需要23步流程,其中包括关键的开盖组装部分,存在高污染的可能。复杂的流程工艺,而且存在大量的人工参与,所以石英晶振的不良率(DPPM)在百万分之50-150之间(此数字SiTIme MEMS硅晶振小于百万分之0.1)。
下面我们来讲一下石英切割。石英晶片的切割与频点是一一对应的关系,也就是说不同的频点,对应的石英晶片的大小、厚薄都是不一样的。而且采用不同的切割方式,石英晶片所表现出的高低温特性是不一样的。比如常用的AT切,可提供相对较好的温度特性,但对机械应力较为敏感。(如下图为AT切石英晶片温度特性)
采用AT切,温度在+27度以上、-10度以下会产生比较大的漂移。这也是为什么石英晶振都会有温漂这个参数。而MEMS硅晶振则在全温范围内无温漂问题。
标称±25ppm的MEMS硅晶振,全温范围内的实测精度约在±10ppm。
综上,石英晶振最早产生于1920年代,近百年的发展历史,但依然存在如下问题:
1、温漂(高低温与常温频率特性漂移);
2、品质不一致(半自动化半人工生产,品质与管理有最直接的关系);
3、抗震性差;
4、生产周期长,紧急交付不灵活;
MEMS 硅晶振正是在此条件下而生。半导体发展到今天,微电子技术已经得到了长足的发展。而晶振则是需要机械震动体,(石英晶振之初也是因为其压电效应的机械震动频率稳定性优于RC振荡),所以MEMS技术(微机电技术)的发展也孕育了MEMS硅晶振的半导体化。
MEMS硅晶振的核心一个是MEMS谐振子技术,直白些说就是以硅(SI)为原材料,采用MEMS工艺的一个微机械振动结构,可以产生稳定的振动频率。
还有一个是CMOS晶圆,半导体技术。对频率进行保持、编程、驱动、补偿等,以确保得到我们想要的1-725MHZ且精确到小数点后面6位的任一频点。
其工艺采用标准的半导体生产工艺,采用德国BOSCH的MEMS Wafer及台湾TSMC的CMOS Wafer, 封测在台湾ASE及马来西亚的Carsem。
最后值得一提的是,SiTIme 产品可通过专用的编程设备对CMOS内部的PLL进行编程.SiTIme中国区样品中心 通过备全系列空白片库存,可24小时内提供符合客户需求的时钟产品,并可支持研发前期的小批量试产供货。
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