原创 MEMS硅晶振VS石英晶振（连载四）之MEMS硅晶振

    何为MEMS？对于很多人来讲，这并不是个陌生的词语，MEMS现在已被广泛的用于传感器、陀螺仪、麦克风等产品中。但对于大部分人来讲，MEMS还是一个比较陌生的词语。MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种 微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。 微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。

    如果我们用一个人做比喻的话，那么人的头就控制部分（电子部分）、而人的身体则是机械与传感部分。下图则形像的说明了，什么是MEMS技术？

二、MEMS硅晶振

　SiTime MEMS硅晶振采用全硅的MEMS技术，由两个芯片堆栈起来（如下图所示），下方是CMOS PLL驱动芯片，上方则是MEMS谐振器，以标准QFN IC封装方式完成。封装尺寸以及焊接管脚与传统标准石英振荡器的脚位完全兼容，可直接替代原来石英产品，无须更改任何设计。SiTime MEMS硅晶振具有无温飘、稳定性高、低成本等优势，从本质上克服了石英的诸多缺点，更符合现代电子的发展方向。SITIME 公司依托德国BOSH公司经30年验证的MEMS时脉技术，全球率先推出了MEMS全硅晶振，目前其已经成功开发出了包括TCXO、OCXO在内的三代产品，产品开发速度与性能远远高于同行业厂商。

    其实，就是相当于SITIME公司将石英晶振全面硅化，将其变成一颗芯片了。SITIME公司的MEMS硅晶振采用全自动化的半导体生产工艺流程。以自然界中储量仅次于氧元素，位居第二的硅元素为生产材料。让高性能与低成本变成了，“鱼与熊掌，可兼得！”

上面六幅图揭示了整个SITIME  

MEMS硅晶振的工艺流程，SITIME MEMS硅晶振采用上下两个晶圆叠加的方式，外部用IC通用的塑料做为封装。不仅大大减少的石英晶振的工序，而且更全面提升了产品性能。

 讲到这里，我们再回顾一下现代电子工业，对时钟组件的三大要求：

1、 片式化、薄型化：石英晶振不同的频点需切割不同的晶片，而对于小体积、薄型的工艺，是非常复杂的，就算能做到，也将会导致性能的降低。

SITIME  MEMS硅晶振目前可以提供全球最薄的封装，仅为0.25mm.(与手机卡相差无几)。另SITIME MEMS硅晶振，任一频点均可提供7050、5032、3225、2520四种封装形式。

2、 高精度、高稳定度：石英晶振内部的石英晶片需渡一层纯银，所以石英晶振需用惰性气体---氮气密封在金属壳与基座形成的空腔内。长时间工作后，会由于老化、震动等因素，造成“漏气”现象。直接将石英晶片上面的银氧化，这就是为什么石英晶振会有停振、不起振现象。另外由于石英的“温漂”特性，也将使其在全温工作环境中的稳定度大大降低。

SITIME采用全自动化半导体技术，无“气密”性问题；平均无故障工作时间间5亿小时，（石英仅为2千万小时）；SITIME MEMS硅晶振内部均含有温补电路，工作温度内全温保证（温漂为零）；SITIME MEMS硅晶振的抗震性能是石英的10倍以上；

3、 低成本：石英晶振生产厂商都需购买基座与外壳，由于下游原材料成本无法降低，使得石英晶振，经过了几十年后，价格一直在这个水平，而以后的价格下降空间，更是少之又少。

SITIME MEMS硅晶振采用全自动化半导体工艺，塑封。采用MEMS硅晶圆与CMOS晶圆叠加的技术。这就使得SITIME  MEMS硅晶振可以在全球任一大的晶圆厂代工生产，而不像石英晶振似的，增加产能就必须建厂。这就使得SITIME MEMS硅晶振的成本在未来将会有很大的下降空间。（目前与石英价格一样。）
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