原创 从嵌入CMOS MEMS振荡器展望IC设计的潜在变革

　　随着CMOS MEMS振荡器大规模制造技术的成熟，应用将涉及汽车、电视、摄像机、个人电脑、便携式设备等等几乎一切电子设备，本文向中国工程师概要介绍CMOS MEMS谐振器主流技术及行业动态、在IC中嵌入CMOS MEMS振荡器的设计流程以及相关支持工具的发展趋势。

关键词： MEMS，振荡器，CMOS MEMS，IC设计，EDA
　　MEMS技术将会给几乎所有种类的电子产品带来一场革命，特别是随着CMOS MEMS振荡器大规模制造技术的成熟，消费电子产品制造商、硬盘制造商以及其它产品制造商都将会从中受益，其中包括减少必需材料的使用量、缩短设计时间、提高结构的稳固性及降低能耗等等。

　　据Sitime公司提供的数据，目前全球石英晶体振荡器市场年规模为30亿美元，每年生产90亿颗石英晶体振荡器，应用涉及汽车、电视、摄像机、个人电脑、便携式设备等等几乎一切电子设备，如图1所示为电子设备中所需振荡器的数量。因此，CMOS MEMS谐振器的推广应用具有真正意义上的颠覆性。本文概要介绍CMOS MEMS谐振器主流技术及行业动态、在IC中嵌入CMOS MEMS振荡器的设计流程以及相关支持工具的发展趋势。

图1 电子设备中所需振荡器的数量
来源：Sitime公司

MEMS振荡器技术：SITime公司一家独大
　　MEMS振荡器是未来频率控制市场上一个非常重要的产品领域。CMOS MEMS谐振器技术领域里的全球领导者及下一代定时解决方案提供商主要有美国SiTime、Discera和Silicon Clocks等三家公司。其中SiTime公司占据MEMS振荡器市场的85%以上，到今年6月份出货量已突破5千万颗。其江湖地位难以撼动。目前，Sitime与台积电及JAZZ半导体合作、Discera公司与Vectron International公司合作为电子产品制造商生产MEMS振荡器。

　　SiTime的MEMS First技术
　　MEMS First制造工艺技术是在8英寸的SOI(硅绝缘层)晶圆上，以深度离子蚀刻技术，产生出极细小且坚硬的机械结构，作为谐振器。在实际工作时，这些硅谐振器会受到电子信号的引导，而在与晶圆表面水平的方向产生振动。然后，利用EpiSeal CMOS技术，将硅谐振器在高温情况下封装于CMOS硅晶层之下。由于高温处理能够排除蚀刻时产生的空气和污染，因此被封装在硅晶层下的硅谐振器便可处于近乎真空无尘的环境内工作，确保振荡的可靠度与准确度。

　　据Sitime公司介绍，一片8英寸晶圆可以制作出高达5万颗的硅晶振荡器，以体积来看，比同类型石英组件的体积小1,000倍。此外，就性能相比，不管是就长期稳定性、老化程度和温度补偿特性来看，新产品均不逊于石英装置，反而具备更佳的CMOS集成能力与抗冲击特性。 此外， EpiSeal CMOS技术容许SiTime振荡器舍弃传统的陶瓷封装，改使用任何标准的IC封装技术。

相关链接：http://www.adum.com.cn/products/1/