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石英具有非凡的机械和压电特性, 长期以来一直作为基本的时钟器件,在精确频率源器件中占据主导地位。然而, 石英振荡器也有许多缺点, 包括不能集成到硅圆晶上, 缩小尺寸相应提高了成本, 非工业标准的制造和封装方法, 对热、 冲击和振动敏感,特别是一种封装只对应一种频率。因此,业界习惯于使用石英振荡器后, 任何在不牺牲性能的情况下克服这些缺点的努力都是徒劳无功的。所以,人们也一直在寻找一种能替代石英晶体振荡器的器件。
目前,这个长期困惑人们的问题已经得以解决。SiTime公司研发出替代石英振荡器的硅MEMS 振荡器, 它可靠性高、尺寸更小, 便于使用, 以及价格便宜,并与CMOS兼容还具有单片多谐振的功能,这些特点都超过了石英振荡器的规格指标。SiTime公司表示,硅MEMS振荡器定会在30亿美元的石英振荡器市场中逐步显示出它的竞争力。
据了解,MEMS工艺起始于由10mm SOI 圆晶玻璃绝缘层向下刻蚀0.4mm 而形成谐振腔原型。刻蚀层由硅氧化合物覆盖, 圆晶置入外延反应器表面生长硅和多晶硅薄层。由这一层刻蚀通孔由通孔移除玻璃形成谐振器。圆晶重新置入外延反应器并在1000℃下清洁除去污染, 通孔密封关闭, 并生长厚单晶和多晶覆盖。
MEMS谐振器通过高温退火, 移除微裂纹和缺陷, 密封于极其洁净的真空腔内。厚多晶覆盖机械强度高,能耐受封装注塑过程几百个大气压力。经过抛光, 圆晶显得与未经处理一样崭新, 尽管表面以下可能隐藏着数十甚至数千个谐振器。由覆盖单晶开辟通孔形成到谐振器驱动和感应电极的电气接触。圆晶的最后通过金属线和键合完成多芯片或片上系统封装的振荡器。MEMS 谐振器顶层可以放置CMOS 电路,只是要小心不要在多晶覆盖上放置晶体管。
SiTime公司专家介绍说,硅MEMS振荡器比同类型石英振荡器的体积要小1000倍,成品率超过98%。在-50℃~+80℃之间上下温度循环300次,经测试数据显示,系统中没有出现漂移或迟滞变化。此次推出的SiT8002 振荡器可提供1,000 MHz~125,000 MHz 的频率以供选择,不同频率的容限为+ 50 ppm 至+ 100 ppm 之间。
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