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SiRes MEMS硅开发技术将取代传统石英振荡器
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨报导】   2006年04月17日 星期一

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美国硅谷私人创投企业SiTime 宣布,将推出以其专利MEMS FirstTM 为基础并和 EpiSealTM CMOS 技术兼容,发展制造出的 SiT1xxx 定频及SiT8002可程序化石英振荡器样本,提供业界试用。

SiTime硅振荡器是以静电驱动的机械装置,拥有接近消费性石英产品等级的ppm性能,振动频率比目前最好的硅计时振荡器表现更出色。SiTime预期这款全新的机械装置,将迅速取代现在市场主流产品,即用于大部分电子计时及频率计算的 「时钟」(clock)石英技术。SiTime最新的 SiResTM SiT1xxx 及 SiT8002 系列振荡器,能产生1~125 MHz频率,在温度不稳定及多干扰环境下表现出色。封装方面,采用业界标准IC封装,大幅降低生产成本。

SiTime今日发表供业界试用的样本,适用于八成使用石英共振器及振荡器的企业,主要包括数字相机、行动媒体播放器、笔记本电脑及其他高精准设备制造商。总而言之,MEMS 振荡器将嘉惠任何最要求体积小及高精准石英装置的产品。

Robert Bosch, GmbH公司研究员Markus Lutz 和Aaron Partridge 博士,与美国史丹福大学教授Tom Kenny合作,开发出一系列的突破性技术,扫除MEMS共振器使用上的障碍,解决了包括温度对频率的延迟误差、长期稳定性及封装成本等问题。SiTime拥有Robert Bosch, GmbH研发出的独家专利使用许可,而Robert Bosch, GmbH公司成立正是为了研发这种技术,并应用在200 毫米标准CMOS晶圆上。

SiTime 共振器比同类型石英共振器的体积小1,000倍,与商业石英装置比较,性能表现非常突出。例如传统石英装置的长期稳定性或老化程度一般为0.050 ppm,SiTime 测试样本却是目前产品所能达到性能的上限。一般来说,传统石英装置第一年老化程度在+ 2及 + 5 ppm之间,超过十年老化程度在+ 10及 + 15 ppm 间。在最差的情况下,非MEMS硅时钟振荡器的容许频偏为2,500 到25,000 ppm 。至于温度对频率延迟误差,在高于摄氏4度的情况下,频率为每分钟少于1 ppm;但其他同类型石英共振器在同样条件下,则为每分钟 +/-2 ppm。SiTime共振器的组成部分包括CMOS 驱动电路,形成SiResTM内极为细小且高性能的振荡器。

SiTime的MEMS 共振器在低成本CMOS晶圆代工厂以0.18µm 模块蚀刻在硅晶圆上。深度离子蚀刻技术 “DRIE or Bosch Process” 能生产极细小且坚硬的机械结构,在电子讯号引导下能自由振动,振动效率以Q作为单位。MEMS FirstTM共振器的Q大约是80,000;机械共振器的测量结果为300µm,即每200 毫米的晶圆的Q超过50,000,才能制造一个高性能和具成本效益的共振器。

之后,硅机械共振器被装封在细小无尘的真空管内,真空管直接由SiTime的 EpiSealTM CMOS技术兼容制造的晶圆上成形。EpiSealTM容许SiTime共振器舍弃传统的陶瓷封装,改使用任何标准的IC封装技术。SiTime 第一个系列产品采用小幅改良的QFN 技术,以符合石英振荡器及共振器的封装需求。QFN封装包括一个CMOS 驱动IC和MEMS 共振器,组成一个完整的振荡器,成品仅2.0 毫米(w) x 2.5 毫米(l) x 0.85 毫米(h) 。

拥有体积极微小的共振器束及无尘真空管,以及制程稳定的CMOS晶圆代工技术,均为SiTime振荡器减少及解决很多石英稳定度带来的问题,包括容易破裂、受热敏感度高、过度驱动耗损、冲撞及振荡敏感性、客制化封装、面积以及不一致的启动状态、热延迟作用、ESD 损耗及老化。

此外,要适当操作石英共振器,需要两台负载电容器,以及一台分流电阻器。相对来说,封装相同面积的产品,SiTime 振荡器PCB 电路面积比石英小30%,节省BOM成本,而且每频率源也可节省三个组件。除了性能及可靠度等多项问题获得显著改善, SiTime 振荡器定价不到0.50美元,在相同特性及面积下,比同类型石英产品更具成本效益。

SiTime执行长兼创辨人之一Kurt Peterson先生在MEMS 界拥有非常丰富的经验,他表示:「SiTime 推出的SiResTM 振荡器为计时装置展开重要的技术基础进程。以石英当作电子电路主流组件的时代已经过去,最新的SiResTM 振荡器体积微小、可靠稳定度及成本效益都非常出色,势必成为电路设计人员的最佳选择。」

SiTime的 SiResTM SiT1xxx 振荡器提供超过173 个频率选择。SiT8002可程序化石英振荡器是一个高价值的解决方案,可用于快速转换的原型制作、客制化频率及少量生产,而其规格、小大及功能与SG-8002兼容,除了低耗电、更小封装体积及售价较低的特点外,SiT8002与一般可程序化石英振荡器类似。两个系列振荡器都提供1.000~125.000 MHz的频率以供选择,不同频率的限度为+ 50 ppm 至+ 100 ppm,工业用可在温度摄氏-40至85度下运作,商业用途则可用于摄氏0至70度。此外,产品亦提供四种不同尺寸,从5.0 毫米x 7.0 毫米x 0.85 毫米到2.0 毫米x 2.5 毫米x 0.85 毫米,因应并符合不同需要。目前已经有可供业界试用的样本,并于九月正式出货销售。

關鍵字: MEMS  SiTime  Kurt Peterson  Markus Lutz  Aaron Partridge  定时器/频率产生器 
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