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SiRes MEMS矽開發技術將取代傳統石英振盪器
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨報導】   2006年04月17日 星期一

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美國矽谷私人創投企業SiTime 宣布,將推出以其專利MEMS FirstTM 為基礎並和 EpiSealTM CMOS 技術相容,發展製造出的 SiT1xxx 定頻及SiT8002可程式化石英振盪器樣本,提供業界試用。

SiTime矽振盪器是以靜電驅動的機械裝置,擁有接近消費性石英產品等級的ppm性能,振動頻率比目前最好的矽計時振盪器表現更出色。SiTime預期這款全新的機械裝置,將迅速取代現在市場主流產品,即用於大部分電子計時及頻率計算的 「時鐘」(clock)石英技術。SiTime最新的 SiResTM SiT1xxx 及 SiT8002 系列振盪器,能產生1~125 MHz頻率,在溫度不穩定及多干擾環境下表現出色。封裝方面,採用業界標準IC封裝,大幅降低生產成本。

SiTime今日發表供業界試用的樣本,適用於八成使用石英共振器及振盪器的企業,主要包括數位相機、行動媒體播放器、筆記型電腦及其他高精準設備製造商。總而言之,MEMS 振盪器將嘉惠任何最要求體積小及高精準石英裝置的產品。

Robert Bosch, GmbH公司研究員Markus Lutz 和Aaron Partridge 博士,與美國史丹福大學教授Tom Kenny合作,開發出一系列的突破性技術,掃除MEMS共振器使用上的障礙,解決了包括溫度對頻率的延遲誤差、長期穩定性及封裝成本等問題。SiTime擁有Robert Bosch, GmbH研發出的獨家專利使用許可,而Robert Bosch, GmbH公司成立正是為了研發這種技術,並應用在200 毫米標準CMOS晶圓上。

SiTime 共振器比同類型石英共振器的體積小1,000倍,與商業石英裝置比較,性能表現非常突出。例如傳統石英裝置的長期穩定性或老化程度一般為0.050 ppm,SiTime 測試樣本卻是目前產品所能達到性能的上限。一般來說,傳統石英裝置第一年老化程度在+ 2及 + 5 ppm之間,超過十年老化程度在+ 10及 + 15 ppm 間。在最差的情況下,非MEMS矽時鐘振盪器的容許頻偏為2,500 到25,000 ppm 。至於溫度對頻率延遲誤差,在高於攝氏4度的情況下,頻率為每分鐘少於1 ppm;但其他同類型石英共振器在同樣條件下,則為每分鐘 +/-2 ppm。SiTime共振器的組成部分包括CMOS 驅動電路,形成SiResTM內極為細小且高性能的振盪器。

SiTime的MEMS 共振器在低成本CMOS晶圓代工廠以0.18µm 模組蝕刻在矽晶圓上。深度離子蝕刻技術 “DRIE or Bosch Process” 能生產極細小且堅硬的機械結構,在電子訊號引導下能自由振動,振動效率以Q作為單位。MEMS FirstTM共振器的Q大約是80,000;機械共振器的測量結果為300µm,即每200 毫米的晶圓的Q超過50,000,才能製造一個高性能和具成本效益的共振器。

之後,矽機械共振器被裝封在細小無塵的真空管內,真空管直接由SiTime的 EpiSealTM CMOS技術相容製造的晶圓上成形。EpiSealTM容許SiTime共振器捨棄傳統的陶瓷封裝,改使用任何標準的IC封裝技術。SiTime 第一個系列產品採用小幅改良的QFN 技術,以符合石英振盪器及共振器的封裝需求。QFN封裝包括一個CMOS 驅動IC和MEMS 共振器,組成一個完整的振盪器,成品僅2.0 毫米(w) x 2.5 毫米(l) x 0.85 毫米(h) 。

擁有體積極微小的共振器束及無塵真空管,以及製程穩定的CMOS晶圓代工技術,均為SiTime振盪器減少及解決很多石英穩定度帶來的問題,包括容易破裂、受熱敏感度高、過度驅動耗損、衝撞及振盪敏感性、客製化封裝、面積以及不一致的啟動狀態、熱延遲作用、ESD 損耗及老化。

此外,要適當操作石英共振器,需要兩台負載電容器,以及一台分流電阻器。相對來說,封裝相同面積的產品,SiTime 振盪器PCB 電路面積比石英小30%,節省BOM成本,而且每頻率源也可節省三個元件。除了性能及可靠度等多項問題獲得顯著改善, SiTime 振盪器定價不到0.50美元,在相同特性及面積下,比同類型石英產品更具成本效益。

SiTime執行長兼創辨人之一Kurt Peterson先生在MEMS 界擁有非常豐富的經驗,他表示:「SiTime 推出的SiResTM 振盪器為計時裝置展開重要的技術基礎進程。以石英當作電子電路主流元件的時代已經過去,最新的SiResTM 振盪器體積微小、可靠穩定度及成本效益都非常出色,勢必成為電路設計人員的最佳選擇。」

SiTime的 SiResTM SiT1xxx 振盪器提供超過173 個頻率選擇。SiT8002可程式化石英振盪器是一個高價值的解決方案,可用於快速轉換的原型製作、客製化頻率及少量生產,而其規格、小大及功能與SG-8002相容,除了低耗電、更小封裝體積及售價較低的特點外,SiT8002與一般可程式化石英振盪器類似。兩個系列振盪器都提供1.000~125.000 MHz的頻率以供選擇,不同頻率的限度為+ 50 ppm 至+ 100 ppm,工業用可在溫度攝氏-40至85度下運作,商業用途則可用於攝氏0至70度。此外,產品亦提供四種不同尺寸,從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,因應並符合不同需要。目前已經有可供業界試用的樣本,並於九月正式出貨銷售。

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