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全硅MEMS振蕩器和傳統(tǒng)石英的區(qū)別

作者: 時(shí)間:2010-10-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  圖7為晶體具有的不同共振波模(resonant modes),其中某些共振波模會(huì)因外界溫度變化而移動(dòng),但晶體主要共振波模又稱基本共振波模(main or fundamental mode),靠設(shè)計(jì)及制造工藝來保持其不受溫度影響。但作為成品,一旦受溫度影響的共振波模與基本共振波模重疊,就會(huì)引起嚴(yán)重頻率偏差,甚至完全停振。Activity Dip現(xiàn)象很難靠測(cè)試來篩選,這也是在可靠性和一致性方面比產(chǎn)品較差的因素之一。

  除Activity Dip外,晶體要保持良好的頻率穩(wěn)定性與封裝時(shí)用氮?dú)饷芊赓|(zhì)量好壞有直接關(guān)系。石英在運(yùn)輸、SMD上線,或系統(tǒng)正常運(yùn)作過程中受震動(dòng)或老化影響,一旦漏氣,就會(huì)造成停振,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。 所以石英漏氣是石英最常見的質(zhì)量問題之一。

  相比之下,振蕩器利用半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)制程和封裝,以IC的方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。產(chǎn)品本身無需密封,在設(shè)計(jì)測(cè)試中也徹底排除了Activity Dip等問題,使之在不同外界環(huán)境(溫度、濕度、震動(dòng)等)中保持良好的頻率性和質(zhì)量上的一致性。

  組件的可靠性一般是用平均無故障時(shí)間(MTTF或MTBF)作為衡量標(biāo)準(zhǔn),衡量單位為百萬小時(shí),數(shù)字越高表示產(chǎn)品越可靠。

  受石英材料工藝限制,目前一線石英大廠也只能達(dá)到3千萬小時(shí)MTBF值。如表1所示,振蕩器基于架構(gòu),在MTBF指標(biāo)上優(yōu)于石英10多倍,這也使得振蕩器不再是系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量問題的焦點(diǎn)之一。

  

表1 石英與全硅MEMS振蕩器可靠性和抗震能力比較

  表1 石英與全硅MEMS振蕩器可靠性和抗震能力比較

  那MEMS振蕩器超越石英30倍的抗震優(yōu)勢(shì)在應(yīng)用上又有何價(jià)值呢?現(xiàn)代移動(dòng)產(chǎn)品如電子書、固體硬盤(SSD)等,不但體積越來越小,更在朝超薄型發(fā)展。但這些移動(dòng)產(chǎn)品,卻恰恰有一個(gè)所謂的跌落測(cè)試(drop-test),來驗(yàn)證包括振蕩器在內(nèi)的產(chǎn)品整體可靠性和穩(wěn)定性。

  對(duì)于石英來說,體積越小、厚度越薄,就越易破裂也越易出現(xiàn)頻偏、精度降低的現(xiàn)象。跌落測(cè)試是石英振蕩器難跨越的門檻,同時(shí)也給了MEMS振蕩器大顯身手的機(jī)會(huì)。MEMS在可靠性和抗震效應(yīng)上的優(yōu)勢(shì),使之不但成為移動(dòng)產(chǎn)品中振蕩器的理想選澤,更是軍工、汽車、醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)通信等高可靠性產(chǎn)品中的必用品。

  通過以上對(duì)比大家可以看到,全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品取代石英已是既成的事實(shí)。接下來,如何加快采用全硅MEMS時(shí)鐘技術(shù)的步伐?是否可以一料通用,減少需管理料號(hào),減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品的優(yōu)異可靠性來提升系統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量等等,都是值得我們思考的地方。

  全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品的時(shí)代已經(jīng)到來了

  全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品的出現(xiàn)對(duì)石英在電子產(chǎn)品中已占據(jù)了60年的霸主地位起到了沖擊。時(shí)脈組件,在電子組件產(chǎn)業(yè)全面“硅“化的過程中以是最后一個(gè)前沿(last frontier), 因?yàn)榻裉斓碾娮赢a(chǎn)品中除振蕩器,電阻,電容外以很少能找出非硅組件。如果說石英的技術(shù)經(jīng)過60年發(fā)展已達(dá)到極限,那末全硅MEMS技術(shù)則應(yīng)該說正在進(jìn)如高速成長期,根據(jù)”moore’s law, 在今后5年內(nèi)MEMS時(shí)脈產(chǎn)品會(huì)更小,更薄,更可靠,更耐用,更多的功能,更短的供貨期和更靈活更快的克制化,其性價(jià)比也會(huì)將石英遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面。

  即然全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品取代石英以是既成事實(shí),那末研發(fā)和物料管理人員是否也應(yīng)用更有創(chuàng)新的思維去評(píng)估這種更型換代的產(chǎn)品可對(duì)公司帶來的價(jià)值?如果加快采用全硅MEMS時(shí)脈技術(shù)的步伐,是否可以一料通用,減少需管理料號(hào),減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時(shí)脈產(chǎn)品優(yōu)異可靠性來提升系統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量?這些都是值得思考的地方。


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