一文讲明白MEMS硅晶振与石英晶振的区别

     晶振，大家并不陌生。他是名副其实的电路的“心脏”，我们的处理器、存储、模数转换等芯片，都依赖于其输出的精准时钟源信号而工作。

    

     长久以来，我们习惯于石英晶振。也同时承受着石英晶振的温漂、品质不统一、抗震性差、交货周期长等问题。而这一切，我们需要从石英的生产制程上说明。我们先把石英晶振剖开来看一看。

    大体上石英晶振分为上盖、基座、导电胶、晶片，如果是有源的话，还需要一颗起振IC。而这里面石英工厂要做的只是切割石英晶片，购买上盖、基座、导电胶、起振IC，然后组装在一起。

     

     整个过程包括切割、打磨、镀银、组装、测试等，大概需要23步流程，其中包括关键的开盖组装部分，存在高污染的可能。复杂的流程工艺，而且存在大量的人工参与，所以石英晶振的不良率（DPPM）在百万分之50-150之间（此数字SiTime MEMS硅晶振小于百万分之0.1）。

     下面我们来讲一下石英切割。石英晶片的切割与频点是一一对应的关系，也就是说不同的频点，对应的石英晶片的大小、厚薄都是不一样的。而且采用不同的切割方式，石英晶片所表现出的高低温特性是不一样的。比如常用的AT切，可提供相对较好的温度特性，但对机械应力较为敏感。（如下图为AT切石英晶片温度特性）

采用AT切，温度在+27度以上、-10度以下会产生比较大的漂移。这也是为什么石英晶振都会有温漂这个参数。而MEMS硅晶振则在全温范围内无温漂问题。

标称±25ppm的MEMS硅晶振，全温范围内的实测精度约在±10ppm。

综上，石英晶振最早产生于1920年代，近百年的发展历史，但依然存在如下问题：

1、温漂（高低温与常温频率特性漂移）；

2、品质不一致（半自动化半人工生产，品质与管理有最直接的关系）；

3、抗震性差；

4、生产周期长，紧急交付不灵活；

MEMS 硅晶振正是在此条件下而生。半导体发展到今天，微电子技术已经得到了长足的发展。而晶振则是需要机械震动体，（石英晶振之初也是因为其压电效应的机械震动频率稳定性优于RC振荡），所以MEMS技术（微机电技术）的发展也孕育了MEMS硅晶振的半导体化。

MEMS硅晶振的核心一个是MEMS谐振子技术，直白些说就是以硅（SI）为原材料，采用MEMS工艺的一个微机械振动结构，可以产生稳定的振动频率。

还有一个是CMOS晶圆，半导体技术。对频率进行保持、编程、驱动、补偿等，以确保得到我们想要的1-725MHZ且精确到小数点后面6位的任一频点。

其工艺采用标准的半导体生产工艺，采用德国BOSCH的MEMS Wafer及台湾TSMC的CMOS Wafer, 封测在台湾ASE及马来西亚的Carsem。

     最后值得一提的是，SiTime 产品可通过专用的编程设备对CMOS内部的PLL进行编程.SiTime中国区样品中心 通过备全系列空白片库存，可24小时内提供符合客户需求的时钟产品，并可支持研发前期的小批量试产供货。

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