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浅析全硅MEMS振荡器和传统石英的区别

作者:时间:2012-08-31来源:网络收藏

 图7为晶体具有的不同共振波模(resonant modes),其中某些共振波模会因外界温度变化而移动,但晶体主要共振波模又称基本共振波模(main or fundamental mode),靠设计及制造工艺来保持其不受温度影响。但作为成品,一旦受温度影响的共振波模与基本共振波模重叠,就会引起严重频率偏差,甚至完全停振。Activity Dip现象很难靠测试来筛选,这也是在可靠性和一致性方面比产品较差的因素之一。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176328.htm

  除Activity Dip外,晶体要保持良好的频率稳定性与封装时用氮气密封质量好坏有直接关系。石英在运输、SMD上线,或系统正常运作过程中受震动或老化影响,一旦漏气,就会造成停振,导致整个系统失效。 所以石英漏气是石英最常见的质量问题之一。

  相比之下,振荡器利用半导体标准制程和封装,以IC的方式产生输出信号。产品本身无需密封,在设计测试中也彻底排除了Activity Dip等问题,使之在不同外界环境(温度、湿度、震动等)中保持良好的频率性和质量上的一致性。

  组件的可靠性一般是用平均无故障时间(MTTF或MTBF)作为衡量标准,衡量单位为百万小时,数字越高表示产品越可靠。

  受石英材料工艺限制,目前一线石英大厂也只能达到3千万小时MTBF值。如表1所示,振荡器基于架构,在MTBF指标上优于石英10多倍,这也使得振荡器不再是系统产品质量问题的焦点之一。

  

表1 石英与全硅MEMS振荡器可靠性和抗震能力比较

  表1 石英与全硅MEMS振荡器可靠性和抗震能力比较

  那MEMS振荡器超越石英30倍的抗震优势在应用上又有何价值呢?现代移动产品如电子书、固体硬盘(SSD)等,不但体积越来越小,更在朝超薄型发展。但这些移动产品,却恰恰有一个所谓的跌落测试(drop-test),来验证包括振荡器在内的产品整体可靠性和稳定性。

  对于石英来说,体积越小、厚度越薄,就越易破裂也越易出现频偏、精度降低的现象。跌落测试是石英振荡器难跨越的门槛,同时也给了MEMS振荡器大显身手的机会。MEMS在可靠性和抗震效应上的优势,使之不但成为移动产品中振荡器的理想选泽,更是军工、汽车、医疗、网络通信等高可靠性产品中的必用品。

  通过以上对比大家可以看到,全硅MEMS时钟产品取代石英已是既成的事实。接下来,如何加快采用全硅MEMS时钟技术的步伐?是否可以一料通用,减少需管理料号,减低管理成本?是否可利用全硅MEMS时钟产品的优异可靠性来提升系统产品的质量等等,都是值得我们思考的地方。

  全硅MEMS时脉产品的时代已经到来了

  全硅MEMS时脉产品的出现对石英在电子产品中已占据了60年的霸主地位起到了冲击。时脉组件,在电子组件产业全面“硅“化的过程中以是最后一个前沿(last frontier), 因为今天的电子产品中除振荡器,电阻,电容外以很少能找出非硅组件。如果说石英的技术经过60年发展已达到极限,那末全硅MEMS技术则应该说正在进如高速成长期,根据”moore’s law, 在今后5年内MEMS时脉产品会更小,更薄,更可靠,更耐用,更多的功能,更短的供货期和更灵活更快的克制化,其性价比也会将石英远远抛在后面。

  即然全硅MEMS时脉产品取代石英以是既成事实,那末研发和物料管理人员是否也应用更有创新的思维去评估这种更型换代的产品可对公司带来的价值?如果加快采用全硅MEMS时脉技术的步伐,是否可以一料通用,减少需管理料号,减低管理成本?是否可利用全硅MEMS时脉产品优异可靠性来提升系统产品的质量?这些都是值得思考的地方。


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