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為什么 Precision Timing 比 Quartz 更重要
隨著 AI 和機器學習將我們帶入第四次工業革命，工程師們正在重新審視數據傳輸如何通過電子系統進行同步。更多的數據以更快的速度傳輸，系統復雜性更高。準確、低抖動和穩定的時序信號對于同步數據流至關重要。為了滿足新興技術的需求并保持系統像鐘表一樣運行，是時候重新考慮您的計時設備了。在這個由兩部分組成的精密定時系列中，您將了解為什么微機電系統 （MEMS） 硅定時器件在電子設計的新時代占據了制高點。
一、石英和 MEMS 材料之間的區別以及為什么您應該關心
硅是 MEMS 定時器件中使用的核心材料。它由超純單晶硅或單晶硅制成。單晶硅具有明確定義的晶體結構，可實現一致且可靠的性能。事實上，與 50 DPPM 或更高的石英故障率相比，SiTime 硅 MEMS 器件的質量和可靠性是同類石英晶體器件的 50 倍，缺陷品低于百萬分之一 （DPPM）。
石英晶體也可以是一種純材料，但它天然包含像差，即單晶硅中不會出現的缺陷。此外，石英晶體需要金屬電極并用環氧樹脂膠連接。這些材料的可重復性和控制性不如單晶硅。
另一個區別點是尺寸和機械彈性：由石英制成的競爭器件比 MEMS 硅器件大。事實上，32 kHz 的 SiTime 硅 MEMS 諧振器比競爭對手的石英諧振器輕 1,000 倍，體積更小。由于石英器件的尺寸較大，機械 g 力的影響要大得多，使石英器件對沖擊和振動更敏感。材料強度（質量和結構）的差異使得石英定時器件在沖擊下比 MEMS 硅更容易開裂或斷裂。
SiTime MEMS時鐘器件使用標準半導體工藝，有助于實現小型化并更輕松地集成到電子系統中。硅 MEMS 材料可實現更好的質量，簡化制造，并促進以前石英無法實現的規模經濟。
二、韌性：承受最惡劣的條件
MEMS諧振器具有卓越的彈性。它們的固態特性和結構設計使其對環境壓力源（如振動、沖擊、溫度變化、高壓和濕度）具有很強的抵抗力。
MEMS 振蕩器對溫度變化的適應性更強。由于諧振器由硅制成，因此可以直接安裝在振蕩器 IC 上，也可以與溫度傳感器配對在同一基板上，從而消除了元件之間的距離，使溫度補償更加有效。這種耐用性確保基于 MEMS 的時序解決方案在會降低 quartz 振蕩器性能的條件下保持其準確性和可靠性，從而為關鍵應用提供更強大的解決方案。
三、Epi-Seal 工藝：制造奇跡
SiTime MEMS 器件制造的一個突出特點是 Epi-Seal® 工藝，這是一種專有的制造方法，將 MEMS 諧振器封裝在純硅、清潔的真空環境中。這種創新的密封方法可以保護諧振器免受環境污染物的影響，并顯著提高器件的長期可靠性和性能。在晶圓級創建氣密真空密封的能力與傳統的石英晶體諧振器制造不同，在傳統的石英晶體諧振器制造中，諧振器的封閉是在封裝級別進行的，這引入了潛在的可變性、雜質、污染和缺陷。
諧振腔內的污染物對振蕩器的頻率穩定性有重大影響，尤其是隨時間推移的長期頻率偏差，稱為頻率老化或漂移。與競爭解決方案相比，Epi-Seal 工藝提高了 SiTime MEMS 器件的可靠性和使用壽命，防止了頻率老化。
四、擴展和集成：Silicon 的供應鏈協同效應
硅晶片晶圓廠（制造設施）按照標準化流程運行，這與石英振蕩器所需的更專業、更不靈活的制造操作不同。正因為如此，硅基 MEMS 振蕩器可以幫助您簡化電子系統的供應鏈，提供比石英器件制造商更可預測和更短的交貨時間。這轉化為采購經理的供應鏈敏捷性，實現新產品的可擴展性并縮短上市時間。
石英晶體振蕩器使用獨特的基于石英的諧振器與振蕩器芯片相結合，它們一起封裝在陶瓷或金屬封裝中?；?MEMS 的振蕩器將硅 MEMS 芯片與振蕩器芯片相結合。但是，由于 MEMS 諧振器密封在硅中，并且兩個芯片都是硅，因此它們可以一起封裝在標準半導體封裝中，例如塑料四方扁平無鉛 （QFN），或者使用更先進的半導體封裝技術，例如晶圓級芯片級封裝 （WL-CSP），以進一步減少占用空間。因此，MEMS 時序芯片更容易集成到更大的系統中，并且可以減少電路板空間，從而提高功耗、性能和面積 （PPA） 的設計效率。
五、制造時序的未來
Epi-Seal 工藝體現了 SiTime 成為 MEMS 精密計時領導者的承諾。通過將 MEMS 諧振器封裝在純硅、清潔的真空環境中，SiTime 確保了其器件的卓越可靠性、穩定性和使用壽命，性能優于傳統的石英解決方案。此外，將硅基 MEMS 振蕩器集成到標準化晶圓制造工藝中，在供應鏈效率和可擴展性方面具有顯著優勢。隨著對先進電子系統的需求不斷增長，SiTime 的創新提供了一種引人注目的解決方案，既滿足了現代技術的需求，又為未來的進步鋪平了道路。
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