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新創公司SiTime欲以MEMS技術取代傳統石英振盪器

上網時間: 2006年04月24日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MEMS  石英振盪器  SiT8002  CMOS  頻率 

長久以來,電子產業就一直使用石英晶體作為頻率振盪器的材料,然而這種情況,很可能會出現改變。日前美國一家新創公司SiTime宣稱,成功開發出整合MEMS(微機電)與CMOS製程的全新矽晶振盪器元件,將以更佳的效能與更低的成本,積極取代現有三十億美元規模的石英振盪器市場。

總部位於美國加州的SiTime公司,成立於2004年底,該公司日前以其專利的MEMS First和EpiSeal CMOS技術為基礎,發表了兩款型號為SiT1xxx定頻及SiT8002可程式化的矽振盪器產品,以標準的QFN封裝形式提供業界試用,並表示,已經獲得數量龐大的第一筆訂單,預計今年第四季就能正式出貨。

SiTime公司行銷副總裁John McDonald表示,過去三十年來,研究人員都在試圖尋找能夠取代石英晶體的振盪器材料,因為石英價格昂貴、可靠度較矽晶為低、製造時間較長、無法與CMOS製程相容,而且一個封裝只能提供一種頻率。但是,對於矽晶MEMS技術的研究一直都受限於材料本身長時間穩定度、溫度磁滯現象(hysteresis)、30ppm溫度補償係數等因素,無法突破。而該公司便是藉由整合了MEMS與CMOS製程技術,才能夠使以矽晶材料作為振盪器的概念得以實現。

McDonald解釋說,該公司專利的MEMS First製程技術,是在8吋的SOI(矽絕緣層)晶圓上,以深度離子蝕刻技術,產生出極細小且堅硬的機械結構,作為共振器(resonator)。在實際運作時,這些矽共振器會受到電子訊號的引導,而在與晶圓表面水平的方向產生振動。接下來,則是利用EpiSeal CMOS技術,將矽共振器在高溫情況下包覆於一CMOS矽晶層之下。由於高溫處理能夠排除蝕刻時產生的空氣和污染,因此被包覆在矽晶層下的矽共振器便可處於近乎真空無塵的環境內運作,確保振盪的可靠度與準確度。

McDonald表示,以一片8吋晶圓為例,我們可以製作出高達5萬顆的矽晶振盪器,以體積來看,SiTime元件比同類型石英元件的體積小1,000倍。此外,就性能相比,他強調,不管是就長期穩定性、老化程度和溫度補償特性來看,新產品均不遜於石英裝置,反而具備更佳的CMOS整合能力與防衝擊特性。

此外,利用EpiSeal CMOS技術容許SiTime振盪器捨棄傳統的陶瓷封裝,改使用任何標準的IC封裝技術。SiTime第一個系列產品便是採用小幅改良的QFN技術,以符合石英振盪器及振盪器的封裝需求。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)x2.5毫米(l)x0.85毫米(h)。

McDonald指出,目前該公司的產品在台積電,以0.18微米製程生產。由於採矽晶製程技術,他對產品成本的競爭力深具信心,「對石英振盪器來說,尺寸越小,由於良率因素,成本會更高。但對矽晶振盪器而言,我們將能夠透過製程微縮的效益,取得更佳的成本優勢。」

此次,SiTime推出的SiT1xxx產品,能產生1~125MHz的固定頻率,而SiT8002系列,則可利用晶片上的非揮發性記憶體進行1~125MHz頻率範圍內的可程式設定。他表示,未來將持續開發可程式特性,以及透過CMOS製程的整合能力,可望在單晶片上達成多個振盪器的設計。

McDonald預期這款全新產品將迅速取代現在市場上的主流產品,適用於包括數位相機、行動媒體播放器、筆記型電腦等多項應用。但他強調,對於一間新成立的公司,他們也積極尋求更多的夥伴共同開拓市場,也不排除與現有的石英振盪器業者合作。

作者:勾淑婉 / 電子工程專輯




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