SiTime-MEMS晶振

合集下载

SiTime MEMS硅晶振航空航天解决方案

SiTime MEMS硅晶振航空航天解决方案
Field Programmable
DIFFERENTIAL LOW-JITTER OSCILLATORS | Better reliability | 0.2 ps/mV power supply noise rejection (PSNR)
SiT9346/47
1 MHz to 725 MHz ±10, ±20, ±25, ±50 2.5 to 3.3
• n/a •
Acceleration survivability
•••
Frequency warm up
• n/a n/a
Best-in-Class Aging
Lower Acceleration (g) Sensitivity
Frequency Stability (ppm)
1 year 5 years 10 years 15 years 20 years
SiT8944 SiT8945
1 MHz to 110 MHz 115 MHz to 137 MHz
±20, ±25, ±50
1.8, 2.5 to 3.3
3.5 to 4.5 mA 4.9 to 6 mA
2.0 x 1.6, 2.5 x 2.0, 3.2 x 2.5, 5.0 x 3.2,
7.0 x 5.0
Custom value-added services include:
100% burn-in to screen for infant mortality 100% test at extreme temperatures Q uality conformance inspection (QCI), sample testing for high reliability Customer-generated drawings Custom test flows

SiT8008数据手册-SiTime低功耗1-110MHz任意频率单端有源晶振

SiT8008数据手册-SiTime低功耗1-110MHz任意频率单端有源晶振

Electrical Characteristics
All Min and Max limits are specified over temperature and rated operating voltage with 15 pF output load unless otherwise stated. Typical values are at 25°C and nominal supply voltage.
+50 ppm Operating Temperature Range +70 °C
Hale Waihona Puke – +85 °C Industrial Supply Voltage and Current Consumption 1.8 2.5 2.8 3.0 3.3 – 3.8 3.7 3.5 – – 2.1 1.1 1.98 2.75 3.08 3.3 3.63 3.63 4.5 4.2 4.1 4.2 4.0 4.3 2.5 V V V V V V mA mA mA mA mA A A Contact SiTime for 1.5V support
Table 2. Pin Description
Pin Symbol Output Enable 1 OE/ST/NC Standby No Connect 2 3 4 GND OUT VDD Power Output Power Functionality H[1]: specified frequency output L: output is high impedance. Only output driver is disabled. H[1]: specified frequency output L: output is low (weak pull down). Device goes to sleep mode. Supply current reduces to I_std. Any voltage between 0 and Vdd or Open[1]: Specified frequency output. Pin 1 has no function. Electrical ground Oscillator output Power supply voltage[2] OE/ST/NC

SiTime MEMS振荡器的可靠性MTBF计算

SiTime MEMS振荡器的可靠性MTBF计算

SiTime MEMS振荡器的可靠性MTBF计算1 简介半导体组件有望在产品的整个生命周期内可靠地运行。

选择具有最高可靠性等级的设备可以限制故障组件导致现场产品故障的可能性。

SiTime 提供满足这一目标的振荡器,超过2.5 亿个MEMS 现场故障为零。

零现场故障令人印象深刻,但工程师希望确保零件已经过充分的可靠性测试。

衡量半导体组件可靠性的关键指标是平均无故障时间或MTBF。

MTBF 越高,设备的预期寿命越长,因此设备越可靠。

本应用笔记描述了SiTime MEMS 振荡器预测MTBF 的测试过程和计算。

2加速测试半导体组件的预测MTBF 是时间故障(FIT) 率的倒数,FIT 是在10 亿工作小时后统计预期的故障数量。

对器件进行10 亿小时的测试显然是不现实的,因此常见的方法是在升高的温度和电压(老化)下进行加速测试,并进行更短的小时数外推。

SiTime 在设定为125°C 的行业标准温度的腔室中进行老化测试。

然而,由于部件通电时的散热,在压力测试和操作期间结温通常会升高5 度。

这被计入表1 中的值。

由温度引起的加速因子A FT遵循Arrhenius 关系,并使用公式1 参考标准工作温度进行计算。

公式1表1. 温度引起的加速因子的参数值测试的SiTime 振荡器的标称工作电压为3.3 伏。

压力测试是在电源电压为3.6 伏或比标称电压高出约10% 的条件下进行的。

电压引起的加速因子A FV使用公式2 计算,参数如表2 中指定。

公式2表2. 电压加速因子的参数值3 SiTime 振荡器的结果SiTime 对数千个振荡器进行了压力测试,累计测试时间为3,307,000 设备小时,无故障。

使用统计方法,可以使用公式3 以一定的置信度预测10 亿小时后的故障数量,其中n 是器件老化测试的小时数。

公式3对于90% 的置信水平为零失败,X2统计量的值为4.6。

代入方程3 得到696.3 的FIT0率。

SiTime MEMS硅晶振:时钟抖动定义与测量方法

SiTime MEMS硅晶振:时钟抖动定义与测量方法

时钟抖动定义与测量方法1引言抖动是时钟信号边沿事件的时间点集合相对于其理想值的离散时序变量。

时钟信号中的抖动通常是由系统中的噪声或其他干扰导致的。

具体因素包括热噪声、电源变化、负载条件、器件噪声以及相邻电路耦合的干扰等。

2抖动类型时钟信号抖动定义有多种主要是:∙周期抖动 (Period Jitter)∙相邻周期抖动(Cycle to Cycle Period Jitter)∙长期抖动(Long Term Jitter)∙相位抖动(Phase Jitter)∙时间间隔误差(Time Interval Error or TIE)2.1周期抖动周期抖动是时钟信号的周期时间相对于一定数量、随机选定的理想时钟信号周期的偏差。

如果我们能对一定数量的时钟周期进行测量,就可以计算出这一段时间测量窗口内的平均时钟周期以及其标准偏差与峰峰值。

我们通常将标准偏差和峰峰值分别称作 RMS 值和 Pk-Pk 周期抖动。

许多已发表的文献中往往将周期抖动定义为测得的时钟周期与理想周期之间的差异,但在实际应用中,想要量化理想周期往往有困难。

如果用示波器观察设定频率为 100 MHz 的振荡器的输出,测得的平均周期可能是 9.998 ns,而非理想周期的 10 ns。

因此,在实际测量中可将测量时间窗口内的平均周期视为理想周期。

周期抖动应用2.1.1周期抖动在数字系统中的时序冗余度计算方面非常实用。

例如,在一个基于微处理器的系统中,处理器在时钟上升之前需要 1 ns 的数据建立时间。

如果时钟的周期抖动为 -1.5 ns ,则时钟的上升沿可能发生在数据有效前,因而微处理器可能得到不正确的数据。

该实例如图 1 所示。

图 1:因时钟抖动造成的数据建立时间冲突同样,如果另一个微处理器的数据保持时间要求为 2 ns ,但时钟抖动为 +1.5 ns ,则数据保持时间缩短至 0.5 ns 。

微处理器也会得到不正确的数据。

这种情况如图 2 所示。

Sitime MEMS硅晶振介绍

Sitime MEMS硅晶振介绍

Confidential
7
硅晶振内部框图/温度补偿
Programmable Oscillator
MEMS Resonator
VDD
Oscillator
5MHz
Frac-N PLL
CLK
(1~800MHz)
Prog. frequency Temperature Sensor GND A/D Digital Temperature Compensation
OSC、震盪器、晶振、 有源晶振
長晶
切割 清洗、抛光
披银
測試 校正
封装、黏贴 氮气密封
老化 测试
测试 筛选
打标
卷带封装
自日系起振芯片厂商采购起振芯片以及基座
Confidential
4
石英振荡器与MEMS硅晶振的区别
石英振荡器
• • • 石英切割组合简单三极管电路,易受环境 影响(湿度、温度、震动等) 金属封装,存在气密性问题 人工切割,人工的参与质量不稳定,产能 扩充困难,每一个频点需要不同的晶片
SiTime整合 8 个供应商
Confidential
11
SiTime MEMS时脉产品价值和优势
SiTime可编程 MEMS振荡器
交货期 质量
库存管理及风险
2-4周 全自动生产,质量稳定
只需2-4周存货,节省库存成本
传统固定频率 石英振荡器
8-16周 人工切割,质量受工人素质影响
进货周期长,需存货不同频点,电压,等
SiTime 全硅 MEMS 时钟方案
可靠性更高、任意频点可编程、成本更低
Confidential
SiTime 概览
• 美国硅谷VC投资Fabless IC创业公司具有业界 唯一量产,Bosch验证成熟的MEMS时脉技术及 最小,最薄的封装(<0.30um) 2007年三季量产,无一客户产品质量问题 高性能可编程MEMS时脉产品支持低抖动,高 频率,展频,低功耗,差分输出,多锁相环 (PLL)、多输出频率等功能 在九大应用领域里(网通,通讯,消费,服务器等) 超过800个客户,1500个计划进行测试或量产 与石英振荡器比较,超短交货期(2周),24小时克 制化样品,10倍的质量稳定性及无温飘的烦恼 业界标准封装,焊接管脚,直接替代石英组件 全球硅机电时钟领导者,年出货超越三千五百 万,并以指数快速增长。

SiTime MEMS振荡器代替晶体谐振器的8大理由

SiTime MEMS振荡器代替晶体谐振器的8大理由

SiTime MEMS振荡器代替晶体谐振器的8大理由每个电子系统都需要一个计时装置。

晶体(XTAL) 谐振器通常是首选解决方案。

然而,与XTAL 相比,将谐振器与振荡器IC 配对成一个完整的集成计时器件的振荡器具有多项优势。

MEMS 计时技术进一步扩展了这些优势。

系统设计人员不再需要解决XTAL 的局限性,也不再需要接受使用晶体进行设计的麻烦和风险。

SiTime 即将在一个有源器件中包含一个MEMS 器件和配套IC,如图所示结构可实现、实现、灵活的一个产品,这些产品设计到系统中。

1.即插即用振荡器简化系统设计从表面上看,使用石英晶体的振荡器设计似乎很简单,尤其是考虑到这项技术的成熟度。

但是,在将晶体与振荡器电路匹配时,需要考虑无数的设计参数。

这些参数包括晶体运动阻抗、谐振模式、驱动电平和振荡器负电阻,它是振荡器增益的量度。

此外,必须考虑并联谐振模式晶体的负载电容,它应该考虑PCB 寄生电容和振荡器电路中可能包含的片上集成电容。

必须仔细考虑所有这些参数,以确保电路的可靠启动和运行。

由于振荡器电路需要谐振器与振荡器电路紧密匹配,因此晶体供应商无法保证晶体的启动。

相比之下,振荡器是一个完全集成的解决方案。

振荡器制造商将石英谐振器与振荡器电路相匹配,从而减轻了电路板设计者的负担。

由于消除了匹配错误,SiTime 保证了振荡器的启动。

简而言之,振荡器是一种即插即用的解决方案,可以极大地简化系统设计。

MEMS 振荡器消除了设计问题晶体运动阻抗和振荡器负电阻振荡器电路必须有足够的增益和相移才能满足振荡的巴克豪森准则。

特别重要的是晶体的运动阻抗(ESR) 和振荡器的负电阻(相当于增益)。

如果振荡器的增益不足以克服石英谐振器的运动阻抗,则电路可能无法启动。

使用振荡器可以消除这些问题。

晶体谐振模式、频率调谐电容和片上振荡器电容石英晶体可以在串联或并联谐振模式下谐振,但通常只针对这两种模式中的一种进行校准。

如果针对并联谐振进行校准,则它们需要通常指定的特定负载电容。

SiTime公司介绍

SiTime公司介绍

●●●●●●●●●●●●MEMSFirstTM,TempFlat MEMSTM,EpiSealTM,MEMS 技术数字 P LL,TurboCompensationTM,FlexEdgeTM 基于模拟的技术ChornosTMMEMS 设计自动化软件ALL 内部设计的 M EMS 和混合信号 I C 数十年的 M EMS 和模拟专业知识160 名员工--50%的工程师,75%的工程师拥有高级学位荣誉2008-2018 的 M EMS 时序中的#1(cs&A 和 Y ole Developpement)2015-2016 电子产品年度产品ECN 影响力决赛入围者 2015-2017ACE 奖入围者 2015-20172015-2016 年度微波和射频产品EDN 热门产品 2014,2016产品和优点●MEMS 振荡器和谐振器-最广泛的产品组合●可编程架构-65种产品种类可生成 200K 零件-更多功能,最短的交货时间●独特的基于 M EMS 的计时产品-最小尺寸(1.5×0.8mm-kHZ 和 M Hz)-最低功率(900 nA typ.-32kHz)-最高性能(±0.1ppm 稳定性,3e-11 ADEV)-最佳可靠性(12 亿平方英尺 M TBF)-最佳的坚固性(50,000 g shock 和 70 g 振动)-最佳质量(2DPPM),终身保修市场大约 60 亿美元的元件市场始终产品为每个电子产品提供心跳2012 年至 2017 年,MEMS 振荡器增长的年复合增长率将超过 65%技术和专业知识SiTime 公司SiTime Corporation为MEMS与模拟半导体公司,专业致力于为全球提供最先进的MEMS全硅振荡器,取代传统石英产品。

SiTime的可配置解决方案协助客户创造产品的市场差异性,让产品具备更高的效能、最小的尺寸、最低功耗及最佳稳定性。

SiTime 产品丰富的功能组合和灵活性可使客户精简其供应链,降低成本。

mems真空硅晶振工作原理

mems真空硅晶振工作原理

mems真空硅晶振工作原理
MEMS硅晶振工作原理:
1.MEMS硅晶振是采用MEMS技术制造的一种硅晶振,它具有优于石英晶
振的优异固有材料性能。

2.SiTime的MEMS硅晶振采用先进的绝缘硅为底衬工艺进行真空密封,有
效阻止了外界颗粒的进入,可靠性强,使用寿命长。

3.硅晶振包含一个MEMS谐振器和一个升级的可编程模拟振荡电路,真空
密封后采用低成本的塑料封装。

4.在MEMS振荡器领域,SiTime是一个领先的技术公司,它的MEMS谐振
器均采用先进的绝缘硅为底衬工艺进行真空密封,有效阻止了外界颗粒的进入,可靠性强,使用寿命长。

5.MEMS硅晶振以更高的频率稳定性提高了计时精度,从而在扩展的温度
范围内实现V2X和5G通信的更好同步。

总之,MEMS硅晶振工作原理是基于MEMS技术和硅材料的优异性能,通过制造和封装工艺的创新,实现了高频率稳定性、高可靠性和长寿命的特点,适用于各种需要高精度计时和通信的应用场景。

SiTime MEMS硅晶振和石英晶振的冲击和振动性能比较

SiTime MEMS硅晶振和石英晶振的冲击和振动性能比较

SiTime MEMS硅晶振和石英晶振的冲击和振动性能比较1简介所有电子产品在其使用寿命期间都会受到冲击和振动。

力的范围可以从口袋或背包中携带的移动消费产品所经历的运动到工业设备或航空航天应用的高振动水平。

即使是建筑物中的固定产品也可能会受到附近风扇或其他设备的振动。

因此,重要的是要考虑电子元件在存在冲击和振动的情况下的性能。

表1 显示了各种环境中的典型加速度水平。

表1. 各种现场应用中的振动冲击和振动会对元件和外壳造成物理损坏,导致PCB 组件中的焊点失效,并降低电子元件的性能。

时钟振荡器容易受到多种不利影响:谐振器损坏、振动引起的相位噪声和抖动增加以及冲击引起的频率尖峰。

石英振荡器中的晶体谐振器是悬臂结构,对振动损坏特别敏感。

由于两个原因,SiTime MEMS 谐振器从根本上来说更加稳健。

首先,它们的质量比石英谐振器小得多,这减少了振动引起的加速度施加到谐振器上的力。

其次,SiTime MEMS 振荡器的专有设计包括以体模式在面内振动的非常坚硬的谐振器结构、固有抗振的几何结构以及最大限度地减少振动频率偏移的振荡器电路设计。

2测试条件由于外力的方向、持续时间和强度可能会有所不同,因此在各种测试条件下测量振荡器的电响应以充分了解其对冲击和振动的敏感性非常重要。

SiTime 评估了振荡器对三种不同振动或冲击模式的响应:(1) 正弦振动(2) 随机振动和(3) 脉冲冲击冲击测试的设备都是市售产品,包括来自SiTime 和竞争对手的基于MEMS 的振荡器,以及来自多家制造商的基于石英的振荡器。

我们包括了带有表面声波(SAW) 晶体谐振器的石英振荡器,众所周知,它在高工作频率下具有低抖动。

表2. 被测振荡器器件;单端部件(蓝色阴影)在26 MHz 下运行,差分部件(绿色阴影)在156.25 MHz 下运行2.1 正弦振动第一个测试测量了对15 Hz 至2 kHz 频率范围内的正弦振动的响应。

正弦振动的周期性特性会产生频率调制,这会在相位噪声频谱中以被振动频率偏移的频率引起杂散。

SiTime MEMS硅晶振移动和物联网解决方案

SiTime MEMS硅晶振移动和物联网解决方案

•Extensive portfolio •Enables longer battery life •Ultra-small footprint• B etter performance and higher stabilityin harsh environments• P rogrammable, instant samples,shorter lead timeMEMS Timing Solutions forMobile and IoTA small part fromSiTime runs a big part of your worldSiT1532 Oscillatorsand SiT1566, SiT1572, SiT1576, SiT1580 TCXOs•Smallest footprint | 1.5 x 0.8 mm chip scale package•Drives multiple loads | Optimized BOM & smaller form factor •High integration | Optimized BOM & smaller form factorSmartphone & Mobile AccessoriesMEMS Timing Improves Mobile and IoTSiT1569, SiT8021 Oscillators and SiT1566, SiT1580 TCXOs• 3 ppm stability | Higher accuracy enables longer sleep mode •Smallest footprint | 1.5 x 0.8 mm chip scale package•1 Hz to 2.5 MHz frequency | Wide range of custom frequenciesStylus & TabletsSiT1532, SiT1534, SiT1580 Oscillators and SiT1552 TCXOs•Low power | < 1 µa, NanoDrive™ output to optimize swing •Smallest footprint | 1.5 x 0.8 mm chip scale package •High robustness | Immune to small molecular gassesFitness TrackerSiT1532 Oscillatorsand SiT1552, SiT1580 TCXOs•Low power | < 1 µa, NanoDrive™ output to optimize swing •Smallest footprint | 1.5 x 0.8 mm chip scale package •High robustness | Immune to small molecular gassesSmart WatchSiT1532, SiT1579 Oscillators and SiT1576 TCXOs•Smallest footprint | 1.5 x 0.8 mm chip scale package •Drives multiple loads | Optimized BOM•1 Hz to 2.5 MHz frequency | Wide range of custom frequenciesGlasses/VRSiT1532, SiT1579 Oscillators and SiT1576, SiT1580 TCXOs• 1 Hz to 2.5 MHz frequency | Wide range of custom frequencies •Package options | 1.5 x 0.8 mm CSP , QFN, SoT23•High reliability | Low DPPMRemote SensingMEMS Timing Outperforms QuartzSmallest Size, Lower BOMBest 32 kHz StabilitySiT153x MEMS XOMeasuredLower PowerMEMS XODrive Multiple LoadsLow Power FeatureMEMS XOSiT153x 25°C Stability SpecField Programmable Oscillators – Always AvailableEasy-to-use programming kit•••。

SiTime MEMS硅晶振与石英晶振的区别

SiTime 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。

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。

sitime硅晶振结构

sitime硅晶振结构

sitime硅晶振结构
SiTime的MEMS硅晶振的结构包括两个部分:一个是全硅MEMS谐振器,另一个是具备温补功能的启动电路及锁相环CMOS晶片。

两者利用标准的
半导体晶片MCM封装方式完成。

这种结构采用标准的全自动半导体工艺,使得量产产品具有出色的产品一致性表现。

此外,SiTime的Elite Platform™振荡器和Super-TCXO™系列基于一种新颖的架构,由DualMEMS™芯片和混合信号CMOS IC组成,具有专有的温度补偿方案和低噪声频率合成器。

这种架构可实现出色的动态性能、超低抖动、宽频率范围和可编程性。

独特的DualMEMS芯片结构和TurboCompensation™温度补偿可在温度范围内实现卓越的频率稳定性和
对动态热干扰的稳健性。

以上内容仅供参考,建议咨询专业人士获取更具体准确的信息。

SiTime MEMS硅晶振汽车解决方案

SiTime MEMS硅晶振汽车解决方案

Frequency Stability
50
40
Quartz
30
20
10
0
-10
SiT8924/5 & SiT2024/5
-20
-30
-40
-50
-50 -30 -10
10
30
50
70
SiTime is
2.5x Better
90 110 130
Temperature (°C)
dBM
Spread Spectrum
7.0 x 5.0
Output Logic
LVCMOS
Features
8 output drive strength options, Field Programmable
SiT8934 SiT8935
1 to 150 MHz
-40 to +85, -40 to +105, -40 to +125, -55 to +125
Electrical Control Unit (ECU)
±20 ppm over -55 to 125°C, Any frequency from 1 to 150 MHz, Higher reliability >1 B hours MTBF
SiT8924 | SiT9825 Oscillators
Wireless Charger
Short lead time even for custom frequencies,
Flexible capacity for quick ramp up
SiT8924 | SiT2024 | SiT9025 Oscillators

石英振荡器让路 全硅MEMS振荡器时代来临

石英振荡器让路 全硅MEMS振荡器时代来临

石英振荡器让路全硅MEMS振荡器时代来临
 如果说很多人把MCU或SoC主芯片比喻为现代电子系统的大脑,那幺时钟组件当之无愧是其心脏。

无论是电子工程师还是元器件采购者,在选择时钟组件时都会经过全面严谨的评估。

因为一颗健康、稳定、持久的心脏,将直接影响到电子系统的功能和可靠性。

 时钟组件可分为无源晶振、有源晶振和多输出时钟发生器三大类产品。

在过去60年中,石英作为时钟市场的主流技术,一直占据着霸主地位。

但由于其受到传统制造工艺的限制以及下游原材料(起振电路和基座)市场的垄断,因此性价比无法进一步提升。

为了满足电子市场对元器件提出的更小、更可靠、更灵活的需求,时钟组件必须走上全面硅化的道路。

这篇文章将主要介绍全硅MEMS振荡器和传统石英的区别,以及全硅IC技术所解决的问题。


 石英和全硅MEMS时钟振荡器简介
 传统的石英振荡器是由压电石英加上简单的起振芯片和金属封装组成的,其生产工艺包括:石英切割镀银、购买基座、起振芯片,以及将石英及芯片以特殊黏胶结合后至于基座上,然后充填氮气,用金属封装进行密封。

而不同频率、不同工作电压振荡器的产生,则是由石英的不同形状、镀银厚度及。

SiTime MEMS硅晶振FirstTM 工艺

SiTime MEMS硅晶振FirstTM 工艺

SiTime MEMS First TM工艺目录1引言 (1)1.1封装 (1)1.2稳定性 (2)1.3耐久性 (2)1.4尺寸 (2)1.5可制造性 (2)1.6质量 (2)2 MEMS FirstTM 工艺流程详解 (3)2.1 谐振器定义 (3)2.2 氧化物填充 (3)2.3 通气孔的形成 (4)2.4 谐振器结构释放 (4)2.5 谐振器密封 (5)2.6 电气通孔的形成 (5)2.7 金属导线层 (6)3MEMS First TM工艺的特性与优势 (6)4结论 (6)1引言MEMS FirstTM 是SiTime 用于制造硅谐振器晶片的工艺。

它可生产完全封装在硅材料中的、极其稳定且高持久性的超小型谐振器。

由于该工艺采用标准 CMOS 晶圆代工厂工具及材料,因而其产品不仅很容易制造,而且还具有优异的质量和可靠性。

此外,以大型晶圆形式生产,还可实现大批量快速量产。

以下章节将更加详细地介绍 MEMS FirstTM 工艺的各个重要方面。

1.1封装在开发出MEMS First TM工艺之前,封装是阻碍MEMS 谐振器实现商业化的最大问题。

MEMS First TM工艺能生产出在单独超净真空腔中密封的谐振器的成品晶圆,从而消除这一制约。

这些晶圆不仅看上去很像标准CMOS 晶圆,而且还可采用塑封铸模(plastic molding)、倒装芯片(Flip Chip)以及芯片堆叠等业界标准 IC 封装工艺进行封装。

1.2稳定性MEMS First TM工艺的气密封装特性称为 Epi-Seal TM,该特性是在清洁真空环境中以极高温度实现的。

这有利于谐振器的高稳定性。

使用陶瓷封装或晶圆键合(wafer bonding) 的常规低温封装会在封装中残留挥发性有机物和水,导致谐振器的质量负载和频率漂移。

支持Epi-Seal TM的MEMS First TM是唯一经过验证的制造工艺,能生产出稳定性达到甚至超过石英晶振的谐振器。

SiTime MEMS硅晶振最佳设计和布局实践

SiTime MEMS硅晶振最佳设计和布局实践

SiTime MEMS硅晶振的最佳设计和布局实践1 简介在许多应用中,适当的去耦、旁路和电源噪声降低对于确保振荡器的最佳性能很重要。

一种常见的策略是将电容器放置在印刷电路板(PCB) 上的高速设备附近。

这些电容器具有重要功能:⚫为元件提供瞬时电流⚫减少通过系统的噪声传播⚫将电源噪声分流到GND以下部分介绍了SiTime单端和差分定时器件的去耦、旁路、噪声抑制和电源条件建议。

2 解耦时钟振荡器等快速开关设备对电源的要求很高。

高时钟速率加上快速上升时间(通常在1 ns 范围内)使电源难以及时提供所需的电流。

结果,设备上的电源电压电平将下降。

为确保设备始终有足够的电荷可用,可以安装去耦电容器作为本地蓄水池。

SiTime 建议在振荡器的VDD 引脚和单端和差分设备的接地层之间使用0.1 μF 陶瓷去耦电容器。

图1 和图2 显示了带有0603 尺寸、0.1 μF 去耦电容器C 的SiTime 4 引脚振荡器的示例布局。

图3 显示了SiTime 芯片级封装(CSP) 的示例布局。

图1、2 和3 中显示的所有走线都需要用阻焊层覆盖。

对于SiTime 的4 引脚器件,时钟的引脚1 可用于支持诸如输出启用、待机、扩展禁用、VCXO 控制或自动校准等功能。

承载高边沿速率信号和嘈杂电源开关信号的走线应布线至少1 毫米远,并与引脚1 走线正交。

有关进一步的布局指南,请参阅第6 节。

图1:当电路板制造允许振荡器引脚之间的走线布线时,带有去耦电容器的4 引脚SiTime 器件的布局示例图2:当电路板生产不允许振荡器引脚之间的走线时,带有去耦电容器的SiTime 设备的布局示例图3:CSP 设备的布局示例图4:2012 (QFN) 器件的布局示例3 通过传递凭借当今的高处理器速度和数据速率,系统中存在大量噪声。

时钟振荡器产生的近似方波包含单元的基频以及信号的高次谐波分量。

为了限制通过系统传播的噪声量,需要旁路电容器来提供低阻抗路径,将这种瞬态能量分流到地。

三分钟你可以把SITIME说清楚 - TC

三分钟你可以把SITIME说清楚 - TC

1.品質不一致2.頻率溫度穩定度差3.交貨期長4.不同規格產品不齊全5.抗震性差6.同業調貨(致所有銷售 SITIME 產品的業務)只要您瞭解石英震盪器(有源晶振)使用傳統製造方式上的缺點;您即可以是 SiTime 全矽 MEMS 震盪器系列產品的最佳代言人石英震盪器一般製造的方式及其缺點:(紅色字體為石英產品缺點) 1.一般而言;石英廠商所做的工作為石英切割、與日系廠商購買基座、起振晶片;將石英以及晶片以特殊黏膠結合後至於基座上,並進行填充氮氣密封。

數十道繁複工序;且需要大量人工參與量產製造、品質管理。

絕大部分石英廠商常見或偶見廠內生產控管不良造成之產品污染、密封不良造成漏氣(使頻率偏離規格)等不良現像。

2.不同頻率震盪器;廠商需對石英做不同方式的切割、不同頻率起振的方式也需搭配不同的晶片,支持的電壓不同、或者需要的抖動(jitter)、精度規格不同,震盪器內部搭配的起振晶片均不同所有石英廠商建廠後,除非增加生產線,否則生產產能固定;供貨有限。

所有石英廠無法針對所有規格的震盪器準備生產線或具備生產規模;因此一般而言;個別廠商僅針對某些規格產品生產,造成系統廠商客戶不可能採用”One Stop Shopping”的採購目標。

即使系統廠商目標是縮減同類型產品的供應商,但由於石英產品的特殊性,以及其生產工藝上的限制,廠商的目標如果停留在僅對現有石英供應商之間採購,絕無法達成;而SITIME 的全硅可編程震盪器,從設計、生產上的根本性變革,具備提供廠商 “One Stop Shopping”的條件。

由於不可能為客戶廠商不同需求震盪器備料齊全,石英廠商間普遍存在同業調貨狀況,即不同石英生產廠商透過同一品牌交貨給系統廠商,調貨交貨也意味著品質控管的空窗。

因此一些系統廠商嚴明規定合作石英廠商不得有調貨供貨狀況;以避免此無法控制之品質風險。

SiTime硅晶振样品中心 w SiTime中国区技术支持3.石英產品的頻率精度與溫度關係非線性關係(或稱溫飄;一般為向下拋物線)一般石英產品規格書上標示的頻率穩定度(或精度);一般為在25℃室溫;除此之外,還有所謂”溫飄”。

SiTime MEMS硅晶振增强基于FPGA的系统

SiTime MEMS硅晶振增强基于FPGA的系统

SiTime MEMS硅晶振增强基于FPGA的系统摘要如今的FPGA 是包含许多功能块的复杂系统,并且经常使用多个时钟来驱动不同的块。

系统设计人员必须决定如何结合外部振荡器和内部资源以实现最佳时钟树设计。

本文将讨论当今可用于满足时钟速度和抖动要求的选项,重点是SiTime可编程MEMS振荡器作为基于FPGA 的系统的时序参考。

主题包括高分辨率频率选择带来的灵活性、EMI 降低技术和基于FPGA 的抖动清除器。

1 简介复杂的FPGA 包含大量功能块或单元,它们需要相互通信以执行广泛的复杂操作。

除了基本的逻辑阵列,FPGA 还包括内部存储器(RAM)、DSP 模块、处理器、锁相环(PLL) 和延迟锁定环(DLL),用于时序生成、标准I/O、高速数字收发器和并行接口(PCI、DDR 等)。

许多设计使用多个时钟来驱动不同的模块,每个模块可能需要不同的频率。

这些时钟通常使用外部振荡器和内部PLL 和DLL 的组合生成,具体取决于时钟速度和抖动要求。

某些功能的时钟速度由应用决定,而设计人员可以为系统的其他部分选择频率。

2 多个时钟频率与I/O 接口相关的时钟需要以行业标准频率运行,以确保不同系统之间的互操作性。

示例包括PCI Express 的100 MHz、SATA 的75 MHz 或PCI 的33.333 MHz。

用户通常可以选择驱动处理器或状态机引擎的时钟频率。

这种灵活性允许设计人员选择优化速度、功率或资源使用的频率。

在优化速度时,使用尽可能高的频率来最大化每秒的操作数似乎很简单。

然而,时钟周期抖动必须足够低,以便最小时钟周期大于设计中的关键时序路径。

FPGA 中的内部PLL 可用于从较低频率的外部参考振荡器合成较高频率的时钟。

如果PLL 具有高频率分辨率和低抖动,这可能是一种有效的频率选择方法。

当由简单的外部振荡器驱动时,低噪声、小数N 分频PLL 可以满足大多数规范。

然而,许多FPGA 使用带有环形压控振荡器(VCO) 的整数PLL,因为它们易于设计且功耗极低。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Feb 2009
US-Taiwan High Tech Forum
BioMEMS
Microfluidics > Implantables <
US-Taiwan High Tech Forum
Profusa Sensor Patch Concept
Implantation syringe
RF Link
Timing Chips
• 10%/year growth • $1.4B in 2005 • $2.3B in 2010
• $4.7B in 2010
– 18B units
Total Market will be ~$7B in 2010. 30% of apps are in portable devices, where size and power are critical.
Microtechnologies in the New Decade
Kurt Petersen, PhD
US-Taiwan High Tech Forum
Growth of MEMS
1970
60’s - 70’s Industrial
1980
80’s Medical
1990
80’s - 90’s Automotive
2000
2000’s
2010
2010’s
Consumer Bio-MEMS + Consumer
Market Size - units
105
106
107
108
109
1010
US-Taiwan High Tech Forum
Billions of MEMS Devices
• Avago has shipped nearly 2B MEMS RF filters since 2003
This Market dwarfs any other MEMS application.
US-Taiwan High Tech Forum
MEMS Resonators
• • • • Under development for over 40 years First demonstration by Westinghouse in 1965 Devices have never been able to compete with quartz ppm accuracy requirement places a severe constraint on the replacement of quartz crystals for timing applications • Drift over time and stress, as well as temperature hysteresis, are huge problems which were not solved during 40 years of MEMS development - until now
US-Taiwan High Tech Forum
SiTime Resonating MEMS Device
• Single Crystal Silicon Element • Quad Resonator • Single-point attachment, so no stresses due to packaging • 300μm on a side, 10μm thick • Electrostatic deflection • High quality vacuum chamber
US-Taiwan High Tech Forum
“Providing DNA/RNA test results
when and where they are needed”
Cepheid GeneXpert
US-Taiwan High Tech Forum
Microfluidic Cartridge
US-Taiwan High Tech Forum
SEM photos
SiTime Packaging
Standoff Stitch Bonds Gold thermosonic wire bonds MEMS Chip Kobe CMOS Chip
0.8mm
MEMS die
CMOS die
Leadframe
US-Taiwan High Tech Forum
MEMS FirstTM Cross Section
Manufacturing Partner: Jazz Semiconductor
0.4 μm gap 10 μm beam thickness
MEMS First means that the MEMS is built first, before any circuitry and sealed at 1100ºC. Water vapor is eliminated.
100 nm
Glass Substrate Fluorescent Signal
US-Taiwan High Tech Forum
Pacific Biosciences DNA Sequencing
By the end of the decade, individuals will get their entire genome sequenced for <$1000
Valve Open
Valve Closed
US-Taiwan High Tech Forum
Pacific Biosciences DNA Sequencing
fluorescently labeled nucleotides
double stranded DNA
single stranded DNA Zero Mode Waveguide in Metal Film tethered polymerase
Gas Chromatograph on a wafer
US-Taiwan High Tech Forum
Cepheid Microfluidics; 1998
200 μm
500 μm
150 μm
Flow Cytometry
DNA concentration
Weir or Filter
fabricated with DRIE (Deep Reactive Ion Etching)
The Largest Potential MEMS Market
US-Taiwan High Tech Forum
The Quartz and Timing Marketplace
Quartz Crystals
• 8.5%/year growth • $3.1B in 2005
– 10B units
Mail Sorting Environment
1728 mail sorting machines in the US Postal Service. Each performs one Anthrax test/hour.
US-Taiwan High Tech Forum
Cepheid GeneExpert Infinity
US-Taiwan High Tech Forum
BioMEMS
> Microfluidics < Implantables
US-Taiwan High Tech Forum
Microfluidics:
Professor Jim Angell at Stanford started much of the early MEMS research.
Glucose sensor
The chemical sensor itself is totally passive: no electronics inside the body !!
Insulin pump
US-Taiwan High Tech Forum
BioMEMS: Implantables
• CardioMEMS
Implantable pressure sensor Resonant inductor/capacitor Capacitor changes with pressure Resonant frequency is detected by an external RF “wand” – Made from bonded glass plates with inductor inside – FDA approved for implant inside repaired aneurysms to monitor blood “leakage” back into the aneurysm
– as of Nov 2008
• Cepheid will have shipped about $1B in MEMS microfluidic products since 1996
– as of Dec 2010
US-Taiwan High Tech Forum
SiTime Oscillators
30
Frequency Error (ppm) Frequency ppm error
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20 30 Tem perature (C)
40
50
60
70
80
90
US-Taiwan High Tech Forum
相关文档
最新文档