目錄：

　　一、認識石英晶振

　　二、石英晶振的工藝

　　三、石英晶振的危機

　　四、STIMEMEMS 硅晶振

　　五、STIMEMEMS硅晶振的十二大優(yōu)勢

　　六、SITIMEMEMS硅晶振的七大種類產品

　　七、SITIMEMEMS硅晶振的機會

　　八、SITIMEMEMS硅晶振代理---深圳揚興有限公司簡介

　　九、后記

　　一、認識石英晶振

　　其實石英晶振這種說法本身并不十分準確，但長久以來大家已經形成了習慣，那就這樣寫呵。石英晶振大體可以分為有源與無源兩大種類，我們分別介紹一下：

　　首先是無源晶振，無源晶振也叫晶體、諧振器。英文名稱是：crystal 或Xtal.無源晶振是大陸的叫法，其主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成。根據引線狀況可分為直插（有引線）與表面貼裝（無引線）兩種類型?，F(xiàn)在常見的主要封裝型號有HC-49U、HC-49S、UM-1、UM-4、UM-5 與SMD.其工作時，自身不能產生振蕩，需借外圍電路（電容）配合才可產生振蕩。常見的形狀如下圖所示：

　　同樣，有源晶振也是大陸的叫法，又叫鐘振、晶振、振蕩器。英文名稱是：oscillator.

　　其除了石英晶片、基座、金屬外殼、銀膠、銀等成分組成之外，還需要起振芯片（也叫線路）。

　　正是因為將振蕩電路嵌入了產品之內，所以只要給其所需要的電壓，便可以產生振蕩。基中壓控振蕩器（VCXO）、溫補振蕩器（TCXO）等也屬于有源晶振的范疇。

　　一般普通的有源晶振都是四腳表貼的，常見的主要封裝型號有7050、5032、3225、2520.

　　如下圖所示：

　　目前國內很少有能生產2520 封裝尺寸的振蕩器廠商。

　　無論有源晶振還是無源晶振，都是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定時鐘信號的器件。那我們在實際應用中，是選擇有源晶振還是無源晶振呢？一般無源晶振由于成本低廉，被廣泛用于電視、電話、電子玩具等消費產品中，而一些對穩(wěn)定性或其它方面有要求的，如通信、監(jiān)控等產品，一般會選擇使用有源晶振。

　　二、石英晶振的工藝

　　盡管石英晶體振蕩器的應用已有幾十年的歷史，但因其具有頻率穩(wěn)定度高、成本相對較低這一特點，故在電子技術領域中一直占有重要的地位。

　　尤其是信息技術（IT）產業(yè)的高速發(fā)展，更使這種晶體振蕩器煥發(fā)出勃勃生機。石英晶體振蕩器目前廣泛應用于遠程通信、衛(wèi)星通信、移動電話系統(tǒng)、定位系統(tǒng)（GPS）、導航、遙控、航空航天、高速計算機、精密計測儀器及消費類民用電子產品中。小型化、片式化、低噪聲化、低成本、超薄、低功耗、頻率高化與高穩(wěn)定度及高頻化，是現(xiàn)代電子工業(yè)對石英晶體振蕩器提出的新的要求。

　　事實上石英晶體振蕩器在發(fā)展過程中，也面臨著自身技術發(fā)展無法滿足飛速發(fā)展的電子工業(yè)對其性能要求的潛在威脅和挑戰(zhàn)。從石英晶振的制作工藝看，這些需求對石英晶振來講，確實是一個無法克服的障礙。

　　上圖顯示了石英晶振的生產工藝流程，石英晶振的生產要包括切割、披銀、點膠、微調、起振芯片（有源）、密封等數十道工序，而且需要大量的人工參與。這就好比一條鐵鏈，其結實程度取決于拉力差的那條環(huán)節(jié)。

　　下面我們看一下石英晶振的大體生產工藝流程：

　　首先，切割：我們要在石英晶棒上面進行打磨、切割。切割出該頻點相對應的石英晶片，（這里面要注意的是，石英晶片與頻點是一一對應的關系。）這時候的切割角度決定了石英晶振的基本頻率偏差。

　　其次，披銀：為了提高工作，所以要在切割好的石英晶片上面鍍一層純銀。

　　第三步：點膠：要在基座上面用銀膠（導電膠）固定，這個時候的固定角度再決定了石英晶振的基本頻率偏差。

　　第四步：微調：這時候配合測試設備，就可以測量石英晶振的輸出頻率了，在測試的時候可以再次補銀做微調，以提高工作。

　　第五步：如果是無源晶振的話，就可以充滿氮氣密封了。而有源晶振，則還需加起振芯片，然后氮氣密封。

　　整個個工序都需要嚴格的環(huán)境下制作，對工作環(huán)境的管控不嚴，或生產人員的稍不注意都會對石英晶振的質量產生直接的影響。

　　我們再返過頭來看一下，現(xiàn)代電子工業(yè)對石英晶振的要求：

　　1、片式化、薄型化：石英晶振不同的頻點需切割不同的晶片，而對于小體積、薄型的工藝，是非常復雜的，就算能做到，也將會導致性能的降低。

　　2、高、高穩(wěn)定度：石英晶振內部的石英晶片需渡一層純銀，所以石英晶振需用惰性氣體---氮氣密封在金屬殼與基座形成的空腔內。長時間工作后，會由于老化、震動等因素，造成"漏氣"現(xiàn)象。直接將石英晶片上面的銀氧化，這就是為什么石英晶振會有停振、不起振現(xiàn)象。另外由于石英的"溫漂"特性，也將使其在全溫工作環(huán)境中的穩(wěn)定度大大降低。

　　3、低成本：石英晶振生產廠商都需購買基座與外殼，由于下游原材料成本無法降低，使得石英晶振，經過了幾十年后，價格一直在這個水平，而以后的價格下降空間，更是少之又少。

　　三、石英晶振的危機

　　不管石英廠商愿不愿意承認，石英振蕩器的危機正在慢慢來臨。石英振蕩器的應用已有幾十年的歷史，如果說在這幾十年里，石英振蕩器的技術與應用得到了很大的提升。

　　那么，當今的石英振蕩器則在高穩(wěn)定度、更低成本、片式化、薄型化等各方面面臨著極大的挑戰(zhàn)。

　　要了解當今消費電子、通信技術的發(fā)展趨勢，我們來看看新上市的iPad2:

　　1. 高度集成-就圖中的這些器件實現(xiàn)了iPad2 幾乎所有的計算、通信功能，所有的元器件都要體積超小、高度集成，普通的雙腳晶體和四腳石英晶振在這里肯定不予考慮。

　　2. 高速- 1GHz 的雙核處理器，200MHz 的總線速度，每顆數字芯片都需要時鐘，有的還需要高速的、多組的、相位相關的時鐘。時鐘的頻率穩(wěn)定度也決定了系統(tǒng)的性能。

　　3. 低功耗- 芯片的低電壓工作、電源管理、時序控制等都是當今電子產品、系統(tǒng)中非常關鍵的課題，時鐘也要滿足這方面的要求。

　　系統(tǒng)的發(fā)展推動了半導體技術向高速、高集成度方向演進，作為系統(tǒng)心臟的時鐘發(fā)生器也必須：

　　■ 體積要大大縮小并便于集成- 可以和其它電路一起集成在芯片內部，能夠支持多種功能。

　　■ 性能不能折衷- 要保證系統(tǒng)的性能，必須能夠達到晶振所保證的頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲。

　　■ 高度靈活、可編程，能夠方便產生各種頻率的時鐘信號，并具有驅動其它電路的能力。

　　■ 低電壓工作- 同其它數字芯片一樣可以工作在較低的電壓，比如1.8V.

　　■ 低價格- 要能夠實現(xiàn)晶振一樣的價格。

　　由于石英振蕩器的制作工藝需要經過：切割、打磨、點膠、微調等工序，所以小體積不僅意味著成本的提高、更意味著性能的降低。這已遠遠不能滿足現(xiàn)代電子工業(yè)的需求。

　　其次是成本問題：

　　石英振蕩器采用SIO2 （石英）做為原材料，并需陶瓷基座與起震晶片（也叫線路）配合才可生產。受下游原材料-----基座與線路的影響，石英晶振的成本在近期與未來都不可能會有太大的下降空間。尤其是質量好一點的晶振，基座與線路的采購98%以上是由日系廠商提供，而受這次日本大地震的影響，更多的廠商將基座與線路的采購轉向了國內市場，而這無疑對高性能是個極大的考驗。

　　作用一個眾所周知，而且有幾十年歷史的產品。石英晶振近期內仍占據著市場的主導地位，但石英晶振的危機已經到來！不僅僅是自身的本質缺陷，還有更多新型替代產品的出現(xiàn)。

　　如SITIME 公司的MEMS 硅晶振。

　　四、MEMS硅晶振

　　（一）、何為MEMS

　　何為MEMS?對于很多人來講，這并不是個陌生的詞語，MEMS 現(xiàn)在已被廣泛的用于傳感器、陀螺儀、麥克風等產品中。但對于大部分人來講，MEMS 還是一個比較陌生的詞語。MEMS 是英文Micro Electro Mechanical systems 的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)。

　　微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術是建立在微米/納米技術（micro/nanotechnology）基礎上的21 世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。

　　它可將機械構件、光學系統(tǒng)、驅動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令采取行動。它用微電子技術和微加工技術（包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA 和晶片鍵合等技術）相結合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅動器和微系統(tǒng)。微電子機械系統(tǒng)（MEMS）是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術，該技術將對未來人類生活產生革命性的影響。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。

　　如果我們用一個人做比喻的話，那么人的頭就控制部分（電子部分）、而人的身體則是機械與傳感部分。下圖則形像的說明了，什么是MEMS 技術？

　　（二）、MEMS 硅晶振

　　SiTime MEMS 硅晶振采用全硅的MEMS 技術，由兩個芯片堆棧起來（如下圖所示），下方是CMOS PLL 驅動芯片，上方則是MEMS 諧振器，以標準QFN IC 封裝方式完成。封裝尺寸以及焊接管腳與傳統(tǒng)標準石英振蕩器的腳位完全兼容，可直接替代原來石英產品，無須更改任何設計。SiTime MEMS 硅晶振具有無溫飄、穩(wěn)定性高、低成本等優(yōu)勢，從本質上克服了石英的諸多缺點，更符合現(xiàn)代電子的發(fā)展方向。SITIME 公司依托德國BOSH公司經30 年驗證的MEMS 時脈技術，率先推出了MEMS 全硅晶振，目前其已經成功開發(fā)出了包括TCXO、OCXO 在內的三代產品，產品開發(fā)速度與性能遠遠高于同行業(yè)廠商。

　　其實，就是相當于SITIME 公司將石英晶振全面硅化，將其變成一顆芯片了。SITIME公司的MEMS 硅晶振采用全自動化的半導體生產工藝流程。以自然界中儲量僅次于氧元素，位居第二的硅元素為生產材料。讓高性能與低成本變成了，"魚與熊掌，可兼得！"

　　上面六幅圖揭示了整個SITIME MEMS 硅晶振的工藝流程，SITIME MEMS 硅晶振采用上下兩個晶圓疊加的方式，外部用IC 通用的塑料做為封裝。不僅大大減少的石英晶振的工序，而且更全面提升了產品性能。

　　講到這里，我們再回顧一下現(xiàn)代電子工業(yè)，對時鐘組件的三大要求：

　　1、片式化、薄型化：石英晶振不同的頻點需切割不同的晶片，而對于小體積、薄型的工藝，是非常復雜的，就算能做到，也將會導致性能的降低。

　　SITIME MEMS 硅晶振目前可以提供薄的封裝，僅為0.25mm.（與手機卡相差無幾）。另SITIME MEMS 硅晶振，任一頻點均可提供7050、5032、3225、2520 四種封裝形式。

　　2、高、高穩(wěn)定度：石英晶振內部的石英晶片需渡一層純銀，所以石英晶振需用惰性氣體---氮氣密封在金屬殼與基座形成的空腔內。長時間工作后，會由于老化、震動等因素，造成"漏氣"現(xiàn)象。直接將石英晶片上面的銀氧化，這就是為什么石英晶振會有停振、不起振現(xiàn)象。另外由于石英的"溫漂"特性，也將使其在全溫工作環(huán)境中的穩(wěn)定度大大降低。

　　SITIME 采用全自動化半導體技術，無"氣密"性問題；平均無故障工作時間間5 億小時，（石英僅為2 千萬小時）；SITIME MEMS 硅晶振內部均含有溫補電路，工作溫度內全溫保證（溫漂為零）；SITIME MEMS 硅晶振的抗震性能是石英的10 倍以上；3、低成本：石英晶振生產廠商都需購買基座與外殼，由于下游原材料成本無法降低，使得石英晶振，經過了幾十年后，價格一直在這個水平，而以后的價格下降空間，更是少之又少。

　　SITIME MEMS 硅晶振采用全自動化半導體工藝，塑封。采用MEMS 硅晶圓與CMOS晶圓疊加的技術。這就使得SITIME MEMS 硅晶振可以在任一大的晶圓廠代工生產，而不像石英晶振似的，增加產能就必須建廠。這就使得SITIME MEMS 硅晶振的成本在未來將會有很大的下降空間。（目前與石英價格一樣。）五、SITIME MEMS硅晶振的十大優(yōu)勢。

　　與石英振蕩器相較，SITIME 的MEMS 振蕩器具有以下優(yōu)勢：

　　1、全自動化半導體工藝，無氣密性問題，永不停振！

　　這個不用多講了呵，從工藝上就決定了。

　　2、內部包含溫補電路，無溫漂，-40-85℃全溫保證！

　　SITIME MEMS 硅晶振是由MEMS 硅晶圓與CMOS 晶圓上下疊加而成，而CMOS 晶圓則包括了NON Memory、PLL 鎖相環(huán)電路、起振電路與溫補電路，如下圖所示：

　　透過溫補電路我們可以實時對MEMS 硅晶振的輸出頻點進行監(jiān)控，如果輸出頻率超出范圍，電路會自動調整以確保輸出頻率符合要求。所以，SITIME MEMS 硅晶振可以在-40-85℃全溫保證！

　　3、平均無故障工作時間5 億小時，10 倍于石英晶振。

　　對于一般的半導體芯片，平均無故障工作時間（MTBF）都可在500M 小時。而石英晶振一般會在20M-33M 小時。

　　4、抗震性能25 倍于石英振蕩器！

　　SITIME MEMS 硅晶振擁有50KG 的防摔抗震性；而石英晶振此系數僅在2KG 左右（怕摔）。

　　5、支持1-800MHZ 任一頻點，致小數點后5 位輸出。

　　SITIME MEMS 硅晶振可支持800MHZ 的頻率輸出，到小數點后面5 位。

　　比如：可輸出123.45678MHZ.

　　6、支持1.8V、2.5V、2.8V、3.3V 多種工作電壓匹配！

　　7、支持10PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM 等各種匹配！

　　8、支持7050、5032、3225、2520 所有標準尺寸封裝。

　　9、標準四腳、六腳封裝，無需任何設計改動，直接替代石英振蕩器。

　　您只需將石英晶振吹下來，然后將SITIME MEMS 硅晶振焊上去就OK 了。

　　10、支持差分輸出、單端輸出、壓控（VCXO）、溫補（TCXO）等產品種類。

　　100%的市場增長率，三年內有望替代80%以上的石英振蕩器市場。

　　SITIME 的策略就是將石英振蕩器全面硅化，相信在不久的將來，SITIME MEMS硅晶振將成為您時鐘器件的首先產品。

　　11、提供短交貨周期，24-48 小時內提供樣品，2-4 周量產交貨周期。

　　SITIME MEMS 硅晶振，可實現(xiàn)編程輸出1-800MHZ 客戶需求的任意頻點，并且可對上升/下降沿時間調整，整體降低產品的EMI 特性，樣品可實現(xiàn)24-48 小時內提供。而且由于可在任一大的晶圓廠內代工，所以可實現(xiàn)石英晶振無法比擬的2-4 周交貨周期。

　　六、SITIME MEMS硅晶振的七類產品

　　SITIM 公司是目前世界一家可為客戶提供所有所需鐘組件的公司，產品全、種類多。而且常用時鐘產品，已推出第三代。（同類產品還處在代產品階段）。

　　目前，SITIME 公司的MEMS 硅晶振系列包括普通單端振蕩器、差分振蕩器、壓控振蕩器（VCXO）、低功耗振蕩器、溫補振蕩器（TCXO）、擴頻振蕩器、時鐘發(fā)生器七類產品：

　?。ㄒ唬⑺哪_普通單端晶振：

　　推薦型號：SIT8103\SIT8102.

　　輸出頻點：1-200MHZ

　　工作電壓：1.8V、2.5V、2.8V、3.3V

　　工作：10PPM、15PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM、100PPM

　　封裝體積：7050、5032、3235、2520

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　?。ǘ?、差分輸出晶振（DXO）：

　　推薦型號：SIT9102、SIT9107

　　輸出頻點：1-800MHZ

　　輸出信號：LVDS、LVPECL、HCSL、CML

　　工作電壓：1.8V、2.5V、3.3V

　　工作：10PPM、15PPM、20PPM、25PPM、50PPM

　　封裝體積：7050、5032

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　?。ㄈ?、低功耗單端輸出：

　　推薦型號：SIT8003、

　　輸出頻點：1-110MHZ

　　工作電壓：1.8V、2.5V、3.3V

　　工作電流：3.2m A \0.4Ua（靜態(tài)）

　　工作：20PPM、25PPM、30PPM、50PPM

　　封裝體積：7050、5032、3225、2520

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　?。ㄋ模?a href="http://www.hbjingang.com/product/infomation/234729/2012613144552629.html" target="_blank">壓控振蕩器（VCXO）：

　　推薦型號：SIT3701、SIT3702

　　輸出頻點：1-110MHZ（單端）、1-220MHZ（差分）

　　工作電壓：1.8V、2.5V、3.3V

　　控制電壓：0-1.8V（典型值0.8V）

　　控制范圍：±60PPM、±120PPM、±240PPM

　　工作：10PPM、15PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM

　　封裝體積：7050、5032、3225（單端）、2520（單端）

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　?。ㄎ澹?、時鐘發(fā)生器：

　　有些應用場合，我們需要多個相位相關的時鐘輸出，一般我們會選擇一款時鐘芯片來輸出，除此之外您還需要一款晶振來為時鐘芯片提供時鐘源，SITIME 的MEMS 時鐘發(fā)生器內部集成了MEMS 時鐘源，因此僅需一款時鐘發(fā)生器便可輸出多路相位相關的時鐘信號。

　　推薦型號：SIT9103、SIT9104、SIT9105

　　輸出頻點：1-220MHZ（單端）、1-800MHZ（差分）

　　輸出通道：3 路單端（SIT9103）、6 路差分（SIT9104）

　　工作電壓：1.8V、2.5V、3.3V

　　工作：25PPM、50PPM

　　封裝體積：7050（22PIN）、

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　?。?a href="http://www.hbjingang.com/product/infomation/234729/2012328175816154.html" target="_blank">溫控振蕩器（TCXO）：

　　推薦型號：SIT9103、SIT9104、SIT9105

　　輸出頻點：1-220MHZ（單端）、1-800MHZ（差分）

　　輸出通道：3 路單端（SIT9103）、6 路差分（SIT9104）

　　工作電壓：1.8V、2.5V、3.3V

　　工作：25PPM、50PPM

　　封裝體積：7050（22PIN）、

　　工作溫度：-20--+70℃、-40--+85℃

　　七、SITIMEMEMS硅晶振的機會

　　可以說SITIME MEMS 硅晶振是對石英晶振的革命，如果說石英產品經過幾十年的發(fā)展，技術已經到了一定的瓶頸了，如現(xiàn)在的金屬封裝將會向陶瓷封裝發(fā)展。而SITIME MEMS硅晶振的技術發(fā)展空間很大，比如前幾代的產品在近端相噪方面表現(xiàn)有待提高，前不久SITIME 推出的四代產品已經很好的解決了這個問題。

　　SITIME MEMS 硅晶振是未來時鐘組件發(fā)展的一個方向，相信在不久之后，金屬封裝的晶振將像晶體管、蜂窩電話、軟盤等器件一樣，被歷史淘汰。不過，目前SITIME 需要更好的解決以下三個問題：

　　1、擴大產品度與影響度：

　　由于采購與設計人員固有的采購與設計習慣，更大一部分人對SITIME MEMS 硅晶振還不太了解，使用方面還存在一定的疑慮。但只要使用過SITIME MEMS 硅晶振的人都非常認可這項新的產品與技術，所以SITIME 的回頭客非常多。

　　2、近期內降低成本：

　　從原理與工藝方面來講，SITIME MEMS 硅晶振較石英晶振有很大的成本優(yōu)勢。而目前SITIME MEMS 硅晶振還是跟石英晶振的成本一樣。但隨著市場用量的持續(xù)增長，SITIMEMEMS 硅晶振將會在成本方面有很大的變化。呵，這好像又回到了"先有雞，還是先有蛋"的市場怪圈里去了呵，我們相信這個周期不會太長。所以，從長遠的利益來講，SITIMEMEMS 硅晶振替代石英晶振是一種必然的趨勢。

　　3、完善大中華區(qū)的技術服務與樣品、小批量供應問題。

　　SITIME MEMS 硅晶振，對于大部分人來講還是一個陌生的概念，況且有很大一部分的設計人員對晶振的關注度也并不是很高，當然這主要集中在一些對時鐘信號要求并不是很高的設計場合。所以，SITIME 應加大技術服務的力度，來方便更多的中小公司了解SITIMEMEMS 硅晶振，并設立樣品庫與小批量現(xiàn)貨庫。這樣才能更好的方便大、中、小各種客戶、以及更多的分銷商來使用與銷售SITIME MEMS 硅晶振產品。

　　八、SITIME MEMS 硅晶振代理----深圳揚興科技有限公司

　　深圳揚興科技有限公司是從事石英晶振元器件開發(fā)生產和銷售的公司。公司擁有先進的生產設備、測試儀器和擁有豐富經驗的開發(fā)生產技術隊伍，產品系列有：KHZ時鐘晶振、TCXO溫補晶振、石英晶體諧振器、振蕩器、濾波器、陶瓷諧振器、陶瓷濾波器等。產品廣泛應用于鐘表、數碼產品、車載數碼、手機、對講機、數碼相機、MID平板電腦，光電技術等通訊設備及各種頻率控制設備。

　　同時揚興是美國SiTimeMEMS可編程有源晶振的代理，使用MEMS微機電系統(tǒng)（微電子機械系統(tǒng)）技術，使產品低成本，提高了強度、較小體積，更寬的溫度范圍，為更多客戶提供優(yōu)質。

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