全硅MEMS振蕩器和傳統石英的區別

　　圖7為石英晶體具有的不同共振波模(resonant modes)，其中某些共振波模會因外界溫度變化而移動，但晶體主要共振波模又稱基本共振波模(main or fundamental mode)，靠設計及制造工藝來保持其不受溫度影響。但作為振蕩器成品，一旦受溫度影響的共振波模與基本共振波模重疊，就會引起嚴重頻率偏差，甚至完全停振。Activity Dip現象很難靠測試來篩選，這也是石英在可靠性和一致性方面比全硅MEMS產品較差的因素之一。

　　除Activity Dip外，晶體要保持良好的頻率穩定性與石英封裝時用氮氣密封質量好壞有直接關系。石英振蕩器在運輸、SMD上線，或系統正常運作過程中受震動或老化影響，一旦漏氣，就會造成停振，導致整個系統失效。 所以石英漏氣是石英振蕩器最常見的質量問題之一。

　　相比之下，全硅MEMS振蕩器利用半導體標準制程和封裝，以IC的方式產生輸出信號。產品本身無需密封，在設計測試中也徹底排除了Activity Dip等問題，使之在不同外界環境(溫度、濕度、震動等)中保持良好的頻率性和質量上的一致性。

　　組件的可靠性一般是用平均無故障時間(MTTF或MTBF)作為衡量標準，衡量單位為百萬小時，數字越高表示產品越可靠。

　　受石英材料工藝限制，目前一線石英大廠也只能達到3千萬小時MTBF值。如表1所示，MEMS振蕩器基于全硅架構，在MTBF指標上優于石英10多倍，這也使得振蕩器不再是系統產品質量問題的焦點之一。

　　表1 石英與全硅MEMS振蕩器可靠性和抗震能力比較

　　那MEMS振蕩器超越石英30倍的抗震優勢在應用上又有何價值呢?現代移動產品如電子書、固體硬盤(SSD)等，不但體積越來越小，更在朝超薄型發展。但這些移動產品，卻恰恰有一個所謂的跌落測試(drop-test)，來驗證包括振蕩器在內的產品整體可靠性和穩定性。

　　對于石英來說，體積越小、厚度越薄，就越易破裂也越易出現頻偏、精度降低的現象。跌落測試是石英振蕩器難跨越的門檻，同時也給了MEMS振蕩器大顯身手的機會。MEMS在可靠性和抗震效應上的優勢，使之不但成為移動產品中振蕩器的理想選澤，更是軍工、汽車、醫療、網絡通信等高可靠性產品中的必用品。

　　通過以上對比大家可以看到，全硅MEMS時鐘產品取代石英已是既成的事實。接下來，如何加快采用全硅MEMS時鐘技術的步伐?是否可以一料通用，減少需管理料號，減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時鐘產品的優異可靠性來提升系統產品的質量等等，都是值得我們思考的地方。

　　全硅MEMS時脈產品的時代已經到來了

　　全硅MEMS時脈產品的出現對石英在電子產品中已占據了60年的霸主地位起到了沖擊。時脈組件，在電子組件產業全面“硅“化的過程中以是最后一個前沿(last frontier), 因為今天的電子產品中除振蕩器，電阻，電容外以很少能找出非硅組件。如果說石英的技術經過60年發展已達到極限，那末全硅MEMS技術則應該說正在進如高速成長期，根據”moore’s law, 在今后5年內MEMS時脈產品會更小，更薄，更可靠，更耐用，更多的功能，更短的供貨期和更靈活更快的克制化，其性價比也會將石英遠遠拋在后面。

　　即然全硅MEMS時脈產品取代石英以是既成事實，那末研發和物料管理人員是否也應用更有創新的思維去評估這種更型換代的產品可對公司帶來的價值?如果加快采用全硅MEMS時脈技術的步伐，是否可以一料通用，減少需管理料號，減低管理成本?是否可利用全硅MEMS時脈產品優異可靠性來提升系統產品的質量?這些都是值得思考的地方。