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為什么 Precision Timing 比 Quartz 更重要
隨著 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)將我們帶入第四次工業(yè)革命，工程師們正在重新審視數(shù)據(jù)傳輸如何通過電子系統(tǒng)進(jìn)行同步。更多的數(shù)據(jù)以更快的速度傳輸，系統(tǒng)復(fù)雜性更高。準(zhǔn)確、低抖動和穩(wěn)定的時序信號對于同步數(shù)據(jù)流至關(guān)重要。為了滿足新興技術(shù)的需求并保持系統(tǒng)像鐘表一樣運(yùn)行，是時候重新考慮您的計(jì)時設(shè)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(jī)電系統(tǒng) （MEMS） 硅定時器件在電子設(shè)計(jì)的新時代占據(jù)了制高點(diǎn)。
一、石英和 MEMS 材料之間的區(qū)別以及為什么您應(yīng)該關(guān)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(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一致且可靠的性能。事實(shí)上，與 50 DPPM 或更高的石英故障率相比，SiTime 硅 MEMS 器件的質(zhì)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(xiàn)的缺陷。此外，石英晶體需要金屬電極并用環(huán)氧樹脂膠連接。這些材料的可重復(fù)性和控制性不如單晶硅。
另一個區(qū)別點(diǎn)是尺寸和機(jī)械彈性：由石英制成的競爭器件比 MEMS 硅器件大。事實(shí)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(jī)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(qiáng)度（質(zhì)量和結(jié)構(gòu)）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(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝，有助于實(shí)現(xiàn)小型化并更輕松地集成到電子系統(tǒng)中。硅 MEMS 材料可實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量，簡化制造，并促進(jìn)以前石英無法實(shí)現(xiàn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
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(tài)特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其對環(huán)境壓力源（如振動、沖擊、溫度變化、高壓和濕度）具有很強(qiáng)的抵抗力。
MEMS 振蕩器對溫度變化的適應(yīng)性更強(qiáng)。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(bǔ)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(zhǔn)確性和可靠性，從而為關(guān)鍵應(yīng)用提供更強(qiáng)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(diǎn)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(huán)境中。這種創(chuàng)新的密封方法可以保護(hù)諧振器免受環(huán)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(chuàng)建氣密真空密封的能力與傳統(tǒng)的石英晶體諧振器制造不同，在傳統(tǒng)的石英晶體諧振器制造中，諧振器的封閉是在封裝級別進(jìn)行的，這引入了潛在的可變性、雜質(zhì)、污染和缺陷。
諧振腔內(nèi)的污染物對振蕩器的頻率穩(wěn)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(kuò)展和集成：Silicon 的供應(yīng)鏈協(xié)同效應(yīng)
硅晶片晶圓廠（制造設(shè)施）按照標(biāo)準(zhǔn)化流程運(yùn)行，這與石英振蕩器所需的更專業(yè)、更不靈活的制造操作不同。正因?yàn)槿绱?，硅?MEMS 振蕩器可以幫助您簡化電子系統(tǒng)的供應(yīng)鏈，提供比石英器件制造商更可預(yù)測和更短的交貨時間。這轉(zhuǎn)化為采購經(jīng)理的供應(yīng)鏈敏捷性，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的可擴(kuò)展性并縮短上市時間。
石英晶體振蕩器使用獨(dú)特的基于石英的諧振器與振蕩器芯片相結(jié)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝中，例如塑料四方扁平無鉛 （QFN），或者使用更先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，例如晶圓級芯片級封裝 （WL-CSP），以進(jìn)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(tǒng)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(shè)計(jì)效率。
五、制造時序的未來
Epi-Seal 工藝體現(xiàn)了 SiTime 成為 MEMS 精密計(jì)時領(lǐng)導(dǎo)者的承諾。通過將 MEMS 諧振器封裝在純硅、清潔的真空環(huán)境中，SiTime 確保了其器件的卓越可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的石英解決方案。此外，將硅基 MEMS 振蕩器集成到標(biāo)準(zhǔn)化晶圓制造工藝中，在供應(yīng)鏈效率和可擴(kuò)展性方面具有顯著優(yōu)勢。隨著對先進(jìn)電子系統(tǒng)的需求不斷增長，SiTime 的創(chuàng)新提供了一種引人注目的解決方案，既滿足了現(xiàn)代技術(shù)的需求，又為未來的進(jìn)步鋪平了道路。
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