幾乎所有的電子產(chǎn)品系統(tǒng)都需要時(shí)鐘，時(shí)鐘器件的重要性，有如電子產(chǎn)品的“心跳”。石英晶體作為時(shí)鐘器件的基礎(chǔ)已有60年之久，但是在電子產(chǎn)品體積微型化和系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜化等趨勢的影響下，石英受制于自身的物理特性和高成本，已難以滿足電子產(chǎn)品日趨嚴(yán)苛的性能和成本要求。尤其是在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，時(shí)鐘器件必須往微型化、低功耗、高集成度的方向發(fā)展。
隨著MEMS技術(shù)的日趨成熟，10年前MEMS時(shí)鐘“應(yīng)運(yùn)而生”。MEMS時(shí)鐘是基于微機(jī)電系統(tǒng)而制造的一種可編程硅振蕩器。相較于石英晶振，MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的硅制程，可依循半導(dǎo)體技術(shù)和工藝的演進(jìn)將尺寸越做越小、性能越做越高、成本越做越低。另外，MEMS時(shí)鐘在功耗、抗干擾和供貨周期上與石英晶體相比也都具有明顯的優(yōu)勢。那么MEMS時(shí)鐘能否全面取代石英晶振？在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可穿戴設(shè)備需要什么樣的MEMS時(shí)鐘器件？
時(shí)鐘產(chǎn)業(yè)未來將由可穿戴、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)市場帶動(dòng)
“如同集成電路取代分立器件、數(shù)字存儲(chǔ)取代磁盤和膠卷，MEMS時(shí)鐘器件也終將取代石英。”MEMS與模擬半導(dǎo)體公司SiTime的行銷執(zhí)行副總裁Piyush Sevilla在日前于深圳舉行的新品發(fā)布會(huì)上態(tài)度堅(jiān)定地表示。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
SiTime公司是MegaChips的全資子公司，專注于MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品設(shè)計(jì)，擁有包括MEMS、模擬和系統(tǒng)在內(nèi)的100項(xiàng)專利技術(shù)。目前SiTime的MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基站、服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、車載、安防、數(shù)碼以及手機(jī)、平板和可穿戴等消費(fèi)電子領(lǐng)域，總出貨量超過四億顆，市占率高達(dá)九成。
Piyush Sevalia表示，整個(gè)時(shí)鐘市場的規(guī)?？蛇_(dá)60億美元。主要分為三大領(lǐng)域：頻率控制器件、半導(dǎo)體時(shí)鐘器件以及時(shí)鐘系統(tǒng)。其中，頻率控制器件（傳統(tǒng)石英）需要投入大量資金建制工廠，所需的陶瓷封裝技術(shù)也只有愛普生、京瓷等少數(shù)日企掌握。而SiTime的產(chǎn)品可以用成本低廉且廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體元器件的塑料封裝，由博世和Tower Jazz提供MEMS和晶圓，臺(tái)積電代工。相比時(shí)鐘市場年均5%的復(fù)合增長率，2012年至2017年，MEMS振蕩器增長的年復(fù)合增長率將超過65%。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
整個(gè)時(shí)鐘市場分為三大領(lǐng)域：頻率控制器件（左）、半導(dǎo)體時(shí)鐘器件（中）和時(shí)鐘系統(tǒng)（右）。
基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)、汽車和手機(jī)等消費(fèi)電子是MEMS時(shí)鐘不斷增長的市場。SiTime未來將瞄準(zhǔn)哪些市場？“物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備不斷成長，對于時(shí)鐘小型化與低功耗的需求日益增強(qiáng)，SiTim會(huì)將重心放在可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)以及手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，而這也是公司未來營收的三大成長動(dòng)力?！盤iyush Sevalia對OFweek可穿戴設(shè)備網(wǎng)編輯表示，過去三年間，SiTime已經(jīng)針對這些市場，每年發(fā)表創(chuàng)新的MEMS時(shí)鐘解決方案，獲得各界熱烈回響，目前出貨量突破6，000萬組，且成長速度越來越快。
可穿戴設(shè)備對MEMS時(shí)鐘的要求：體積小、精度高、續(xù)航長
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Gartner的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可穿戴設(shè)備2015-2020年復(fù)合成長率將達(dá)到15%，其市場前景可期。但是可穿戴設(shè)備的高速發(fā)展對硬件技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。對于可穿戴設(shè)備而言，平均每臺(tái)設(shè)備會(huì)用到3-7顆時(shí)鐘器件。因此，在時(shí)鐘器件的尺寸、功耗、性能等方面需要全面保障。
SiTime日前針對可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域特別推出了32 kHz Super-TCXOs的SiT156x/7x系列產(chǎn)品。這套時(shí)鐘解決方案與眾不同，尺寸僅1.2 mm2，較石英產(chǎn)品縮小了85%。此外，Super-TCXOs運(yùn)用SiTime顛覆過往的TempFlat MEMS技術(shù)，準(zhǔn)確性可達(dá)±5 ppm，不僅可精密計(jì)時(shí)亦可延長電池續(xù)航力。最重要的是，SiT1568具備創(chuàng)新、內(nèi)建自動(dòng)校準(zhǔn)功能，方便客戶排除在系統(tǒng)組裝、回流、底填、成模時(shí)的時(shí)脈誤差?！坝辛薙iT156x/7x 32 kHz Super-TCXOs，客戶能設(shè)計(jì)出具備最小尺寸、最精準(zhǔn)、超長電池續(xù)航力等可翻轉(zhuǎn)市場的電子產(chǎn)品，證明了SiTime的MEMS時(shí)鐘解決方案一再為時(shí)鐘產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新局?！盤iyush Sevalia表示。
SiT1566、SiT1568和SiT1576三款Super-TCXO產(chǎn)品的特性。
在尺寸微型化方面，SiTime MEMS在體積上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石英，在kHz和MHz上，體積分別可比石英縮小65%和40%。另外，SiTime的SiT156x/7x能驅(qū)動(dòng)多重載入，不只元件本身所占的體積變小，從元件的數(shù)量方面做最大優(yōu)化，降低物料清單空間與成本。
SiTime MEMS在體積上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石英
在精準(zhǔn)度方面，SiT156x/7x Super-TCXO在-40-80℃的工業(yè)溫度下達(dá)±5 ppm準(zhǔn)確度，為石英晶體振諧器30-40倍。值得注意的是，在非常小的設(shè)備中，設(shè)備內(nèi)的溫度可能會(huì)發(fā)生急劇變化，當(dāng)智能手表或其他可穿戴設(shè)備藍(lán)牙開關(guān)瞬間溫度會(huì)飆升，其頻率的精準(zhǔn)度也會(huì)跟著改變；SiTime的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)可以使得在溫度驟升的變化過程中維持±5 ppm 穩(wěn)定度，幾乎不受影響。
SiT156x/7x的精度和溫度補(bǔ)償
對于可穿戴設(shè)備而言，電池續(xù)航一直是亟待解決的難題。目前可穿戴設(shè)備大多無法獨(dú)立使用，需要通過藍(lán)牙與手機(jī)相連。但是它們不是始終相連，否則會(huì)消耗大量電能，因此會(huì)不斷接通和斷開。由此可以看出，精度高的時(shí)鐘器件會(huì)減少設(shè)備間連接的次數(shù)，從而減少電量的消耗。SiT156x/7x Super-TCXO的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)會(huì)將啟動(dòng)所需時(shí)間減少65%，相比石英可以讓藍(lán)牙的功耗做到更低。
SiT156x/7x Super-TCXO提供藍(lán)牙低功耗盛典功能。
值得一提的是，可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)小型化模組的需求，當(dāng)模組化或系統(tǒng)封裝(SiP)的過程中都有可能射出成型或具有涂層，因此在模組本身會(huì)產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致所有的頻率器件會(huì)產(chǎn)生頻率誤差。有鑒于此，SiT156x/7x Super-TCXO希望利用本身內(nèi)建自動(dòng)校準(zhǔn)功能，將封裝前后的精準(zhǔn)度維持在5ppm之內(nèi)，提供客戶做小型化模組的過程中，不影響芯片的準(zhǔn)確度。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
SiT156x/7x Super-TCXO自動(dòng)校準(zhǔn)將封裝前后的精度維持在5ppm之內(nèi)
總體來看，SiTime的MEMS時(shí)鐘新品在尺寸、精度、功耗和自動(dòng)校準(zhǔn)等方面具備明顯優(yōu)勢。品佳集團(tuán)旗下凱悌股份有限公司總經(jīng)理吳永昌對此表示，過去七年間，我們與SiTime在亞洲攜手合作，親身感受到SiTime的MEMS時(shí)鐘解決方案徹底改造業(yè)界，提供更多功能、更高效能、更小尺寸、更低功耗、更加穩(wěn)定。最新SiT156x/7x系列的32 kHz Super-TCXOs為效能及尺寸樹立新標(biāo)竿，令傳統(tǒng)石英產(chǎn)業(yè)望塵莫及，我們很榮幸成為SiTime的重要伙伴。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代，SiTime仗劍MEMS和模擬技術(shù)大舉挺進(jìn)時(shí)鐘市場，看來是要革了石英晶振的“命”。而傳統(tǒng)的石英廠商已開始“倒戈”，有販?zhǔn)跾iTime MEMS產(chǎn)品的石英供應(yīng)商多達(dá)25家。就像Piyush Sevalia所言：“如同集成電路取代分立器件、數(shù)字存儲(chǔ)取代磁盤和膠卷，MEMS時(shí)鐘器件也終將取代石英?！?/p>