引言：隨著封裝技術(shù)的成熟，精度的不斷提升以及價格的進(jìn)一步降低，MEMS振蕩器逐步打開市場；特別是在汽車及消費電子等領(lǐng)域，MEMS振蕩器將會得到廣泛應(yīng)用，成為石英晶振的有力挑戰(zhàn)者。

晶體振蕩器，習(xí)慣稱做晶振，是電子產(chǎn)品最常用的組件，小到手機(jī)、電腦，大到汽車、飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星都需要晶體振蕩器，其被譽(yù)為電子設(shè)備的心臟，在電子系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色。

傳統(tǒng)石英振蕩器自誕生之日起，已經(jīng)統(tǒng)治頻率控制器件近60年。近幾年，由于整個晶體振蕩器市場競爭激烈，價格下滑，其營收額增長幅度十分有限，2014年全球晶體振蕩器市場營收為21.5億美元，預(yù)計2015年到2020將年復(fù)合增長5％，2020達(dá)到30億美元。

數(shù)據(jù)來源：電子發(fā)燒友產(chǎn)業(yè)分析師整理預(yù)測

十幾年前，隨著第一顆硅MEMS振蕩器的量產(chǎn)，晶體振蕩器局勢逐漸注入新元素。石英振蕩器受傳統(tǒng)制造工藝的限制以及下游原材料（起振電路和基座）市場的壟斷，性價比無法進(jìn)一步提升。而硅MEMS振蕩器體積更小、更可靠、功耗更低，近年來隨著封裝技術(shù)的成熟，其生產(chǎn)成本更是不斷降低。

MEMS振蕩器已在許多應(yīng)用領(lǐng)域包括計算機(jī)周邊相關(guān)產(chǎn)品、消費電子、網(wǎng)通設(shè)備、通訊裝置、車用電子、以及工業(yè)產(chǎn)品等，開始逐漸取代傳統(tǒng)固定頻率或可編程輸出的石英振蕩器。

根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)的分析數(shù)據(jù)，2014年全球MEMS振蕩器市場規(guī)模約為1.65億美元，預(yù)計到2020年市場規(guī)模將達(dá)15億美元，MEMS振蕩器的年復(fù)合增長率將超過50％，成為時鐘市場增長的主要推動力。

數(shù)據(jù)來源：電子發(fā)燒友產(chǎn)業(yè)分析師整理預(yù)測

不可忽視的晶體振蕩器發(fā)展趨勢

1、小型化、薄片化和片式化。為滿足移動電話為代表的便攜式產(chǎn)品輕、薄、短小的要求，石英晶體振蕩器的封裝由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉(zhuǎn)變。例如TCXO這類器件的體積縮小了30～100倍。采用SMD封裝的TCXO厚度不足2mm。

2、高精度與高穩(wěn)定度。無補(bǔ)償式晶體振蕩器總精度也能達(dá)到±25ppm，VCXO的頻率穩(wěn)定度在10～7℃范圍內(nèi)一般可達(dá)±20～100ppm，而OCXO在同一溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度一般為±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。

3、低噪聲，高頻化。在GPS通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的，相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一個重要參數(shù)。OCXO主流的產(chǎn)品相位噪聲性能有很大改善。除 VCXO外，其它類型的晶體振蕩器最高輸出頻率不超過200MHz。例如用于GSM等移動電話的UCV4系列壓控振蕩器，其頻率為 650～1700MHz，電源電壓2.2～3.3V，工作電流8～10mA。

4、低功耗，快速啟動，低電壓工作， 低電平驅(qū)動和低電流消耗已成為一個趨勢。電源電壓一般為3.3V。許多TCXO和VCXO產(chǎn)品，電流損耗不超過2mA。石英晶體振蕩器的快速啟動技術(shù)也取得突破性進(jìn)展。例如日本精工生產(chǎn)的VG—2320SC型VCXO，在±0.1ppm規(guī)定值范圍條件下，頻率穩(wěn)定時間小于4ms。日本東京陶瓷公司生產(chǎn)的 SMD TCXO，在振蕩啟動4ms后則可達(dá)到額定值的90%。在預(yù)熱5分鐘后，則能達(dá)到±0.01ppm的穩(wěn)定度。

與傳統(tǒng)石英晶振相比，全硅MEMS振蕩器不管從生產(chǎn)工藝還是組件設(shè)計結(jié)構(gòu)上，都更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，也是對傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的升級換代。

如上圖示，MEMS振蕩器是由兩顆芯片組成；一個是全硅MEMS諧振器，另一個是具溫補(bǔ)功能之啟動電路暨鎖相環(huán)CMOS芯片；利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體芯片MCM封裝方式完成。

MEMS振蕩器優(yōu)勢

1.制程采用全自動化標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造流程；與生產(chǎn)在線人工素質(zhì)無關(guān)。與所有電子產(chǎn)品設(shè)計中所使用的IC一樣，具備優(yōu)良的穩(wěn)定性以及質(zhì)量，不易在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)人為失誤。

2.支持頻率、精度、電壓可編程，可滿足客戶不同規(guī)格組合的晶振需求。支持所有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)封裝（7050、5032、3225、2520），無需改動PCB板，管腳完全兼容。而且所有規(guī)格產(chǎn)品交貨期僅需2-4周。

3．封裝無密封問題，標(biāo)準(zhǔn)MCM封裝，防震性達(dá)石英產(chǎn)品的25倍，出貨不良率低于1dppm。

4．振蕩器內(nèi)部起振鎖相環(huán)芯片，具備溫補(bǔ)功能；頻率精度相對于溫度的變化為線性關(guān)系，規(guī)格所標(biāo)示的頻率精度涵蓋震動頻偏、溫度頻偏、老化頻偏等。

5．產(chǎn)品質(zhì)量一致性乃透過設(shè)計階段完成。與石英產(chǎn)品在量產(chǎn)階段控制質(zhì)量之制造控管方式不同，系統(tǒng)廠商無須擔(dān)心來料與量產(chǎn)樣品認(rèn)證之不一致性。

MEMS振蕩器從設(shè)計和工藝的角度完全杜絕了傳統(tǒng)石英晶振生產(chǎn)工藝中引起的電路不起振、停振、氣密性問題、一致性差等一系列品質(zhì)問題，抗震可達(dá)50000G，徹底消除了設(shè)計人員擔(dān)心小封裝的成本和供貨的顧慮。 MEMS振蕩器將大大降低采購的風(fēng)險，降低返修率，減少產(chǎn)品的維護(hù)的成本。

MEMS振蕩器的挑戰(zhàn)

從晶體振蕩器技術(shù)三要素：頻?、?確?、尺寸大小的橫向比較看，在頻?發(fā)展上以歐美廠商見長，由于其對無線通訊技術(shù)的領(lǐng)先發(fā)展，使其在設(shè)計、開發(fā)上具很強(qiáng)能?，但在生產(chǎn)效?上較低。而日本廠商居技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位，在?確?、尺寸大小上具有非常好的產(chǎn)品改?能?，同時能夠?qū)⑵溥M(jìn)一步予以量產(chǎn)、自動化生產(chǎn)。我國***廠商，大?是直接購買原?配方、機(jī)器設(shè)備或直接購買制程，產(chǎn)品上市時間講求迅速，已逐步透過設(shè)備、制程能?的改善，將技術(shù)內(nèi)化成自身能?并予以提升。中國大陸生產(chǎn)的晶體振蕩器以低附加值的低端產(chǎn)品為主，而高附加值的高端產(chǎn)品很少。

同許多其他MEMS器件類似，雖然看似前景廣闊，但前進(jìn)的道路曲折，一路困難重重，MEMS振蕩器行業(yè)也一直面臨很大的挑戰(zhàn)。

近年來，由于全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，終端需求疲弱，再加上競爭激烈導(dǎo)致價格不斷下滑，傳統(tǒng)晶體振蕩器廠商營收普遍差強(qiáng)人意；在市場需求不佳和產(chǎn)品競爭日益加劇下，盈利能力下降。同樣MEMS振蕩器要代替石英晶體振蕩器，其價格下跌也無法阻止。沒有足夠的利潤支撐，MEMS振蕩器廠商紛紛被并購或放棄該產(chǎn)品。

最早商用化的MEMS振蕩器由Discera（現(xiàn)屬于Microchip）于2003年所提出，之后，包括SiTime（現(xiàn)屬于MegaChips）、Silicon Clocks（現(xiàn)屬于Silicon lab）、IDT等業(yè)者陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品。時至今日，SiTime以超90%的市場絕對占有率，引領(lǐng)著全球電子廠商全面從石英晶振轉(zhuǎn)向全硅MEMS振蕩器。其他幾家逐漸式微甚至銷聲匿跡了。

雖然SiTime被MegaChips公司收購，但收購后業(yè)務(wù)未受影響。SiTime目前成為MEMS振蕩器的霸主，該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)達(dá)100項，筑起了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)壁壘。

為了快速提高M(jìn)EMS振蕩器的市場滲透率，并解決客戶心中供貨來源太過集中的疑慮，SiTime也在與傳統(tǒng)晶體振蕩器廠商如Abracon、深圳揚興科技等展開合作，授權(quán)生產(chǎn)MEMS振蕩器。

小結(jié)：憑借著優(yōu)異的性能，SiTime MEMS振蕩器將會改變傳統(tǒng)晶振產(chǎn)業(yè)，提供更多功能、更高效能、更小尺寸、更低功耗、更加穩(wěn)定的晶振產(chǎn)品。