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SiTime MEMS振荡器质量与可靠性问答

问:SiTime基于MEMS的振荡器是否受到“Activity Dip”的影响?
答:所有的SiTime晶振都不会受此影响。

解释:“Activity Dip”被定义为基于石英晶体的振荡器中频率稳定度的变化。基于晶体的振荡器可能经常在临界温度下表现出Activity Dip,并且随着远离临界值的温度而突然恢复正常的行为。

Activity Dip的最常见原因:


1.“耦合模式” - 不同温度系数的不同晶体振荡模式的碰撞。
2. 晶体内的水分凝结在石英板上。
所有这些效应都可以消耗主要振荡模式的能量,使晶体在不同的晶振模式下摆脱振荡或暂时振荡。

SiTime基于MEMS的振荡器不受这些影响有两个原因:
1.SiTime MEMS振荡模式主要取决于硅的材料特性; 所有模式或寄生响应特性都随着温度的变化而变化,与基本振荡模式完全相同。因此不同的模式不能以相同的频率相互作用并导致下降。

2. SiTime的MEMS First™工艺采用标准的硅制造技术,在非常高温,清洁,真空的环境中密封MEMS。 这为MEMS创造了一个非常干净,无湿气的环境,并且消除了污染或水分引起的Activity Dip的可能性。


问:SiTime的可靠性和质量指标是什么?
SiTime使用行业标准流程来执行,采用加速生命周期压力测试(如HTOL)的产品的可靠性资格。

SiTime发布的关键可靠性指标是FIT或(故障时间),它提供了在10亿小时的操作之后预期的设备故障数量的估计。相关的度量是MTBF(平均无故障时间),这是FIT的倒数。

其他可靠性指标:
EFR - 有效滤过率:
ESD - 静电放电:
LU - 闩锁:
MS - 机械冲击:
VFV - 变频振动:
CA - 恒定的加速度:

所有SiTime产品均采用我们强大的6-Sigma工艺设计并投入生产。产品按照适当的JEDEC和AEC标准进行充分表征和鉴定。为了确保最高质量,SiTime在每个生产批次的样品上对温度范围进行批次验收测试(LAT)。

SiTime的超高质量已经在成千上万的装置上得到了验证。我们实际的现场报废率低于2 DPPM,在半导体行业中名列前茅。经过六年多的出货,SiTime已经没有MEMS领域的故障。


问:MEMS振荡器的Activation Energy是多少?

SiTime MEMS振荡器采用标准的半导体封装工艺,采用MEMS谐振器和CMOS芯片。 由于目前出货量超过2.5亿个产品中没有MEMS谐振器故障,我们无法计算MEMS的Activation Energy(Ea)。因此我们使用CMOS的行业标准Ea = 0.7 eV作为产品的Ea。我们使用设备最坏情况元素的Ea作为Ea来计算我们产品的可靠性度量,FIT和MTBF。有关我们如何计算FIT / MTBF值的更多详细信息,请参阅应用笔记:SiTime振荡器的可靠性计算


问:MEMS振荡器的密封效果如何?
SiTime的Epi-Seal™工艺在晶圆处理过程中密封了谐振器,从而消除了对密封封装的任何需求,这是MEMS谐振器非常稳定的关键因素之一。SiTime谐振器Epi-Seal不受大气中最高浓度元素氮气和氧气的影响,因此可算完美密封。大气中还含有微量的亚原子气体:5.24 ppm(氦气)的氦气(ppmv)和0.55 ppmv浓度的氢气。这些气体可以通过Epi-Seal层扩散并进入MEMS谐振腔,导致压力增加。这个压力最终将与这些气体的环境压力相等。氦气泄漏测试通常用于测试密封陶瓷封装,包括与石英振荡器一起使用的封装。然而,对SiTime谐振器密封质量进行氦气泄漏测试是不相关的,因为Epi-Seal不是设计用于密封单原子气体:He和H2。这样的气体在正常的环境操作环境中具有极低的浓度,并且在任何应用中对SiTime谐振器没有不利的操作影响。
有关MEMS谐振器制造工艺的更多信息,请参阅我们的技术文章SiTime的MEMS First™工艺。

相关链接:SiTime硅晶振产品选型


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