取代石英晶體　MEMS振蕩器難竟全功

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)振蕩器全面取代石英晶體振蕩器的美夢(mèng)難圓。雖然MEMS振蕩器基于與半導(dǎo)體制程和封裝技術(shù)相容而樹立低成本優(yōu)勢(shì)；然而，其在溫度及相噪(Phase Noise)的整體表現(xiàn)遠(yuǎn)不及石英晶體成熟，短期內(nèi)僅能切入有線通訊應(yīng)用，在無線領(lǐng)域仍將以石英晶體為主流技術(shù)。

臺(tái)灣晶技行銷處長(zhǎng)李翰林(右)強(qiáng)調(diào)，臺(tái)灣晶技可依各種時(shí)脈元件需求，提供不同性價(jià)比的解決方案達(dá)到客制化效益。左為臺(tái)灣晶技研發(fā)處長(zhǎng)姜健偉
臺(tái)灣晶技行銷處長(zhǎng)李翰林表示，在時(shí)脈元件市場(chǎng)上，MEMS技術(shù)取代石英晶體的范圍其實(shí)具有局限性。舉例來說，以全矽組成的MEMS諧振器(Resonator)，將無法達(dá)成如石英晶體振蕩器的超高品質(zhì)因子(Q Factor)、-40～85℃溫度范圍及穩(wěn)定度，而須透過外部鎖相回路(PLL)電路加溫度補(bǔ)償，才能符合溫度要求規(guī)格。

李翰林進(jìn)一步指出，由于MEMS振蕩器須搭配鎖相回路電路，使其在功耗、底部及近端相噪的規(guī)格，無法延伸到無線通訊領(lǐng)域；故短期內(nèi)僅能在通用序列匯流排(USB)、串列式先進(jìn)附加介面(SATA)等領(lǐng)域有所發(fā)揮。

臺(tái)灣晶技研發(fā)處長(zhǎng)姜健偉說明，MEMS技術(shù)在有線通訊應(yīng)用市場(chǎng)又可分為低頻率的諧振器與高頻率的振蕩器，由于諧振器為被動(dòng)元件而振蕩器為主動(dòng)元件，因此，在客戶端應(yīng)用中考量多重供應(yīng)商來源的情況下，諧振器市場(chǎng)將不會(huì)被MEMS技術(shù)所威脅，石英晶體元件仍將憑藉既有的材料特性優(yōu)勢(shì)，持續(xù)在時(shí)脈元件市場(chǎng)發(fā)光發(fā)熱。

不過，姜健偉不諱言，由于愈來愈多的時(shí)脈元件應(yīng)用產(chǎn)品，要求精簡(jiǎn)尺寸及價(jià)格親民，特別是行動(dòng)裝置的要求最為迫切。如此一來，MEMS技術(shù)基于半導(dǎo)體制程的批量生產(chǎn)，輔以元件尺寸的微縮讓單一晶圓產(chǎn)出數(shù)量增加，確實(shí)能以成本及尺寸優(yōu)勢(shì)吸引廠商目光，而逐步拉抬市場(chǎng)滲透率。

為維持石英晶體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，姜健偉透露，臺(tái)灣晶技針對(duì)石英晶體產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行優(yōu)化，目前已量產(chǎn)的封裝尺寸已縮小至1.6毫米(mm)×1.2毫米，可滿足行動(dòng)裝置要求；同時(shí)更積極開發(fā)下一代1.2毫米×1.0毫米封裝，以持續(xù)在行動(dòng)裝置領(lǐng)域站穩(wěn)一席之地。此外，針對(duì)溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器(TCXO)，目前已量產(chǎn)尺寸亦達(dá)2.0毫米×1.6毫米，同步正在開發(fā)1.6毫米×1.2毫米封裝。如此一來，尺寸優(yōu)勢(shì)將不再是MEMS強(qiáng)壓地頭蛇的利器。

另一方面，姜健偉表示，由于石英晶體目前仍仰賴傳統(tǒng)的陶瓷基座或金屬外殼封裝方式，故成本隨經(jīng)濟(jì)規(guī)模與良率控制而有所起伏，讓MEMS技術(shù)有可趁之機(jī)。因此，在臺(tái)灣晶技下一代的技術(shù)藍(lán)圖中，已提出石英晶體相容半導(dǎo)體制程的概念來降低成本，以持續(xù)擘畫此一傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景。