石英振蕩器與MEMS結(jié)合的時鐘器件方案

瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）等的研究小組在“ISSCC 2013”上發(fā)表了將石英振蕩器與硅基MEMS技術(shù)（硅晶圓級封裝技術(shù)）結(jié)合的時鐘器件論文（演講編號：11.3）。該方案利用硅基MEMS技術(shù)真空封裝石英振蕩器。

圖1 石英振蕩器與硅基MEMS技術(shù)結(jié)合的時鐘器件

使用石英振蕩器的時鐘器件擁有精度高的優(yōu)點，但同時也存在難以小型化及難以低成本化的問題。所以可實現(xiàn)小型化及低成本化的硅基MEMS振蕩器引起了關(guān)注，但與石英振蕩器相比，硅基MEMS振蕩器的精度較低，存在溫度補償用CMOS電路復(fù)雜、功耗容易變大等問題。

為此，瑞士的研究小組此次提出了可在使用高精度石英振蕩器的同時實現(xiàn)小型化及低成本化的封裝方案。具體做法是，在形成了溫度補償用CMOS電路的硅晶圓上形成TSV（硅通孔），在晶圓背面連接石英振蕩器；然后再與帶凹部的硅晶圓粘合在一起，將石英振蕩器真空封裝。雖然現(xiàn)在通過TSV將石英振蕩器與CMOS芯片連接的部分尚未實現(xiàn)，但CMOS芯片及真空封裝技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，目前正在開發(fā)TSV工藝。另外，還將在CMOS芯片的表面安裝BAW器件。

石英振蕩器與硅基MEMS振蕩器相比精度更高，因此容易簡化溫度補償用CMOS電路，可實現(xiàn)低功耗消化。此次提案的器件在RTC（real-time clock）模式下的精度為±5ppm，消耗電流為0.4μA，與最新的硅基MEMS振蕩器（±5ppm、2～3μA）相比，實現(xiàn)了低功耗化。CMOS芯片利用0.18μm工藝制造。時鐘器件的整體尺寸為1.4mm×1.0mm×0.5mm。