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1、1MEMS硅振荡器产业化报告Industry Report for MEMS Silicon Oscillator Ziping Yan201403102目录MEMS硅振荡器概述 - 04 MEMS硅振荡器简介- 05MEMS硅振荡器设计- 13MEMS硅振荡器规格说明及应用MEMS硅振荡器的设计原理MEMS硅谐振器项目规划MEMS硅谐振器的投资成本MEMS硅谐振器的财务总结MEMS硅谐振器产品价格分析MEMS硅振荡器的制造工艺MEMS硅谐振器的制造工艺MEMS硅振荡器的可靠性MEMS硅振荡器的优缺点MEMS硅振荡器市场分析 - - 35MEMS硅振荡器产业链分析MEMS国内上游产业链MEMS
2、谐振器和振荡器国外生产厂家调查MEMS谐振器和振荡器国内生产厂家调查3目录MEMS硅振荡器全球市场需求MEMS硅振荡器中国市场需求MEMS硅振荡器全球市场预测MEMS硅振荡器中国市场预测全球MEMS应用领域市场分析全球MEMS应用领域市场预测全球MEMS产品行业分析全球MEMS产品行业预测MEMS硅振荡器重点企业调查 - 56国外SiTime公司调查国内中芯国际公司调查MEMS专利技术 - - 66MEMS的国家政策 - 67康大MEMS硅谐振器技术 - 69MEMS硅振荡器产业化的反思 - 85MEMS硅振荡器产业化报告结论 - 864MEMS硅振荡器概述一场革命性的洗礼和升级 未来，MEM
3、S硅振荡器将完全替代晶体硅振荡器。代替5MEMS硅振荡器简介MEMS硅振荡器: 通过微机电系统制作出的一种可编程的硅振荡器，属于我们通常所说的有源晶振。 MEMS硅振荡器透视图, 以SiTime的MEMS硅振荡器为例，其是由两个芯片堆栈起来，下方是CMOS PLL 驱动芯片，上方则是MEMS谐振器，以标准QFN IC封装方式完成.6MEMS硅振荡器简介微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System） 一种先进的制造技术平台，以半导体制造技术为基础发展起来的； 采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，基本的制造技术是成熟的； MEMS
4、 有以下4部分组成7MEMS硅振荡器简介MEMS 相关技术开发历程 MEMS技术的首次开发应用，并市场化历时36年； MEMS 技术应用在振荡器中，开发到市场化历时16年； 新技术出现，替代和应用，人们给予研究人员的研发间在不停地缩短，同时要求研发人员开发降成本 产品；8MEMS硅振荡器简介MEMS 相关技术开发历程 部分公司开发时间和交付时间，获得收益最快的是SiTime公司和Discera公司公司产品开发时间交付3百万个3百万是销售额（$ Million)Freescale汽车加速器8131000 Avago Technologies手机RF-FBAR165210 Knowles Acou
5、stics麦克分154150 Sitime, DisceraMEMS振荡器32150 Invensense2轴陀螺仪24400 Siimple, Varioptic自动对焦34400 Infineon, GE,Sensing轮胎压力探测577509MEMS硅振荡器简介MEMS硅振荡器经历了3个阶段，2003年提出到今天 纳米技术MEMS振荡器： 不良的抖动和相位噪音；价格高 传统硅振荡器：不良的抖动和相位噪音；支持较窄的频率范围，如25 -30MHz、50-75 MHz 全硅MEMS振荡器：解决了以上3个问题10MEMS硅振荡器简介MEMS硅振荡器经历了3个阶段，2003年提出到今天11MEM
6、S硅振荡器简介封装在8寸标准晶圆片上的MEMS谐振器(晶圆级封装)和模拟IC(包括PLL，VCO)整合封装而成，并且采 用了低成本可高量产的塑料封装技术； 双晶片MEMS硅振荡器虽然采用了更加标准的封装技术，但仍然依赖主流批量CMOS工厂之外的专业 MEMS工厂。此外，它对MEMS谐振器特性更加敏感，因此从系统性能和成本的角度来看不是最佳选择; 得益于Silicon Labs设计团队在混合信号3D设计方面积累的丰富经验，Silicon Labs专利的CMEMS技术在 单晶片上集成了MEMS谐振器和CMOS硅振荡器电路，使硅振荡器具有更小尺寸、更高可靠性、更佳抗 老化性以及更高集成度。12MEM
7、S硅振荡器简介MEMS硅振荡器应用网络通讯 存储电脑 消费类 工业类13MEMS硅振荡器的设计SiTime MEMS硅振荡器器件规格14MEMS硅振荡器的设计SiTime MEMS硅振荡器规格系列化，15MEMS硅振荡器的设计SiTime MEMS硅振荡器类型，16MEMS硅振荡器的设计MEMS硅振荡器设计原理频率信号对于所有电子产品就像是心跳对所有动物的生命一般重要，所有电子电路的动作都以此重复性且稳定的 频率信号作为参考信号源。 MEMS硅振荡器内部框图，含温度补偿功能，备注：晶体谐振器是单只晶体本身，晶体本身就是一种谐振器，晶体硅振荡器是由晶体谐振器和震荡电路共同组成！他 们的组合电路称
8、为晶体硅振荡器！17MEMS硅振荡器的设计MEMS硅谐振器项目规划 3年完成MEMS硅谐振器项目，2015年1月启动，2017年12月份结束； 整个项目完成分5个阶段完成，从阶段1到阶段5.；阶段主题201520162017Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4 阶段1 技术转移项目技术转移资料 可行性评估 阶段2立项采购样品试作50验证评估 阶段3小批量试作100食品安全测试200验证评估 阶段4批量400验证评估 阶段5批量2800验证评估18MEMS硅振荡器的设计MEMS硅谐振器投资成本 2012年，罕王微机电高科技产业园介绍 罕王微机电高科技产业园总投资30亿元,占地面积12
9、00亩，与产能4000个 ； 2002年，中芯国际投资12亿美元 ，在北京建8英寸晶圆厂，月产转产后月产能达到2万个； 如果我们在内地投资30亩地，1万平米的厂房生产MEMS硅谐振器，开发为期3年，转产后月产能达到4000个，需要 总投资1.79亿美金；Category Unit: $ Total People Related Expenses 4,018,065 Total Material 23MEMS硅振荡器的设计MEMS硅谐振器工艺步骤 用CMOS半导体代工厂的标准设备以及材料制造全硅MEMS谐振器，核心步骤如下：1. 通过窄信道蚀刻方式，从表面切割一空隙至硅晶氧化绝缘层（SOI），生
10、成一谐振结 构。这些谐振结构体在震动时，以水平方向在硅晶面上震动；2. 震动空隙上包覆着一层氧化层、硅晶层以及多晶硅层（Polysilicon），在多晶硅层 以通过一些蚀刻的小细孔将氧化物取出后形成谐振体；3. 硅晶圆被置入1000oC的epitaxial反应炉内去除杂质，并密封之前所蚀刻的小细孔， 以及通过长晶生成较厚的硅晶和一层多晶硅电容层。这个高温工艺对谐振体而言也是 一个退火（anneal）的过程，让谐振体表面达到光滑的程度，并将其永久密封在完全 真空无污染的空间中。上述所描述的多晶硅电容层结构非常坚硬，可承受接下来超过 100个大气压压力的塑模成型工艺（Plastic molding
11、)；4. 如何在多晶硅层上生成一导电接点，来连接至内部谐振器的驱动感应电极。而后进行 铝质导电层（Aluminum Layer）长晶过程、完成导线（metal trace）以及打线接 点生成工艺,并被覆盖上一层非导电材质钝化层后（passivation layer），完成整 个硅晶圆的生产。24MEMS硅振荡器的设计SiTime 硅谐振器工艺步骤 (1)在10-20um厚SOI(绝缘体硅)衬底上通过反应离子刻蚀(DRIE)形成谐振器结构图案； (2)淀积一层氧化物并形成图案，以覆盖被选择的谐振器部分，并提供到驱动和感应电极的电气接触； (3)淀积1.5um厚的外延层并形成至氧化物的焊盘； (4
12、)由通孔挖除谐振器结构自由空间上下的氧化物； (5)谐振腔用SiTime的EpiSeal工艺密封于外延环境，形成洁净的密封空间； (6)晶圆通过化学机械抛光(CMP)形成平面，绝缘延伸形成接触图案，弯曲成10-20um厚的外延多晶密封层； (7)淀积形成绝缘氧化层、金属连接和掩膜，或者制作CMOS。25MEMS硅振荡器设计MEMS硅谐振器的生产工艺名称和设备 图形转换：将设计在掩膜板上的图形转移到晶片； 光刻：接触光刻，接近光刻，投影光刻等； 刻蚀：湿法腐蚀，干法刻蚀 ； 掺杂：根据设计需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等； 扩散:离子注入，退火等； 薄膜技术：制作各种材料的
13、薄膜； 氧化：干氧氧化，湿氧氧化等； 化学气相淀积法（CVD）：APCVD，LPCVD，PECVD； 物理气相淀积法（PVD）：蒸发，溅射。26MEMS硅振荡器设计MEMS硅振荡器的编程 提供不同的频率，如图电压和频率的组合，27MEMS硅振荡器设计SiTime的MEMS硅振荡器可靠性 温漂影响小，全温度范围频率特性稳定。28MEMS硅振荡器设计SiTime的MEMS硅振荡器的特性表现Si50x CMEMS硅振荡器最显著的优势在于，它将 MEMS架构直接构建于标准CMOS晶圆上，从而获 得更高的温度稳定性和抗老化性能。这种创新的 结构使得温度传感器与MEMS谐振器的接触更紧 密，温度补偿功耗极低，速度更快。传统的 MEMS谐振器有
