本應用筆記探討了MEMS（微機電系統）技術在標準實時時鐘（RTC）中相對于標準晶體技術的優勢。最明顯的優勢是尺寸。還討論了MEMS技術優越的其他領域-CMOS工藝和開發，制造與組裝以及環境耐用性。

簡介
MEMS技術由于其微制造原理而在業界獲得了廣泛的應用。電子產品中常用的機械和機電元件以小尺寸制造，為工業組件和設備的小型化開辟了新紀元。它在數字設計中證明了自己的價值，尤其是在實時時鐘上。

MEMS（微機電系統）技術已在精確的實時時鐘（RTC）中實現，使其極為堅固，在時間和溫度上都非常精確，并且比使用標準圓柱晶體技術制造的時鐘要小得多。本應用筆記探討了這項令人興奮的新技術在準確的RTC應用中所實現的顯著性能增強。

MEMS的基本優勢只是個開始。
與32.768kHz音叉圓柱形晶體相比，其面積小47倍，體積小182倍（見圖1），Maxim Integrated精確RTC產品系列中使用的MEMs諧振器技術提供了顯著的優勢。當今RTC的尺寸和包裝選擇方面的優勢。

但是，MEMS帶給這項技術的優勢并沒有隨尺寸而定。MEMS特性可在三個不同的領域提供增強的技術優勢。這些領域包括但不限于過程和開發，制造和組裝以及環境堅固性。

CMOS工藝和開發中
的MEMS讓我們快速比較一下MEMS工藝和晶體組裝工藝。

此處討論的MEMS諧振器技術是在標準互補金屬氧化物半導體（CMOS）晶圓廠中開發的。CMOS的制造對于滿足基于在開發的光刻階段建立的設備元件的形狀和尺寸的目標頻率響應特別有利。由于MEMS是一種硅技術，因此可重復性和可持續性的好處適用于MEMS晶圓的制造。處理MEMS晶圓時達到的制造溫度可能超過+ 700°C。隨后，在加工過程中，MEMS諧振器可以承受+ 260°C的多個回流溫度，而性能不會降低。（我們將在下面更詳細地討論這一點。）這種耐用性可以歸因于其材料組成，設計和晶圓加工流程。

相比之下（眾所周知），晶體組裝的過程不太牢固，并且容易在產品間產生很大的差異。頻率調諧和修整通常需要從晶體電極上沉積或去除材料以達到所需的頻率。另外，一旦在裝置上施加電壓，就必須在圓柱形載體中建立真空，以使晶體諧振器振動。因此，為了生產高質量的器件，需要特殊的材料將晶體連接到其引線上。這些材料可幫助晶體在高溫（約260°C）的回流焊操作中幸存下來。但是，有一個警告。使晶體經受多個高溫回流循環時必須小心。頻移可歸因于“晶體附著”材料的老化，

MEMS在制造和組裝中的作用
在RTC的最終制造和組裝流程中，有四個重要因素使基于MEMS的RTC具有優于晶體的優勢。

首先，MEMS實際上是集成電路（IC）。因此，當將MEMS與控制芯片/ RTC結合使用時，就會應用并可以使用標準的IC封裝技術。這與晶體組件形成鮮明對比，晶體組件需要定制的制造流程才能將晶體和RTC芯片固定在同一封裝中。
其次，引線鍵合操作用于將控制管芯電連接到MEMS諧振器。晶體組件必須使用更復雜且強度較小的焊料，或者焊接晶體引線以將控制管芯連接至晶體諧振器。

第三，高效的引線鍵合操作和標準的包裝組裝流程非常適合大批量，低成本的制造和組裝操作。

第四，MEMS和晶體之間的巨大差異提供了更小尺寸的封裝選擇，包括晶體無法實現的芯片級封裝。圖1展示了巨大的尺寸差異以及由此產生的晶體包裝要求。為了實現可比的功能和性能，DS3231MZ + RTC封裝在8引腳150 mil SO中，而上一代基于晶體的DS3231S RTC封裝在16引腳300 mil SO中。8引腳SO封裝的尺寸小于16引腳300 mil封裝的尺寸的一半。

最后，不容錯過的是，較小的包裝可以降低成本。

MEMS
具有環保優勢根據環境標準和觀察，基于MEMS的RTC已證明具有可證明的性能優勢。

在復制客戶附著的回流操作（在+ 260°C時為3倍）中，MEMS器件顯示出小于±1ppm的頻移（圖2a和2b）。面對相同的回流溫度暴露的基于晶體的產品表現出高達±5ppm的偏移（圖3a和3b）。

基于MEMS的RTC已通過AEC-Q100認證進行了沖擊和振動測試。它們可以承受超過2900g（x5）的機械沖擊（JESD22-B104C Condition-H）和超過20g的變頻振動（JESD22-B103B Condition-1）。

總結
性能數據和處理經驗證明，與傳統的基于晶體的RTC相比，基于MEMS的RTC具有明顯的優勢。我們談到了在工藝和開發，制造和組裝以及環保方面的特殊優勢。此外，MEMS時鐘隨時間的頻率精度（壽命）小于±5ppm。在整個溫度范圍內以及回流后的頻率精度仍低于±5ppm。MEMS在更高的溫度下運行。它們采用較小的包裝，并最終降低了成本。毫無疑問，要反對使用基于MEMS的精確RTC產品進行設計是不容易的。

編輯：hfy