高效能集成化电子元件MEMS振荡器集成电路

成果名称

高性能集成化射频MEMS谐振器件

单位名称

中科院半导体研究所

联系人

杨晋玲

联系邮箱

jlyang@semi.ac.cn

成果成熟度

□正在研发   √已有样机   □通过小试   □通过中试   √可以量产

合作方式

√技术转让    √技术入股    √合作开发    √其他

成果简介：

射频MEMS谐振器件是基于半导体微纳加工技术制备的高性能、集成化硅基时钟器件，具有高性能、低功耗、低成本、可与IC集成等优势。是对石英产品的升级换代，正以120%的年增长率，逐渐取代石英晶体振荡器。

本项目将在国内首次实现高性能MEMS谐振器、振荡器等射频谐振电子器件的产业化，打破国外公司的技术垄断。我们拥有高频率、高Q值MEMS谐振器件的设计、加工、封装、测试等整套技术，主要的关键技术包括：创新的采用圆盘谐振结构的面内振动模态，实现高频率的谐振输出，降低能量损耗。开发了高成品率的硅基谐振器件微纳加工技术和高可靠性的圆片级封测技术，制备高性能谐振器；利用高增益、低噪声的驱动电路和温度补偿电路构成高稳定性振荡器，开发了射频MEMS器件的小信号测试技术，可实现大规模制备与测试，大幅降低器件成本。

本项目的创新点包括：国内首次实现具有高频、高Q的特性的MEMS谐振器、振荡器等器件，属于技术创新；高性能的驱动电路设计，提高了振荡器的系统稳定性；MEMS振荡器的高可靠性硅基集成加工，实现高成品率的批量生产，与CMOS工艺兼容等特点，可取代分立的石英晶振产品，集成在功能芯片中作为电路系统的时钟器件。

由于MEMS谐振器对加工精度的要求很高，加工误差将导致频率的改变，且电极和圆盘之间的间隙也只有几十纳米的量级，普通微加工技术难以实现低成本、批量化的纳米尺度加工。因此，我们采用了牺牲层释放技术，实现纳米间隙的加工。同时采用新型支撑结构和圆盘一次刻蚀，填充的技术，实现了图形的自对准，避免了多次套刻产生的工艺误差。

本产品具有高频、高Q、可集成、低功耗等特性，MEMS 谐振器和振荡器的整体性能与国外先进水平相当，实现国内首家大规模供货的射频谐振器件公司，可快速进入石英晶振的市场。

应用前景：

如果把中央处理器芯片比喻为现代电子系统的大脑，那么时钟组件当之无愧是其心脏。一颗健康、稳定、持久的“心脏”，将直接影响到电子系统的功能和可靠性。谐振器件就是电子系统中的频率参考源，即时钟器件，产生固定周期振荡信号的器件。

每个现代电子产品中都不止一个频率参考源。每年生产的频率参考源器件数以百亿计。

一般分为石英谐振器、MEMS谐振器和陶瓷谐振器。

陶瓷谐振器体积大，一般较少使用。石英作为时钟市场的主流技术，一直占据着霸主地位。但受传统制造工艺限制及下游原材料（起振电路和基座）市场的垄断，性价比难以进一步提升。

MEMS谐振器具有体积小、成本低、可与电路集成等优点，是未来通信系统的热门研究对象，是石英谐振器的升级换代产品。目前，MEMS的振荡器产品已经广泛应用于消费电子领域，如智能手机、数码相机等，影音设备，如摄录机、机顶盒、音响设备等以及网络和通信领域，如以太网转换器、路由器、基站等电子产品和工业基础电子系统中。MEMS振荡器已经被应用于iphone7手机中作为时钟芯片，全球数以亿计的智能手机出货量，给MEMS振荡器创造了巨大的市场机会。

知识产权及项目获奖情况：

一种频率可切换的微机械谐振器及其制备方法（申请号CN201310750721.X）

频率可调的MEMS谐振器（申请号CN201310306960.6）

频率可切换的微机械谐振器（申请号CN201310178457.7）

MEMS振荡器（申请号CN201310178827.7）

一种微机械谐振器及其制作方法（申请号CN201310235167.1）

用于微机电系统器件的圆片级三维封装方法（申请号CN201110346268.7）