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SiTime社について

SiTimeは
世界No.1の発信器メーカーで、高信頼性、高寿命で幅広く量産採用されている
業界のマーケットリーダーです。

特徴

世界No.1の発振器供給能力 (2021年の年間販売個数約5億個)
世界で唯一、高性能発振器をMEMS技術で開発できる会社
優れた製品で急成長中（年売上成長率50 ~ 100%）
強い財務体制、US NASDAQ上場企業
社員数の半数がエンジニアで、R&Dの75%が博士、修士号保有
60以上の特許を保有、世界１のMEMS技術と世界トップレベルのアナログ回路技術

SiTimeが採用される理由

非常に低い不良率(日本で過去1年間で8M個出荷、不良品0)
多くの製品が広い動作温度をサポート(-55 ~ 125℃)
納期が良く、置き換えがしやすい
優れたエージング特性 (SPXO: 4.4 ppm for 10 years, OCXO: ±500 ppb/ 20 years)
タイミングデバイスで唯一、自己診断回路内蔵
ショックや振動、EMI、電源ノイズに強い
プラスチックパッケージのため温度サイクルでハンダクラックが発生しにくい
万全のEMI対策(プログラマブル出力、SSXO)
世界No.1の発振器供給能力(年間約8億個)
プルグラマブルkHz発振器、低消費電力MHz発振器
クロックジェネレータ、ネットワークシンクロナイザ、クロックバッファも開発、販売

SiTime vs 水晶発振器

左右にスクロールしてご覧ください

	SiTime	水晶発振器
信頼性 / 平均故障間隔	1000 million hours	14~38 million hours
衝撃耐性	~ 50,000 g shock	5,000 g shock
振動耐性	70 g vibration	10 g vibration
EMI Spur	-73 db	-39 ~ -45 db
振動子製造	Bosch	大きな資本を必要とする自社工場
CMOS Die	TSMC	1社 or 少サプライヤ
パッケージ / テスト	Multi Source	Single Source

SiTimeのコア技術が困難なタイミングの問題を解決

Silicon MEMS

3rd gen MEMS
Proprietary MEMS process
SiTime MEMS simulation tools

Fabrication: Bosch

Programmable Analog

4th gen circuits
Revolutionary temp sensors
Low-power high-perf circuits

Fabrication: TSMC

Systems

Performance improvement
Materials science expertise
Thermo-mechanical co-design

Fabrication: ASE, UTAC, Carsem, Hana

製品ラインナップはこちら

EpiSeal® による SiTime MEMS の利点

MEMS Semiconductor Solution

EpiSeal at 1100℃

・

Perfect clean vacuum 10uBar

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High purity material, controlled to ppb levels

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Single crystal silicon with reformed surfaces

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Lowest aging, no fatigue

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Zero failures

Mechanical Quartz Solution

Room temp sealing of package

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Clean vacuum or N2

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Outgassing of Resin, effect to Aging

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Unwanted Spurious response

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Drift, hysteresis

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Many failure modes with mechanical process on quartz blank and complex assembly process

EpiSeal®とは

ドイツRobert Bosch社と米Stanford Universityが開発した「EpiSeal」技術は、現在、米SiTime社のMEMSタイミングオシレーターに利用されています。その特長は、エピタキシャル条件で成長させた“epi-poly Si”で蓋をすることによって、共振子を高真空中に安定的に封止できることにあります。他にパッケージを小形化できるという重要な特徴もあります。

出典: 日経XTECH　 MEMSセンサー、集積化手法に新潮流

MEMS (メムス、Micro Electro Mechanical System) とは？

半導体プロセス技術を使って製造される電気駆動の機械構造を内蔵する部品の総称です。構造が立体的であり、可動部を有するという点がMEMSと半導体との違いです。MEMSは機械で削ったりカットする加工に比べ極めて微小な部品を高精度（1ミクロン以下）で大量に加工できます。　このためMEMS技術で作られるセンサなどの部品は、小型でかつ低コストで大量生産が可能になり、スマートフォンなどに使われています。

革新的なTempFlat™ MEMS 振動子

48 MHz TempFlat

For reference clocks

In production since 2011

524 kHz Low Power

For timekeeping, RTC, µPower MHz

In production since 2010

SiTimeのシリコンMEMS振動子は、弊社シリコンベースMEMS発振器やタイミングデバイス製品にとって最も重要な部品です。SiTimeの非常に安定で、振動や衝撃に強いMEMS振動子は革新的なTempFlat™ MEMSテクノロジーに基づき、シリコン・オン・インシュレーター（SOI）ウェハーを使用して製造されます。また、半導体製造工場において標準的なCMOSプロセス装置を用いて製造されます。MEMS振動子は真空封止され、コスト効率の高いプラスチックパッケージにパッケージングされます。 SiTimeMEMS振動子の製造方法について是非ご確認ください。

SiTimeはkHzとMHz両周波数帯の発振器を製造しています。kHz帯の振動子はSub-μAの消費電力で、一般的にリアルタイムクロック（タイムキーピング）や電力管理（例えばスリープ・ウェイクアップ機能）に使用されます。また、MHz帯の振動子はデータ転送速度を重視するシリアル通信やパラレル通信における基準クロックとして使用されます。どちらの種類の振動子も非常にQ値が高く、優れた周波数安定精度や周波数分解能が必要なVCXOやTCXOで使用することができます。MEMS振動子の性能についてはこちらをご覧ください。

TempFlat™ MEMSテクノロジー

ごく最近まで、全てのMEMS発振器は全温度保証範囲で安定な周波数を発振するために複雑な補正回路を使っていました。SiTime独自のTempFlat™ MEMSテクノロジーにより、温度補正をあまり必要としない振動子を開発することができました。

この技術によって、これまで必要であった温度センサーや補正回路を使用することなく、±50ppm, ±100ppmの周波数安定性を持つ発振器を製造可能になりました。

±5ppmのTCXOも、これまでよりシンプルな補正回路で実現可能です。この補正回路はTempFlat™ MEMSテクノロジーにより回路もシンプルとなり、小型化、低消費電力化、コストダウンに成功しました。

SiTimeの32kHz発振器ファミリーはTempFlat MEMSテクノロジーを使った第1世代目の製品です。TempFlat MEMSテクノロジーによって生まれた32kHz発振器は、同じ32kHzの水晶振動子に対して2倍の安定性を持ち、低消費電力、小サイズで非常に高付加価値のある製品になっています。

SiTime MEMS発信器の構造

SiTimeのMEMS発振器は、水晶を使用せず、プログラマブル可能な発振器ICにMEMS振動子を組み合わせた構造になっています。この2つのDieは、ワイヤボンディングやフリップチップ実装で封止され、業界標準のプラスチックパッケージや、CSP（Chip-scale package）にパッケージングされています。

MEMS はシリコンと容易に統合

TempFlat™テクノロジを使用したMEMSオシレータ構造

MEMS振動子はMEMS専用回路ブロックに配置され、静電界励起力で駆動されます。MEMS振動子とMEMS専用回路が電気的に相互接続されることで、発振維持回路が動作し、MEMS振動子を機械的に振動させます。出力周波数はアナログ発振回路の「Fractional-N PLL」によって実現します。製品システムのEMIを減らすために、ほとんどのSiTime発振器はインピーダンス特性を考慮して、出力ドライブ強度を調整することが可能です。そのパラメータ設定は、アナログ発振器のダイにある「OTP (One Time Programmable)メモリ」に保存されます。

TempFlat™ MEMSテクノロジーが採用されているファミリーは、温度特性が良いため補正回路の必要性が低く、温度補正回路を削除可能です。そのため、アナログICの設計はシンプルになり、製品の小型化だけでなく、低消費電力化が実現できます。

一方、25ppm以下の精度が必要なアプリケーション向けに開発された超高性能XO、差動XO、VCXO、TCXOでは温度補正を行う必要があるため、「Fractional-N PLL」で動作する温度センサーと温度用デジタルコンバーターを使っています。