지난 5년 동안 기술과 아키텍처에서의 발전으로 MEMS-기반타이밍 디바이스는 쿼츠와 동일한 수준의 성능을 상당한 추가적인 이점들과 함께 제공할 수 있게 되었다. 예를 들어, MEMS-기반 타이밍 솔루션 선도업체인 사이타임과 같은 회사의 경우, MEMS 발진기에 반도체 제조 인프라를 사용함으로써 양산 물량에 대해 쿼츠 기반 디바이스의 경우 6~16주가 소용되는 데 비해 2~3주의 납기를 제공할 수 있다. 다른 평가 기준으로 MEMS 공진기는 쿼츠와 비교해 10배 이상 크기가 작을 뿐만 아니라 4배 이상 얇기 때문에 업계에서 가장 얇은 타이밍 솔루션이다.
피유쉬 세발리아(Piyush Sevalia)/ 사이타임 코포레이션 마케팅 부사장

지금이 타이밍이다. MEMS-기반 타이밍 디바이스의 애플리케이션과 장점

MEMS(microelectromechanical system)가 일상생활의 많은 측면에서 중요한 역할을 하고 있다. MEMS 기술은 생명을 구한다. 자동차 선도업체들은 이것을 에어백 센서와 전자 차체 자세제어 디바이스(ESC, electronic stability control )에 사용하고 있으며, 의료산업 분야에서는 혈압측겅 시스템에 활용하고 있다.
MEMS는 또한 통신, 컴퓨팅 및 엔터테인먼트에서도 반드시 필요하며, HD TV 모니터, 닌텐도 위 시스템에서부터 휴대전화, 잉크젯 프린트, 디스크 드라이버에 이르기는 모든 것에 사용되고 있다. 프랑스 시장조사기관인 욜 데버로프마(Yole Developpement)에 따르면, 2010년에 40억 개 이상의 MEMS 컴포넌트가 판매되었다.
타이밍 컴포넌트(클록디바이스)는 모든 전자시스템의 심장박동으로 디지털 전자장치를 구동하는 데 사용되는 클록 파형을 제공한다. 전통적으로 타이밍 컴포넌트들은 쿼츠 기술에 기반하고 있었지만, 최근에 들어와 주요 전자 제조업체들에 의해MEMS-기반 실리콘 타이밍 솔루션이 채택이 급속히 확대되고 있다. CS&A에 따르면 전세계 타이밍 디바이스 시장은 다음과 같은 세3가지 핵심제품 부문을 통해2011년 55억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되고 있다.
① 공진기(Resonator) : 지난60년 동안 핵심 기술로서 쿼츠 크리스털이 사용되어 왔으며 시장규모는 18억 달러 규모이다. 쿼츠 크리스털은 비용이 높은 밀폐 패키징과 복잡한 제조 기술을 필요로 하기 때문에 결과적으로 공급망 문제를 일으키는 긴 납기를 필요로 하며 주파수 범위가 70MHz 이하로 제한되어 있다.
② 발진기(Oscillator) : 16억 달러규모의 시장으로 공진기와 동일한 한계들에 직면해 있는 쿼츠 발진기가 주로 사용되고 있다. 쿼츠 발진기 중 극히 일부만 프로그램이 가능하기 때문에 설계자들은 적정 사양에 대해 절충하고 제공되고 있는 제품만을 사용해야 한다.
③ 클록 생성기 및 버퍼(Clock Generators and Buffer) : 22억 달러 규모의 시장으로 레퍼런스로서 외부 클록 또는 쿼츠 공진기를 사용하여 동일 디바이스로부터 다중 클록을 생성하는 클록 분배 디바이스(버퍼)와 멀티-PLL 및 멀티-출력 디바이스(클록 생성기)를 포함하고 있다.
모든 전자장치들이 보다 복잡해지고 향상된 성능을 필요하면서도 한층 소형 및 박형화 되어야 하기 때문에 장비 제조업체들은 다음과 같은 성능을 제공할 수 있는 타이밍 솔루션을 필요로 하고 있다.
① 네트워킹,통신,컴퓨팅애플리케이션을 위한 보다높은주파수
② 모든 애플리케이션에서 보다 많은 타이밍 마진을 제공할 수 있는 향상된 주파수 안정성  저 전력 모바일 애플리케이션을 위한 저전압 동작
③ 고성능 저 잡음 애플리케이션을 위한 EMI 감소 및 차동 클록킹을 위한 스프레드 스펙트럼 등과 같은 기능들
④ 모든 애플리케이션에 대해 향상된 신뢰성
⑤ 모바일 및 산업용 애플리케이션을 위해 향상된 충격 및 진동 내성
뿐만 아니라, 소비가전 및 컴퓨팅 전자장치 제조업체들이 대규모 물량을 통해 반도체 수요를 견인함에 따라 많은 물량에 대해서도 짧은 납기를 제공하면서 단기 고지만으로도 수요변화를 충족시킬 수 있는 대응력이 강한 공급업체들을 필요로 하고 있다.
MEMS-기반 타이밍 솔루션은 전기적 클록신호(발진기)를 생성하기 위해 진동, 하이-Q 레퍼런스(공진기), 그리고 고성능, 프로그래머블 아날로그 기술 등을 위한 실리콘 구조물을 사용하고 있다.
지난 5년 동안 기술과 아키텍처에서의 발전으로 MEMS-기반타이밍 디바이스는 쿼츠와 동일한 수준의 성능을 상당한 추가적인 이점들과 함께 제공할 수 있게 되었다. 예를 들어, MEMS-기반 타이밍 솔루션 선도업체인 사이타임과 같은 회사의 경우, MEMS 발진기에 반도체 제조 인프라를 사용함으로써 양산 물량에 대해 쿼츠 기반 디바이스의 경우 6~16주가 소용되는 데 비해 2~3주의 납기를 제공할 수 있다.
다른 평가기준으로 MEMS 공진기는 쿼츠와 비교해 10배 이상 크기가 작을 뿐만 아니라 4배 이상 얇기 때문에 업계에서 가장 얇은 타이밍 솔루션이다. 사이타임은 0.25mm 두께의 MEMS 발진기인 SiT8003XT를 제공하고 있는 데 이것은 쿼츠-기반 발진기보다 두께가 1/3 수준이다. 뿐만 아니라, 사이타임은 자사의 제품들을 모든 업계 표준 표면실장 풋프린트로 제공하고 있으며, 이중가장 작은 것은 초소형 2.5mm×2.0mm 패키지이다.
성능 측면에서 회로 설계와 테스트 기술의 발전으로 MEMS 기반발진기는 ±10PPM 주파수 안전성을 제공할 수 있다. RMS 주기지터는 쿼츠 기반 프로그래머블 오실레이터의 경우에 20~40ps 수준이지만, 사이타임의 SiT8102는 3ps이하이기 때문에 대부분의 고정 주파수 발진기와 호환이 가능하며 많은 대량 생산 애플리케이션의 요구사항을 충족한다.
MEMS 기반 타이밍 디바이스는 또한 스프레드-스펙트럼 클록킹 등과 같은 강화된 기능들을 통합하고 있어서 값비싼 인클로저 또는 장기간의 재설계 과정 없이 EMI를 낮출 수 있다.
전자장치 제조업체들은 이러한 장점들을 MEMS 고유의 강건성과 신뢰성 이점과 함께 활용할 수 있다. MEMS 기반타이밍 솔루션은 최대50,000G의 충격 내성, 최대70G의 진동 내성 테스트를 거쳤으며, 쿼츠보다 10배 이상 향상된 5억 시간의 MTBF(Mean Time Between Failure)를 제공한다.
MEMS 기반 타이밍 디바이스는 그 두께 때문에 통합에 있어서도 이점을 제공한다. 박형 MEMS 발진기를 ASIC /ASSP 패키지에 통합할 수 있기 때문에 모든 외부 클록과 관련부품을 시스템에서 제거할 수 있다.
MEMS 구조물은 실리콘으로 제작되기 때문에 향후에는 단일 통합 다이에 MEMS 타이밍 레퍼런스뿐만 아니라 다른 모든 관련 전자장치를 통합하는 방향으로 발전하게 될 것이다. 위에서 설명한 이점들로 인해 시스템 설계자들의 작업을 대폭 단순화시키는 것은 물론 보다 작고 얇으면서 높은 성능을 제공하는 전자장치를 개발할 수 있다.
MEMS 기반 타이밍 솔루션은 FTTH(fiber-to-the-home) 장비, 그래픽 카드, 외장형 디스크 드라이브, 휴대전화, 고용량 SIM 카드 등과 같은 이미 첨단 제품들에 채택되고 있다. 약 3,500만개의 제품들이 지난3년 동안 판매되었으며, 이들 제품의 채택이 급속한 성장을 보이고 있다.
전자 장치 시장은 진화하고 있으며 새로운 통신, 소비가전, 컴퓨팅 기기를 위해 향상된 성능, 보다 높은 집적도, 보다 빠른 응답 시간, 풋프린트 소형화를 필요로 하고 있다. 결과적으로 MEMS-기반 타이밍 솔루션들에 대한 중요성이 증가하고 있으며, 쿼츠 산업의 실리콘화를 위해 중요한 역할을 하고 있다.