QMEMS为晶体元器件性能提升提供保障
晶体元件用途广泛
根据Epson Toyocom公司的调查，2007年“产业之盐”已经形成了一个4510亿日元（1美元兑换106日元）的巨大市场，以手机和数码相机的稳定增长为基础，在汽车电子的拉动下，这个市场到2010年将增长到6490亿日元。“晶体元件的用途广泛，能够覆盖所有的电子器件，根本因素是因为晶体的物理特性。” Epson Toyocom 商品企画战略部宫泽辉久科长总结认为。
图1 不断扩大的晶体元器件市场 资料来源：Epson Toyocom公司
晶体的物理特性可以分为压电现象，送压电现象以及光学特性。前两者在生活中的应用很广泛，最具代表性的就是石英钟表。宫泽辉久解释说，晶体在收到机械应力后，表面会产生电偶极子；相反，对晶体施以电压，则晶体会在特定方向上会产生变形。如果在晶体上施加交变电场，则晶体结晶将产生机械振动，当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时，则出现晶体的谐振。这一特性可以用作定时和传感元器件。
光学元器件是指利用了水晶或玻璃等所具有的光学方面的特性的元器件。通常光具有速度快、直进的特性,光学元器件有时将其遮拦,有时将其反射,有时将其弯曲,改变光的状态,在电子设备中得到了多彩地利用。OLPF（Optical Low Pass Filter）是使用水晶的十分具有代表性的元器件。在电视机或数码相机的图像中,可以发现条纹的衬衫或领带的模样的闪亮很刺眼。这就是被称为“波纹效应”的现象,想除去这种带状的闪亮,忠实地表现美丽精彩的画面时，就可以利用OLPF的“双折射的特性”来实现。
身边的晶体元器件
根据这三种物理特性，晶体可以用作定时、传感和光学元器件。这些晶体元器件已经被大量的用在手机，汽车电子、数码相机等众多数码电子产品中。
例如在手机中就包括：
TCXO（温度补偿晶体振荡器）：通过温度补偿回路,减少由温度引起的频率变化。它应用于对手机来说最重要的无线回路（RF回路）或GPS回路中。所以不管在炎夏的海滩,还是在严冬的滑雪场,都能使用手机。
陀螺仪传感器：检测手抖等运动传感，捕捉角度的变化是陀螺仪传感器的重要任务。“手”是指拿着相机的,以人的关节为中心的旋转运动。检测旋转运动的角速度,瞬间逆方向改变光学系统部品或CCD,修正图像的抖动。不仅是防抖补正功能,而且正在探讨将来运用到运动传感等方面的新产品中去。
音叉型晶体/实时时钟模块：手机的时钟功能是利用音叉型晶体发出的正确的频率的工作原理。实时时钟模块是在音叉型晶体上装配了时钟用IC的复合产品。当处于待机状态等不需要高速运作时,通过使用音叉型晶体,降低手机整体的消耗电流。
VCXO（压控晶体振荡器）：由来自外部的控制电压改变频率，接收1Seg播放信号时,VCXO是非常有力的助手。在AT型晶体单元中附加了振荡回路和电压控制功能的振荡器可通过控制电压改变振荡频率。不断地追踪基地发出的电波的偏离,起到与基地的频率保持同期的作用。
SAW（声表面波滤波器）：手机的内部外部有各种各样的电波，在各种电波中,只让想使用的频率通过,这就是声表面波(SAW)滤波器的任务。
区别于手机的是，在数码相机中增加了OLPF（光学低通滤波器）。在拍摄时，带状、网状等、拍摄规律排列的物体时显现出的线状的混淆,通过带有水晶光学特性的OLPF,就能避免数字图像中会出现的波纹。
随着汽车电子化的深入，一辆汽车中所使用的晶体元器件大约有数十个至数百个之多。汽车MCU的时钟装置中使用AT型晶体和SPXO,无线回路（RF回路）或GPS回路中使用TCXO,TV调谐器中搭载了VCXO。在“遥控锁”中使用了蚀刻型晶体、SAW谐振器、声表面波(SAW)滤波器,通过发出或接收电波,控制上锁等功能。由传感器进行诊断与监视的系统中也使用了晶体元器件，可以检测出车辆自身的排气装置的故障,保有故障内容履历的“OBD（车载式故障诊断系统）”、混合动力车的蓄电池监视系统等中使用了实时时钟模块。相比一般的应用，汽车用晶体元器件需具备有更高的信赖度。
QMEMS巩固Epson Toyocom晶体元件市场的地位
在美国DEDALUS公司2007年11月的数据中，Epson Toyocom是全球最大的晶体元器件供应商，占据了23%的市场份额。Epson Toyocom由Seiko Epson的石英器件事业部和Toyocom于2005年10月合并而成，提供三大类晶体器件：时钟器件(Timing Device)、光学器件(Optical Device)和传感器件(Sensing Device), 称之为3D战略。
为了巩固市场地位，除了3D策略，Epson Toyocom还在2006年推出了QMEMS技术。公司为QMEMS下的定义是：“通过微加工技术，使水晶原材料具备机械、电子、光学、化学等方面的性能，并增加高精度、高稳定附加值的设备”。Epson Toyocom从大约20年前就开始把通过蚀刻技术进行微加工的技法应用到水晶材料上，所以QMEMS并非什么新技术。不过公司预见水晶微加工技术今后的应用范围将愈加广泛，因此专门定义了这一名称。
图2 通过QMEMS技术制造的“双T”架构陀螺仪
宫泽辉久告诉记者：“QMEMS技术的诞生是因为我们日益感到，随着晶体芯片小型化和高精度的要求越来越高，传统机械加工方法已接近极限。通过利用感光印刷技术对晶体实施精细加工，QMEMS能提供高精度、高稳定、高附加值的石英晶体产品。与机械加工相比，QMEMS大幅提升精度和稳定性的同时实现了超小型。”
目前，Epson Toyocom利用QMEMS设计除了定时和传感2类元器件，前者包括音叉型晶体、以基波实现高频的HFF晶体单元和使用光刻技术实现的小型化蚀刻型晶体与振荡器；后者包括陀螺仪传感器（角速度传感器）和压力传感器。
陀螺仪传感器可检测出水晶振子的加速度带来的频率变化，根据角速度对电压进行输出，通过滤波器和AD转换器，把输出电压数字化，再用CPU计算出速度值。QMEMS螺仪传感器采用的是“双T”架构，由2个驱动臂、一个固定的检测臂和内置电路组成，实现了2mm × 2mm的超小体积。采用水晶制作的QMEMS螺仪传感器在温度特性和灵敏度上相比更具优势，宫泽辉久介绍说：“QMEMS螺仪传感器的动态检测范围比使用硅质的传感器大，硅制螺仪传感器的检测范围被限定在±2g的狭窄范围内，而水晶加速度传感器只用1个就能对数g～数百g的广泛范围进行检测。”
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