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Fabricación de cristales de cuarzo

Fabricación de cristales de cuarzo

El proceso de fabricación del resonador de cristal de cuarzo se ha desarrollado durante muchos años y permite la fabricación de cristales altamente específicos para muchas aplicaciones.

Los resonadores de cristal de cuarzo se fabrican para satisfacer una amplia variedad de demandas, desde aplicaciones de bajo costo de muy alto volumen hasta aquellos artículos que deben cumplir especificaciones muy exigentes.

El proceso de fabricación del cristal de cuarzo es básicamente el mismo, pero se adapta a las necesidades del mercado al que se abastece.

Proceso de fabricación de cristales de cuarzo.

Hay varias etapas en la fabricación de cristales de cuarzo. Para dispositivos básicos de alto volumen, las etapas requeridas para producir artículos de alta precisión pueden reducirse o excluirse.

Básicamente, la fabricación del cristal de cuarzo comienza con la producción de cristales en bruto. Estos cristales completos pasan por etapas para producir los espacios en blanco básicos, que se procesan aún más para crear los cristales que operan en la frecuencia correcta. Finalmente, se encapsulan y luego se prueban para asegurarse de que funcionan como se requiere.

El proceso de fabricación básico comienza con la introducción del silicio en bruto y luego avanza desde ese punto de manera lógica.

Fabricación: cultivo del cristal

Aunque el cuarzo se presenta naturalmente en su forma cristalina, los cristales no tienen la calidad requerida para el resonador de cristal de cuarzo. En consecuencia, los cristales deben cultivarse artificialmente en condiciones muy controladas. El cristal sintético se cultiva utilizando un cristal semilla a unos 350 ° C y a una presión muy alta: alrededor de 1000 atmósferas. Esto se hace en un horno de cultivo de cristales fabricado específicamente y toma alrededor de 45 a 90 días.

Una vez que el cristal ha crecido, se retira del horno y las caras se muelen con precisión para permitir que los ejes X, Y y Z se definan con precisión y para permitir que el cristal se sujete con precisión. Como las propiedades de los distintos cortes de cristal se definen por los ángulos, estos deben mantenerse con precisión para garantizar que el cristal final tenga las propiedades adecuadas.

Fabricación: corte y lapeado de cristal

Una vez que se ha formado el cristal y luego se han rectificado sus ejes, las siguientes etapas implican hacer los espacios en blanco de cristal.

Para crear los espacios en blanco, la primera etapa es cortar el cristal de cuarzo en pequeñas 'placas' planas de las dimensiones correctas. Esto debe realizarse utilizando cortadores de alta precisión que sean capaces de cortar exactamente en los ángulos correctos necesarios. Estas rebanadas a través del cristal deben hacerse un poco más gruesas que las requeridas para terminar el cristal.

Una vez que se han hecho los primeros cortes, estas grandes manchas se pueden cortar en espacios en blanco más pequeños. A continuación, se traslapan para acercarlos al grosor requerido.

Además, a medida que la pieza en bruto se acerca a su grosor final, el lapeado debe ser más preciso y se utiliza una pasta de lapeado mucho más fina.

Como el proceso de lapeado es abrasivo, daña la red cristalina en la superficie del cristal. Esto no solo deja pasar moléculas de gas y otras impurezas más tarde que causarán envejecimiento, sino que también causa cambios directamente con el tiempo.

Dimensionado final y grabado

Una vez que se han realizado los procesos de lapeado, las superficies del cristal se graban químicamente. Esto proporciona un acabado mucho más fino al cristal y ofrece menos oportunidades para la entrada de productos químicos más adelante. Sin embargo, la superficie del cristal debe lavarse con mucho cuidado después del grabado químico para eliminar todos los rastros de productos químicos externos.

El grabado químico también reduce un poco más las dimensiones, por lo que actúa como la última etapa para reducir la pieza en bruto a las dimensiones requeridas.

Electrodos

Una vez que el cristal en blanco se ha fabricado con las tolerancias y el acabado requeridos, se agrega la base del electrodo.

El blanco terminado se coloca en una máscara de evaporación y el vapor de plata u oro se deposita en la superficie del cristal; estos forman los electrodos del cristal. Esto se lleva a cabo en una cámara de deposición de alto vacío.

El blanco de cristal tiene entonces conductores unidos a los electrodos depositados. Luego se monta en su soporte.

Ajuste final y sellado

Con los electrodos colocados se realiza el ajuste final del cristal. Esto se puede lograr agregando material de electrodo adicional.

La última etapa de la fabricación del cristal es sellar el cristal en su soporte. Esto normalmente se evacua o se llena con nitrógeno. Dado que el nitrógeno es inerte, evita la entrada de materiales reactivos que de otro modo podrían causar el envejecimiento del cristal. También se puede usar un vacío de manera similar.

Inspección final

Una de las etapas finales del proceso de fabricación de cristales es realizar una inspección final. Esto se puede llevar a cabo para garantizar que el funcionamiento y las características del cristal cumplan con las especificaciones requeridas. Obviamente, el nivel de inspección vendrá determinado por el costo y los límites de especificación final. Puede realizarse por lotes, o para elementos de alta precisión más exigentes, es más probable que se lleve a cabo de forma individual.

En algunos casos, el cristal puede procesarse a una temperatura elevada para eliminar los primeros efectos del envejecimiento. Dado que el envejecimiento se produce a su velocidad más rápida inmediatamente después de la fabricación, a menudo las unidades de cristal de alta precisión o los hornos de cristal pueden envejecer durante unos 40 o 90 días antes de su envío.

La fabricación de cristales de cuarzo se ha desarrollado durante muchos años. Los primeros resonadores de cristal se fabricaron tomando cuarzo natural y luego triturando y lapeando los espacios en blanco a medida. Ahora el proceso es más parecido a una forma de fabricación de semiconductores con cristales de cuarzo sintético en crecimiento y luego utilizando grabado químico y algunas técnicas de deposición. Ahora es un proceso de fabricación muy avanzado y de precisión.

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