Fabricación De Los Cristales De Cuarzo - Crecimiento, Corte Y Lapeado

El proceso de fabricación de resonadores de cristal de cuarzo se ha desarrollado a lo largo de muchos años y permite fabricar cristales muy específicos para muchas aplicaciones.

Los resonadores de cristal de cuarzo se fabrican para satisfacer una amplia variedad de demandas, desde las aplicaciones de bajo coste y gran volumen hasta los 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 suministra.

 

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    Proceso de fabricación del cristal de cuarzo

    La fabricación de cristales de cuarzo consta de varias etapas. En el caso de los dispositivos básicos de gran volumen, las etapas necesarias para producir artículos de alta precisión pueden reducirse o excluirse.

    Básicamente, la fabricación del cristal de cuarzo comienza con la producción de los cristales en bruto. Estos cristales completos pasan por etapas para producir los espacios en blanco básicos, que se siguen procesando para crear los cristales que funcionan en la frecuencia adecuada. Por último, se encapsulan y se prueban para garantizar que funcionan como es debido.

    El proceso básico de fabricación comienza con la introducción del silicio en bruto, y a partir de ahí avanza de forma lógica.

    Fabricación: crecimiento del cristal

    Aunque el cuarzo se encuentra en su forma cristalina de forma natural, los cristales no tienen la calidad necesaria para el resonador de cristal de cuarzo. Por ello, los cristales deben cultivarse artificialmente en condiciones muy controladas.

    El cristal sintético se cultiva a partir de un cristal semilla a unos 350C y a una presión muy alta: unas 1.000 atmósferas. Esto se hace en un horno de cultivo de cristales fabricado específicamente y tarda entre 45 y 90 días.

    Una vez que el cristal ha crecido, se saca del horno y se rectifican las caras con precisión para poder definir con exactitud los ejes X, Y y Z y permitir que el cristal se sujete con precisión. Como las propiedades de los distintos cortes del cristal están definidas por los ángulos, éstos deben mantenerse con precisión para garantizar que el cristal final tenga las propiedades adecuadas.

    Fabricación: corte y lapeado del cristal

    Una vez formado el cristal y rectificados sus ejes, las siguientes etapas consisten en fabricar las piezas brutas de cristal.

    Para crear las piezas en bruto, la primera etapa consiste en cortar el cristal de cuarzo en pequeñas "placas" planas de las dimensiones correctas. Para ello hay que utilizar cortadores de alta precisión que puedan cortar exactamente los ángulos necesarios. Estos cortes en el cristal deben ser ligeramente más gruesos que los necesarios para el cristal terminado.

    Una vez realizados los primeros cortes, estas grandes láminas pueden cortarse en piezas en bruto más pequeñas. A continuación, se lapean para acercarlas 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 de la superficie del cristal. Esto no sólo deja que entren moléculas de gas y otras impurezas más adelante que causarán el envejecimiento, sino que también provoca directamente cambios con el tiempo.

    Dimensionamiento y grabado final

    Una vez realizados 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 todo rastro de productos químicos externos.

    El grabado químico también reduce las dimensiones un poco más, por lo que es la última etapa de la reducción de la pieza en bruto a las dimensiones requeridas.

    Electrodos

    Una vez que la pieza en bruto de cristal se ha fabricado con las tolerancias y el acabado requeridos, se añade la base de electrodos.

    La pieza en bruto terminada se coloca en una máscara de evaporación y el vapor de plata o de oro se deposita en la superficie del cristal, formando así los electrodos del cristal. Esto se realiza en una cámara de deposición de alto vacío.

    A continuación, se conectan los cables del cristal a los electrodos depositados. A continuación, se monta en su soporte.

    Ajuste final y sellado

    Con los electrodos fijados, se realiza el ajuste final del cristal. Para ello, se puede añadir material de electrodos adicional.

    La última etapa de la fabricación del cristal consiste en sellarlo en su soporte. Normalmente se evacua o se llena de nitrógeno. El nitrógeno, al ser inerte, impide la entrada de materiales reactivos que podrían provocar el envejecimiento del cristal. También se puede utilizar el vacío.
    Inspección final

    Una de las últimas etapas del proceso de fabricación de cristales es la inspección final. Esta puede llevarse a cabo para garantizar que el funcionamiento y las características del cristal cumplen las especificaciones requeridas.

    El nivel de inspección estará obviamente determinado por el coste y los límites de la especificación final. Puede realizarse por lotes o, en el caso de elementos de alta precisión más exigentes, es más probable que se realice de forma individual.

    Lee: Envejecimiento Del Cristal De Cuarzo: Estabilidad Y Precisión A Largo Plazo

    En algunos casos, el cristal puede funcionar a una temperatura elevada para eliminar los primeros efectos del envejecimiento. Dado que el envejecimiento se produce a un ritmo más rápido inmediatamente después de la fabricación, a menudo las unidades de cristal de alta precisión o los hornos de cristal pueden envejecerse durante unos 40 o 90 días antes de ser enviados.

    La fabricación de cristales de cuarzo ha evolucionado a lo largo de muchos años. Los primeros resonadores de cristal se fabricaban a partir de cuarzo natural y luego se molían y lapeaban las piezas en bruto hasta alcanzar el tamaño deseado.

    En la actualidad, el proceso se asemeja más a una forma de fabricación de semiconductores que consiste en cultivar cristales de cuarzo sintéticos y utilizar después el grabado químico y algunas técnicas de deposición. Ahora es un proceso de fabricación muy avanzado y de gran precisión.

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