Fabricação de Cristais de Quartzo

8 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 6 min

Os ressonadores de cristal de quartzo passam por um processo de fabricação que envolve várias etapas.

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Tutorial sobre Cristais de Quartzo, inclui:

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O processo de fabricação do ressonador de cristal de quartzo foi desenvolvido ao longo de muitos anos e permite que cristais altamente especificados sejam fabricados para muitas aplicações.

Os ressonadores de cristal de quartzo são fabricados para atender a uma ampla variedade de demandas, desde aplicações de alto volume e baixo custo até itens que precisam atender a especificações muito exigentes.

O processo de fabricação do cristal de quartzo é basicamente o mesmo, porém é feito sob medida para atender as necessidades do mercado a ser atendido.

Sumário

Processo de fabricação de cristal de quartzo

Existem várias etapas para a fabricação de cristais de quartzo. Para dispositivos básicos de alto volume, os estágios necessários para a produção de itens de alta precisão podem ser reduzidos ou excluídos.

Essencialmente, a fabricação do cristal de quartzo começa com a produção dos cristais brutos. Esses cristais completos passam por estágios para produzir os espaços em branco básicos, que são posteriormente processados para criar os cristais que operam na frequência certa. Por fim, eles são encapsulados e testados para garantir que funcionem conforme necessário.

O processo básico de fabricação começa com a introdução do silício bruto e progride a partir desse ponto de maneira lógica.

Manufatura: crescimento do cristal

Embora o quartzo ocorra naturalmente em sua forma cristalina, os cristais não têm a qualidade exigida para o ressonador de cristal de quartzo. Consequentemente, os cristais precisam ser cultivados artificialmente sob condições altamente controladas. O cristal sintético é cultivado usando um cristal de semente a cerca de 350°C e sob pressão muito alta: cerca de 1000 atmosferas. Isso é feito em um forno de crescimento de cristal fabricado especificamente e leva cerca de 45 a 90 dias.

Uma vez que o cristal tenha crescido, ele é removido do forno e as faces são retificadas com precisão para permitir que os eixos X, Y e Z sejam definidos com precisão e para permitir que o cristal seja mantido com precisão. Como as propriedades dos vários cortes de cristal são definidas pelos ângulos, eles devem ser mantidos com precisão para garantir que o cristal final tenha as propriedades corretas.

Fabricação: corte e lapidação de cristais

Uma vez que o cristal foi formado e, em seguida, teve seus eixos retificados, as próximas etapas envolvem a confecção dos blocos de cristal.

Para criar os espaços em branco, a primeira etapa é cortar o cristal de quartzo em pequenas ‘placas’ planas com as dimensões corretas. Isso precisa ser feito usando cortadores de alta precisão que são capazes de cortar exatamente nos ângulos corretos necessários. Essas fatias através do cristal precisam ser ligeiramente mais grossas do que as necessárias para o cristal acabado.

Uma vez feitos os primeiros cortes, essas manchas grandes podem ser cortadas em blocos menores. Estes são então lapidados para aproximá-los da espessura necessária.

Além disso, à medida que o blank é aproximado de sua espessura final, o polimento precisa se tornar mais preciso e uma pasta de lapidação muito mais fina é usada.

Como o processo de lapidação é abrasivo, ele danifica a rede cristalina na superfície do cristal. Isso não apenas permite a entrada de moléculas de gás e outras impurezas que causarão o envelhecimento, mas também causa alterações diretas com o tempo.

Dimensionamento final e gravação

Uma vez que os processos de lapidação tenham sido realizados, as superfícies do cristal são quimicamente gravadas. Isso fornece um acabamento muito mais fino ao cristal e oferece menos oportunidade para a entrada de produtos químicos posteriormente. No entanto, a superfície do cristal precisa ser cuidadosamente lavada após o ataque químico para remover todos os vestígios de produtos químicos externos.

A corrosão química também reduz um pouco mais as dimensões, de modo que atua como a última etapa de redução do blank às dimensões exigidas.

Eletrodos

Uma vez que o cristal em branco foi fabricado com as tolerâncias e acabamentos necessários, a base do eletrodo é adicionada.

O branco acabado é colocado em uma máscara de evaporação e o vapor de prata ou ouro é depositado na superfície do cristal – estes formam os eletrodos do cristal. Isso é realizado em uma câmara de deposição de alto vácuo.

O cristal em branco, então, tem condutores ligados aos eletrodos depositados. Em seguida, é montado em seu suporte.

Ajuste final e vedação

Com os eletrodos fixados é feito o ajuste final do cristal. Isso pode ser alcançado adicionando material de eletrodo adicional.

A última etapa da fabricação do cristal é selar o cristal em seu suporte. Este é normalmente evacuado ou preenchido com nitrogênio. Sendo o nitrogênio inerte, ele evita a entrada de materiais reativos que poderiam causar o envelhecimento do cristal. Um vácuo também pode ser usado de forma semelhante.

Inspeção final

Uma das etapas finais no processo de fabricação do cristal é realizar uma inspeção final. Isso pode ser feito para garantir que a operação e as características do cristal atendam às especificações exigidas. O nível de inspeção será obviamente determinado pelos limites de custo e especificação final. Pode ser realizado em lotes ou, para elementos de alta precisão mais exatos, é mais provável que seja realizado individualmente.

Em alguns casos, o cristal pode funcionar a uma temperatura elevada para remover os primeiros efeitos do envelhecimento. Como o envelhecimento ocorre em seu ritmo mais rápido imediatamente após a fabricação, geralmente as unidades de cristal de alta precisão ou os fornos de cristal podem envelhecer por cerca de 40 ou 90 dias antes de serem despachados.

A fabricação de cristais de quartzo se desenvolveu ao longo de muitos anos. Os primeiros ressoadores de cristal foram feitos tomando quartzo de ocorrência natural e, em seguida, moendo e lapidando os espaços em branco no tamanho. Agora, o processo é mais parecido com uma forma de fabricação de semicondutores com o crescimento de cristais de quartzo sintéticos e, em seguida, usando corrosão química e algumas técnicas de deposição. Agora é um processo de fabricação altamente avançado e de precisão.

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