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Fabrication de cristal de quartz

Fabrication de cristal de quartz

Le processus de fabrication du résonateur à cristal de quartz a été développé au fil de nombreuses années et permet de fabriquer des cristaux hautement spécifiés pour de nombreuses applications.

Les résonateurs à cristal de quartz sont fabriqués pour répondre à une grande variété de demandes, des applications à très haut volume à faible coût aux articles qui doivent répondre à des spécifications très strictes.

Le processus de fabrication du cristal de quartz est fondamentalement le même, mais il est adapté aux besoins du marché approvisionné.

Processus de fabrication du cristal de quartz

La fabrication des cristaux de quartz se déroule en plusieurs étapes. Pour les appareils de base à grand volume, les étapes nécessaires à la production d'articles de haute précision peuvent être réduites ou exclues.

La fabrication du cristal de quartz commence essentiellement par la production des cristaux bruts. Ces cristaux complets passent par étapes pour produire les ébauches de base, qui sont ensuite traitées pour créer les cristaux qui fonctionnent à la bonne fréquence. Enfin, ils sont encapsulés puis testés pour s'assurer qu'ils fonctionnent comme requis.

Le processus de fabrication de base commence par l'introduction du silicium brut, puis progresse à partir de ce point d'une manière logique.

Fabrication: faire pousser le cristal

Bien que le quartz se présente naturellement sous sa forme cristalline, les cristaux ne sont pas de la qualité requise pour un résonateur à cristal de quartz. En conséquence, les cristaux doivent être cultivés artificiellement dans des conditions hautement contrôlées. Le cristal synthétique est cultivé à l'aide d'un germe cristallin à environ 350 ° C et sous très haute pression: environ 1000 atmosphères. Cela se fait dans un four de culture de cristal spécialement fabriqué et prend environ 45 à 90 jours.

Une fois que le cristal a grandi, il est retiré du four et les faces sont rectifiées avec précision pour permettre aux axes X, Y et Z d'être définis avec précision et pour permettre au cristal d'être maintenu avec précision. Comme les propriétés des différentes coupes de cristal sont définies par les angles, ceux-ci doivent être maintenus avec précision pour garantir que le cristal final a les bonnes propriétés.

Fabrication: découpe et rodage du cristal

Une fois que le cristal a été formé et a ensuite eu ses axes rectifiés, les étapes suivantes consistent à fabriquer les ébauches de cristal.

Pour créer les ébauches, la première étape consiste à couper le cristal de quartz en petites «plaques» plates de dimensions correctes. Cela doit être réalisé en utilisant des couteaux de haute précision capables de couper exactement aux bons angles nécessaires. Ces tranches à travers le cristal doivent être légèrement plus épaisses que celles requises pour le cristal fini.

Une fois les premières coupes effectuées, ces grosses nappes peuvent ensuite être découpées en petits flans. Ceux-ci sont ensuite rodés pour les rapprocher de l'épaisseur requise.

De plus, à mesure que le flan se rapproche de son épaisseur finale, le rodage doit devenir plus précis et une pâte de rodage beaucoup plus fine est utilisée.

Comme le processus de rodage est abrasif, il endommage le réseau cristallin à la surface du cristal. Cela laisse non seulement entrer plus tard des molécules de gaz et d'autres impuretés qui provoqueront le vieillissement, mais cela provoque également directement des changements avec le temps.

Dimensionnement final et gravure

Une fois les processus de rodage entrepris, les surfaces du cristal sont gravées chimiquement. Cela donne une finition beaucoup plus fine au cristal et réduit les chances de pénétration de produits chimiques plus tard. Cependant, la surface du cristal doit être lavée très soigneusement après la gravure chimique pour éliminer toute trace de produits chimiques externes.

La gravure chimique réduit également un peu plus les dimensions, de sorte qu'il s'agit de la dernière étape de réduction de l'ébauche à ses dimensions requises.

Électrodes

Une fois que le flan de cristal a été fabriqué selon les tolérances et la finition requises, la base d'électrode est ajoutée.

L'ébauche finie est placée dans un masque d'évaporation et la vapeur d'argent ou d'or est déposée à la surface du cristal - celles-ci forment les électrodes du cristal. Ceci est réalisé dans une chambre de dépôt sous vide poussé.

L'ébauche de cristal a alors des conducteurs attachés aux électrodes déposées. Il est ensuite monté sur son support.

Réglage final et étanchéité

Avec les électrodes fixées, le réglage final du cristal est effectué. Ceci peut être réalisé en ajoutant un matériau d'électrode supplémentaire.

La dernière étape de la fabrication du cristal est de sceller le cristal dans son support. Celui-ci est normalement évacué ou rempli d'azote. L'azote étant inerte, il empêche la pénétration de matières réactives qui pourraient autrement provoquer le vieillissement du cristal. Un vide peut également être utilisé de manière similaire.

L'inspection finale

Une des dernières étapes du processus de fabrication du cristal consiste à effectuer une inspection finale. Ceci peut être effectué pour garantir que le fonctionnement et les caractéristiques du cristal répondent aux spécifications requises. Le niveau d'inspection sera évidemment déterminé par le coût et les limites des spécifications finales. Il peut être effectué sur une base groupée ou, pour des éléments de haute précision plus exigeants, il est plus probable qu'il soit effectué sur une base individuelle.

Dans certains cas, le cristal peut fonctionner à une température élevée pour éliminer les premiers effets du vieillissement. Comme le vieillissement se produit à son rythme le plus rapide immédiatement après la fabrication, les unités à cristal de haute précision ou les fours à cristal peuvent souvent être vieillis pendant environ 40 ou 90 jours avant d'être expédiés.

La fabrication de cristal de quartz s'est développée au fil de nombreuses années. Les premiers résonateurs à cristal ont été fabriqués en prenant du quartz naturel, puis en broyant et en rodant les flans à la taille. Maintenant, le processus s'apparente davantage à une forme de fabrication de semi-conducteurs avec des cristaux de quartz synthétiques croissants, puis en utilisant une gravure chimique et certaines techniques de dépôt. Il s'agit maintenant d'un processus de fabrication très avancé et de précision.

Voir la vidéo: Fabrication du collier Cristal u0026 Lune (Octobre 2020).