Grundton-Quarze mit h\u00f6heren Frequenzen sind vor allem bei Wireless-Anwendungen im Bereich des Internet der Dinge sehr gefragt. Denn wenn Ger\u00e4te miteinander kommunizieren und Daten austauschen, geschieht das immer \u00f6fter \u00fcber Funk, beispielsweise via Bluetooth, ZigBee oder ISM. All diese Funkstandards nutzen Frequenzb\u00e4nder im dreistelligen Megahertz- bzw. im Gigahertz-Bereich. Um diese RF-Frequenzen erzeugen zu k\u00f6nnen, ben\u00f6tigen die Ger\u00e4te sehr pr\u00e4zise Referenzquarze mit Frequenzen im Bereich von etwa 20 bis hin zu 52 Megahertz.<\/p>\n
Quarze mit derart hoher Resonanzfrequenz m\u00fcssen vor allem eins sein: d\u00fcnn. Denn je dicker der Quarz ist, desto geringer ist seine Frequenz und desto weniger eignet er sich f\u00fcr den Einsatz im Wireless-Bereich.<\/p>\n
Um ausreichend d\u00fcnne Quarzscheiben herzustellen, ist eine ganze Reihe von Produktionsschritten notwendig. Der rohe Kristallblock wird nach und nach in immer kleinere Einheiten zerteilt. Kleinste Einheit sind letztendlich sogenannte \u201eBlanks\u201c. Das sind hauchd\u00fcnne Quarzscheiben, die ges\u00e4gt, geschliffen, ge\u00e4tzt und poliert werden, um die richtige Dicke und eine besonders glatte Oberfl\u00e4che zu erzeugen. Um beispielsweise ein Quarzblank mit einer Resonanzfrequenz von 40 Megahertz herzustellen, muss die Quarzscheibe eine Dicke von nur 41,5 Mikrometer aufweisen.<\/p>\n
Aufgrund ihrer Nennfrequenz von 40 Megahertz w\u00e4re diese Quarzscheibe bereits hervorragend f\u00fcr den Einsatz in Wireless-Anwendungen geeignet. Doch so einfach ist es nicht. Denn zus\u00e4tzlich zu der recht hohen Nennfrequenz wird eine minimale Fehlertoleranz im ppm-Bereich (ppm = parts per million) ben\u00f6tigt. Eine derart hohe Pr\u00e4zision ist unbedingt notwendig, da gerade im Hochfrequenzbereich die Funkfrequenzen der einzelnen Kan\u00e4le sehr dicht beieinander liegen. Wer eine \u00dcberlappung der verschiedenen Funkfrequenzen vermeiden will, muss f\u00fcr geringste Frequenztoleranz der zugrundeliegenden Referenzfrequenz sorgen.<\/p>\n
Hieraus ergibt sich eine besondere Herausforderung f\u00fcr die Quarzproduktion, die sich am Beispiel des 40 Megahertz-Quarzes illustrieren l\u00e4sst. Die Quarzscheibe verf\u00fcgt, wie oben erw\u00e4hnt, im Ideal \u00fcber eine Nenndicke von genau 41,5 Mikrometer. Bei einer angestrebten Fehlertoleranz von nur +\/-10 ppm darf der tats\u00e4chliche Wert maximal +\/- 0,415 Nanometer von diesem Idealwert abweichen. Das ist weniger als ein Millionstel Millimeter.<\/p>\n
Allein durch mechanische Fertigungsschritte l\u00e4sst sich eine solche Genauigkeit im Sub-Nanometerbereich nicht realisieren. Quarzhersteller reagieren auf dieses Problem, indem sie ihre Quarze \u2013 je nach Eigenschaften der Fertigungsanlage – von vornherein minimal zu dick oder zu d\u00fcnn produzieren. Anschlie\u00dfend werden die Quarze einem Feintuning unterzogen und somit die gew\u00fcnschte Nennfrequenz erreicht.<\/p>\n
Einer der letzten Bearbeitungsschritte bei der Quarzproduktion ist das Aufbringen einer Elektrode an beiden Seiten der Quarzscheibe. Diese Elektrode ist unbedingt notwendig, um die Schwingung des Blanks elektrisch anregen zu k\u00f6nnen. Gleichzeitig ist diese Elektrode auch der Ansatzpunkt f\u00fcr die folgenden beiden Verfahren zum Feintuning des Quarzes.<\/p>\n