晶体谐振器工艺简介

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晶体谐振器工艺简介

气密性检查氦气分子
气密性检查的目的
老Hale Waihona Puke 化老化率石英晶体产品频率相对于时间的稳定性，一般情况下它的变化是几个ppm/年
目的
確保晶振出廠后的穩定性
方法
高溫
电性能测试
100% 测试高低温检测（温度特性曲线）影响温度特性的因素
研磨 …
AT切厚度切石英晶体随切角变化的频率温度特性曲线
工作原理
压电效应：
100多年前（1880年）法国人居里兄弟研究石英时发现的。如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差。
逆压电效应：
如果对压电材料施加电压，则产生机械应力（机械振动）。
压电材料：
石英晶体陶瓷
晶体谐振器的简易模型
结构：是一种各向异性的结晶体，从一块晶体按一定的方位角切下的薄片成为薄片，然后在晶片的对应表面上涂银层，并安装一对金属块作为极板，构成石英晶体谐振器。
常见的晶体谐振器
晶体谐振器的主要参数
标频 frequency 公差 tolerance 负载电容 CL 等效电阻 RI 工作温度范围 ……
晶体谐振器生产工艺流程
晶体
主要性能：
石英晶体是由水热法生长的一种功能材料，有优良的压电性能和光学性能，物理、化学性能稳定，具有左右旋结构特征，在0.15～4μm的范围内，有较好的透过率。
性能指标：
品质因素：> 2.4×106 包裹体：I 级, Ia级腐蚀隧道密度：< 200/cm2 密度：2.65g/cm3 熔点：1713℃ 莫氏硬度: 7 杨氏模量: 97.2GPa(//Z), 76.5Gpa(⊥Z)
晶体切割
多刀切割机
晶片成型
粘砣磨砣切砣化砣

石英晶体谐振器介绍

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石英晶体谐振器的重要参数
•了解影响DLD的因素 1. 晶片本身设计(包裹体、边比等； 2. 制造加工过程中造成：在造成DLD不良中，占最大比例的是污染 “污染”：并不是说只有灰尘、油污等才是污染；银屑、溅到晶片上的导电胶等等都是污染。污染物会造成晶体的电阻（阻抗加大了）增加并且不稳定。相应的，在测试时不同激励功率状态下的频率和电阻值就会变化较大。
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石英晶体谐振器的主要成分
产品名称产品重量 (g) 含有部件名称外壳主要材质铜、镍合金部件使用用途封装材料供应商铜陵晶赛
基座
HC-49S 石英晶体谐振器 0.511g/个晶片
铜合金
二氧化硅
承载晶片
谐振主体
上海晶丰申
铜陵三科
导电胶
银丝上盖基座 SMD 石英晶体谐振器 0.07g/个晶片导电胶银丝
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石英晶体谐振器的常规参数
• 老化率：晶体谐振频率和谐振电阻都随时间的延续而变化，这就是所说的老化，人们最关注的是谐振频率随时间的变化。一般来说，老化后产品的频率都是降低的，随时间增加变化量逐渐降低。有时在晶体使用初期，老化主要受元件内部应力释放影响，频率向升高方向变化
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石英晶体谐振器的重要参数
银粉树脂
银镍、铜陶瓷、碳钢镍合金二氧化硅银胶树脂银
连接晶片与基座并导电
晶片表面形成电极封装承载晶片谐振主体连接晶片与基座并导电晶片表面形成电极
三键化工
光洋南平三金潮州三环铜陵三科三键化工光洋 6
石英晶体谐振器的作用
• 压电效应； • 作用是提供稳定的时钟信号； • 通常，智能化越高的设备中，使用晶振的数量越多； • 目前，本公司晶振主要应用范围为：手机、蓝牙、MP3 、摄像头、高频头、数字水（电）表、电脑及相关配件等等。。

晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计共5页文档

晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计http://cecbn 2019年12月10日10:13:57 电子元器件应用作者：贾铁钢大连职业技术学院引言表面贴装(SMD)晶体谐振器和振荡器的应用非常广泛，其中手机、数码相机、PDA每部需1只，笔记本电脑需4～6只。

这些产品的年增长率均在10％～50％。

而且，表面贴装(SMD)晶体谐振器、振荡器的需求呈连年上升趋势。

晶体谐振器表面贴装(SMD)陶瓷基座(Ceramic Base)(以下简称陶瓷基座)是适应表面贴装技术的片式化谐振器封装用基座，目前我国的陶瓷基座基本由日本、韩国进口，因此陶瓷基座的国产化设计与开发迫在眉睫。

1 陶瓷基座的基本结构与材料片式化晶体谐振器表面贴装陶瓷基座的基本结构如图1所示。

该陶瓷基座所用的主要原材料如下：(1)陶瓷粉末陶瓷粉末的主要成分为氧化铝(Al2O3)，主要使用日本京瓷A440，90％含量，密度：3.6g／cm3，电阻系数(20℃)1014Ωm、抗压强度：300 Mpa、电介强度：10 kV／mm。

制作陶瓷基座的原材料分为高温陶瓷粉末和低温陶瓷粉末。

高温陶瓷一般为氧化铝(Al2O3)，烧结温度在1600℃～1850℃左右。

低温陶瓷一般为玻璃-陶瓷系列，主要有45％PbO-硼硅玻璃+55％Al2O3、60％CaO-Al2O3-硼硅玻璃+40％Al2O3等，烧结温度在800℃～900℃左右。

高温陶瓷烧结的收缩稳定性比低温陶瓷好，结构强度高，致密性好。

缺点是材料介电常数较大会导致信号延迟时间过长。

电路材料以钨(W)、钼(Mo)为主。

导体材料的电阻率高、损耗较大。

低温陶瓷为第 1 页一般常用的陶瓷材料，介电常数小，电路材料是Cu、Ag等电阻率较小的优良导体，缺点是陶瓷材料配制技术复杂。

(2) 粘合剂粘合剂的作用是将陶瓷粉末融合在一起形成板片状，并可在上面打孔和印导电金属浆料。

粘合剂经烧结后会挥发掉。

常用的粘合剂包括聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、邻苯二甲酸二丁脂、正丁醇和三氯乙烯。

晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计

维普资讯
第９卷
第１期０
Ｖｏ．．０１Ｎｏ１９
Ｏｃ．２７ｔｏ０
２０年１月ｏ７０
晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计
贾铁钢
（大连职业技术学院，辽宁大连１６３）１０７
摘要：晶体谐振器表面贴装（ＭＤＳ）陶瓷基座是片式化谐振器封装的重要部件，随着表面
电介强度：１Ｖｍ０ｋ／ｍ。
制作陶瓷基座的原材料分为高温陶瓷粉末和低温陶瓷粉末。高温陶瓷一般为氧化铝（１Ａ）０，烧结温度在１０９１５９左右。低温陶瓷一般６０２８０２为玻璃一陶瓷系列，主要有４％Ｐ０硼硅玻璃＋５ｂ一５％Ａ２３０ａ — １３硼硅玻璃４０Ａ２３５１、６％ＣＯＡ２一００４％１０等，烧结温度在８０Ｃ９０２右。０￣０９左高温陶瓷烧结的收缩稳定性比低温陶瓷好，
苯二甲酸二丁脂用作增塑剂
ｆ）金属导体浆料３金属导体浆料可用作陶瓷基座的内部导线和外部引线。金属导体浆料的主要成份为钨粉，并
１晶片；２一水－密封框；３－陶瓷基座 ‘ 图１陶瓷基座的基本结构
用甲苯、二甲苯稀释。而层与层间的连接孔以及
线路印刷所用的钨浆的粘度均有所不同。
ｆ１密封板和密封框４
．

晶振的制造工艺流程和失效模式分析

石英晶体谐振器的制造工艺流程
初镀基膜：用真空镀膜原理在洁净的石英晶片上蒸镀薄银层或用离子轰击金靶溅射到晶片表面形成薄金层，形成引出电极，并使其频率达到一定范围。
在蒸镀之前，须将石英晶片放入模具中，此模具将须蒸镀的区域暴露出来，遮住无须蒸镀的地方。
石英晶体谐振器的制造工艺流程
上架点胶：将镀上银（金）电极的晶片装在基座上，点上导电胶，并高温固化，通过弹片或PAD引出电信号。
无源晶振只是个石英晶体片使用时需匹配相应的电容电感电阻等外围电路才能工作精度比晶振要低但它不需要电源供电有起振电路即可起振一般有两个引脚价格较低晶振的定义和分类有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路精度高输出信号稳定不需要设计外围电路使用方便但需要电源供电有源晶振一般是四管脚封状有电源地线振荡输出和一个空置端
石英晶体谐振器的组成和特性：由石英片，电极，基座，上盖、导电胶组成，其关键部分是石英片。石英片是弹性体，它有固有频率。石英片也是压电体，谐振时，振动幅度最大，阻抗最小；失谐时，阻抗迅速加大。
等效电路
结构图
石英晶体谐振器的制造工艺流程
石英晶片的切型：在制造工艺中，首先要对石英晶体原材料进行切割研磨处理，其中一道很重要的工序是定角。由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。切型的习惯表示方法：AT， BT，CT，DT，ET，FC， SC， LC等
晶振的应用
石英晶体谐振器激励电平选择：一般取1~100uW 为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点激励电平过大，会导致晶体本身永久损坏，引起等效电阻变大和Q值下降，电阻温度特性和频率问题特性变得不稳定，引发寄生振动。激励电平过小，会导致不易起振，影响工作的温定和可靠性。

(整理)晶振的原理及特性

我们常说的晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。

他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。

由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。

根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。

他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。

在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。

由于石英晶体的损耗非常小，即Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

无源晶体与有源晶振的区别、应用范围及用法：1、无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器，在datasheet上有建议的连接方法。

无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。

有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

晶体谐振的原理

晶体谐振的原理晶体谐振是指晶体材料在特定尺寸和形状下，能够发生机械振动并且具有特定的振荡频率。

晶体谐振在电子器件、天文仪器、机械仪器等领域中具有广泛的应用。

晶体谐振的原理可以通过弹性力学理论和电路理论来解释。

根据弹性力学理论，当一个固体材料受到外力作用时，会发生形变。

晶体材料由于其晶格结构的特殊性，可以在受力后发生周期性的振动，从而形成机械振动。

而根据电路理论，晶体可以看作是一个由电容和电感组成的振荡电路。

晶体的电容来自于晶体构成材料的极化现象，而晶体的电感主要来自于晶体中的电磁耦合效应。

当晶体施加电场或机械应力时，晶体会发生频率特定的振荡，这个振荡频率就是晶体的谐振频率。

晶体谐振的频率与晶体的尺寸和形状有关。

通常情况下，晶体的尺寸是用晶体的厚度、长度和宽度来表示的。

晶体的谐振频率会受到尺寸的影响，一般来说，晶体尺寸越小，谐振频率越高。

此外，晶体的形状也会对谐振频率产生影响。

常见的晶体形状有圆片状、长方形状、梯形状等，这些不同的形状对谐振频率有不同的影响。

晶体谐振的频率可以通过数学模型进行计算。

常见的数学模型有压电效应模型和声波模型。

压电效应模型是基于晶体的压电效应来计算谐振频率的，它考虑了晶体在应力或电场的作用下的形变和振动。

声波模型是基于晶体中的声波传播来计算谐振频率的，它考虑了晶体中的声速和声波的传播方式。

这些数学模型可以帮助工程师在设计中选择合适的晶体尺寸和形状，以实现所需的谐振频率。

晶体的谐振频率还受到温度影响。

由于晶体的热膨胀性质，晶体在温度变化下会产生形变，从而导致谐振频率的变化。

这就要求工程师在设计中考虑温度的影响，并采取相应的补偿措施，以保持晶体的谐振频率稳定。

总的来说，晶体谐振的原理是基于晶体的弹性力学和电路性质。

晶体在特定尺寸和形状下，受到应力或电场的作用后，会发生机械振动并且具有特定的振荡频率。

晶体谐振的频率可以通过数学模型进行计算，并且受到尺寸、形状和温度等因素的影响。

晶体谐振器的作用(一)

晶体谐振器的作用(一)晶体谐振器的作用什么是晶体谐振器？晶体谐振器是一种能够产生特定频率的电子设备。

它由晶体材料制成，具有非常稳定和准确的振荡特性。

晶体谐振器的原理晶体谐振器的振荡原理基于晶体材料的压电效应和振荡回路的相互作用。

当施加电场或机械压力在晶体上时，晶体会产生压电效应，将电能转化为机械能或者反过来。

而当晶体与谐振回路相连时，晶体的振荡特性会被谐振回路的特性所决定，从而产生稳定的谐振信号。

晶体谐振器的作用晶体谐振器在电子设备中有着广泛的应用，其主要作用包括：1. 时钟晶体谐振器可以用作电子设备的时钟源。

在计算机、手机、电视等设备中，晶体谐振器产生的稳定频率信号用于同步设备中的各种操作。

2. 频率控制晶体谐振器可以用于控制电子设备的工作频率。

在无线通信设备中，晶体谐振器可以产生稳定的射频信号，用于调制和解调信号，保证通信质量。

3. 过滤晶体谐振器可以用于滤波器的设计。

通过调整晶体谐振器的频率，可以选择性地通过或阻塞特定频率的信号。

这在无线通信和音频设备中非常重要。

4. 传感器晶体谐振器可以用作传感器，通过测量晶体的振荡频率变化来检测环境中的温度、压力、湿度等物理量的变化。

5. 稳定性改善晶体谐振器的高稳定性使其成为电子设备中的关键元件。

在各种仪器、仪表和控制系统中，晶体谐振器可以提供精确可靠的频率参考。

总结晶体谐振器作为一种能够产生稳定频率信号的电子设备，在现代科技中发挥着重要作用。

它广泛应用于时钟、频率控制、过滤、传感器以及稳定性改善等方面，为各种电子设备的正常工作和优化性能提供了可靠的支持。

为什么选择晶体谐振器？在选择晶体谐振器的时候，有以下几个主要因素需要考虑：1. 稳定性晶体谐振器具有非常高的频率稳定性，这意味着它的振荡频率几乎不受外界环境条件的影响。

这种稳定性对于需要精确计时和频率控制的应用非常重要。

2. 准确性晶体谐振器能够产生非常准确的频率信号，其频率误差通常在非常小的范围内。

晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计共5页文档

这些产品的年增长率均在10％～50％。

而且，表面贴装(SMD)晶体谐振器、振荡器的需求呈连年上升趋势。

1 陶瓷基座的基本结构与材料片式化晶体谐振器表面贴装陶瓷基座的基本结构如图1所示。

制作陶瓷基座的原材料分为高温陶瓷粉末和低温陶瓷粉末。

高温陶瓷一般为氧化铝(Al2O3)，烧结温度在1600℃～1850℃左右。

低温陶瓷一般为玻璃-陶瓷系列，主要有45％PbO-硼硅玻璃+55％Al2O3、60％CaO-Al2O3-硼硅玻璃+40％Al2O3等，烧结温度在800℃～900℃左右。

高温陶瓷烧结的收缩稳定性比低温陶瓷好，结构强度高，致密性好。

缺点是材料介电常数较大会导致信号延迟时间过长。

电路材料以钨(W)、钼(Mo)为主。

导体材料的电阻率高、损耗较大。

低温陶瓷为第 1 页一般常用的陶瓷材料，介电常数小，电路材料是Cu、Ag等电阻率较小的优良导体，缺点是陶瓷材料配制技术复杂。

(2) 粘合剂粘合剂的作用是将陶瓷粉末融合在一起形成板片状，并可在上面打孔和印导电金属浆料。

粘合剂经烧结后会挥发掉。

常用的粘合剂包括聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、邻苯二甲酸二丁脂、正丁醇和三氯乙烯。

晶体振荡器讲义课件

石英晶振产品还有一个标称频率ｆN。ｆN的值位于ｆs与ｆp之间, 这是指石英晶振两端并接某一规定负载电容ＣL时石英晶振的振荡频率。 CL的电抗频率曲线如图4.4.2中虚线所示。负载电容 CL 的值载于生产厂家的产品说明书中 , 通常为 30pF(高频晶体), 或100pF(低频晶体), 或标示为∞(指无需外接负载电容, 常用于串联型晶体振荡器)。
密勒振荡电路通常不采用晶体管, 原因是正向偏置时高频晶体管发射结电阻太小, 虽然晶振与发射结的耦合很弱, 但也会在一定程度上降低回路的标准性和频率的稳定性, 所以采用输入阻抗高的场效应管。
３．泛音晶振电路
从图4.4.1(c)中可以看到, 在石英晶振的完整等效电路中, 不仅包含了基频串联谐振支路, 还包括了其它奇次谐波的串联谐振支路, 这就是前面所说的石英晶振的多谐性。但泛音晶体所工作的奇次谐波频率越高, 可能获得的机械振荡和相应的电振荡越弱。
容。可见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为
３pF ～１０pF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的标称频率５MHz上。
图4．4．4是场效应管密勒振荡电路。石英晶体作为电感元件连接在栅极和源极之间, ＬＣ并联回路在振荡频率点等效为电感, 作为另一电感元件连接在漏极和源极之间, 极间电容Ｃgd作为构成电感三点式电路中的电容元件。由于Ｃgd又称为密勒电容, 故此电路有密勒振荡电路之称。
4.4.2晶体振荡器电路
将石英晶振作为高Ｑ值谐振回路元件接入正反馈电路中, 就组成了晶体振荡器。根据石英晶振在振荡器中的作用原理, 晶体振荡器可分成两类。一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中, 工作在感性区, 称为并联型晶体振荡器；另一类是将其作为一个短路元件串接于正反馈支路上, 工作在它的串联谐振频率上, 称为串联型晶体振荡器。

高精密SC切晶体谐振器的设计与实现

高精密SC切晶体谐振器的设计与实现聂祎河北远东通信系统工程有限公司摘要：随着世界现代通信业的迅猛发展，对高技术指标、高可靠元器件的要求日益迫切，尤其对尖端高档晶体振荡器提出了更高的要求，而作为高档晶体振荡器的核心--高档晶体谐振器是重中之重，其中SC切晶体谐振器比AT切的具有更多的优点。

本文探讨了高精密SC切晶体谐振器的设计与实现。

关键字：晶体谐振器 SC切压电晶体1、引言自1974年发现SC切型以来，由于它在开机特性、短稳、长期老化、抗辐射等方面具有其它切型晶体无法比拟的优势，几十年来获得了长足的发展，高精密SC切晶体谐振器技术含量高，对设计、制作工艺、制作经验等各方面都有很高的要求，本文以SC10M（3rd）为例着重介绍其设计思路及加工工艺的简况，并测试主要的性能指标。

2、设计思路2.1 切角及误差的确定晶体设计拐点为80±5℃，查询文献资料并根据实际产品性能，晶片切角选为（yxwl）21º56＇/34º05＇，晶片角度允许误差：21º56＇±3＇，34º05＇±0.5＇。

允许误差确定的依据是：①测角用X光机的精度。

②计算得出的SC切晶体对角度的要求。

③试验产品的实际拐点误差。

2.2 晶片外形的确定晶片直径选为φ8.65mm，倒缺口处8.4mm，这样可以沿用现有的AT切工装夹具。

为了有效的降低电阻，采用平凸抛光片，对于凸面采用的曲率，由于φ角的出现（AT切的φ角可视为零），使SC切晶体谐振器的频谱复杂化了。

SC切晶体的振动是厚度振动。

厚度振动有三种形式：厚度伸缩振动，即A模振动；厚度扭曲振动，即B模振动；厚度切变振动，即C模振动。

其中只有C模振动曲线是三次函数曲线，才拥有零温度系数点。

这是我们需要的振动模式。

A模离C 模较远，采用平凸晶片外形时这个振动模式激励不起来，不予考虑，而B模振动模式离C模较近，其位置由φ角的大小决定，如果φ角为21º56＇，则B模振动大约位于高于C模振动的9.6%，所以B模振动的存在给我们的设计带来很大麻烦。

谐振器制造流程

谐振器制造流程谐振器是一种被广泛应用于无线通信系统中的被动器件，通常由各种电子元器件和微电子加工技术制成。

本文将介绍谐振器的制造流程及其详细步骤。

谐振器的制造流程可以分为以下几个步骤：1. 设计和仿真在制造谐振器之前，需要进行设计和仿真。

例如，可以利用电磁仿真软件进行仿真，以确定谐振器的设计参数，例如频率范围、带宽、增益等。

仿真结果还可以用于优化设计，使谐振器具有更好的性能。

2. 制备基片制造谐振器的第一步是制备基片。

通常使用高纯度的半导体材料，例如硅、氮化硅等，作为基片。

基片必须经过化学反应、物理蒸发和切割等处理来获得所需的大小和平滑度。

3. 沉积金属接下来，在基片上沉积金属，例如铝、钼、铜等。

金属层的厚度可以根据谐振器的设计要求而变化。

金属层的作用是实现电极，将电信号从外部传输到谐振器内部。

4. 制造谐振器元件接下来，利用光刻和微电子加工技术，在金属层上制造谐振器元件。

光刻技术可以在微米级别上刻出各种形状，例如线、环等。

这些元件的大小和形状是根据谐振器的设计参数而定。

谐振器元件的作用是在特定频率下产生共振，将信号从输入端传输到输出端。

5. 封装和测试最后，将制造好的谐振器元件封装并进行测试。

封装可以保护谐振器免受物理损害。

测试包括频率响应、带宽、增益等性能参数的测量，以确保制造的谐振器符合设计要求。

综上所述，谐振器的制造流程复杂，需要多种技术和设备的配合使用。

但是，该流程可以通过现代科技的发展而进一步优化，以提高制造效率和性能。