Cómo se fabrica el vidrio ultrafino: de las materias primas a las hojas submicrométricas

El vidrio más fino que un cabello humano es ahora tan flexible que puede curvarse con un radio de 5 mm sin romperse. El vidrio destinado a dispositivos que posteriormente se enrollarán, plegarán, llevarán puestos o instalarán en una cabina procede de un material que inicia su vida en un planeta compuesto principalmente de arena común y que después atraviesa una sucesión de etapas de calentamiento y estirado en hornos, baños de estaño fundido y torres de alta velocidad con rodillos calibrados con precisión. Esta guía desentraña tres procesos fundamentales de fabricación de vidrio ultrafino, explica la química que permite alcanzar espesores sin precedentes y describe las etapas posteriores al conformado, desde una fugaz cinta hasta un componente duradero.

¿Qué es el vidrio ultrafino?

El vidrio ultrafino se define como un sustrato con un espesor igual o inferior a 100 μm, aproximadamente el diámetro de un cabello humano. En los sectores de las pantallas y la electrónica, el umbral suele establecerse en 100 μm; un vidrio de 200 μm puede considerarse fino, pero el punto de no retorno son los 100 μm, tanto por sus dimensiones físicas como por su denominación. Al ser ultrafino, las superficies del vidrio presentan tal flexibilidad que este puede curvarse, enrollarse y adaptarse a una superficie curva sin fracturarse. ¿De qué está hecho exactamente el vidrio ultrafino? Aunque emplea el mismo material base que el vidrio corriente para ventanas (sílice o SiO₂), el factor diferenciador fundamental del vidrio ultrafino es el método de fabricación. Las hojas de vidrio suelen fabricarse con un espesor de 2-6 mm para que sigan siendo utilizables. Los fabricantes de vidrio ultrafino reducen drásticamente esa cifra, hasta tan solo 30 μm en el vidrio comercial. Con anchuras de rollo de hasta 1,3 m y longitudes de hasta 300 m, Willow Glass de Corning es uno de los productos de vidrio ultrafino que realmente alcanza dimensiones constructivas. Las hojas de vidrio de borosilicato D 263 T eco de Schott se distribuyen con un espesor de 30 μm. En la práctica, el vidrio ultrafino no siempre es sinónimo de películas de vidrio flexible. Cuando el espesor es el aspecto decisivo, el vidrio ultrafino de 50 μm o menos es extraordinariamente flexible, hasta el punto de poder envolverse alrededor del espesor de un lápiz.

Materias primas y proceso de fusión

El arte de fabricar vidrio comienza con la preparación de la mezcla: medir las materias primas, mezclarlas e introducirlas en el horno. Desde el punto de vista químico, la producción de vidrio ultrafino comprende dos tipos de vidrio con propiedades muy diferentes. La composición del vidrio sodocálcico contiene alrededor de un 75 % de sílice (SiO₂), un 15 % de sosa (Na₂O) y un 9 % de cal (CaO), además de pequeñas cantidades de alúmina y magnesio. Cuando se utiliza como hoja plana para ventanas arquitectónicas o como sustrato ultrafino para pantallas, este material se funde aproximadamente a 1.500 °C. Según la ciencia del vidrio, la ceniza de sosa añadida a la sílice fundida actúa como fundente para reducir el punto de fusión desde bastante más de 1.700 °C. El vidrio de borosilicato sustituye parte de la sosa por óxido de boro (B₂O₃). En comparación con el vidrio sodocálcico (75/13/4/8), este material contiene aproximadamente un 80 % de SiO₂, un 13 % de B₂O₃ y un 4 % de óxidos alcalinos. La temperatura de fusión aumenta hasta 1.650 °C, pero, a cambio, el borosilicato presenta un coeficiente de dilatación del vidrio de aproximadamente 3,3 × 10⁻⁶/K (tres órdenes de magnitud mejor que el vidrio convencional). Esta estabilidad resulta esencial cuando las hojas donantes de vidrio ultrafino se preparan en lotes maestros para la deposición de películas metálicas funcionales en caliente. En el interior del horno, las materias primas se funden hasta formar un líquido uniforme. Los hornos industriales funcionan con gas natural o refuerzo eléctrico y pueden alcanzar 1.675 °C en los puntos más calientes. Los gases disueltos se expulsan durante una etapa de afinado antes de que el vidrio fundido fluya hacia la sección de conformado.

Tres métodos de fabricación de vidrio ultrafino

Se han identificado cuatro métodos para fabricar sustratos de vidrio ultrafino. Los tres dirigen el flujo del vidrio fundido mientras se enfría y pasa de ser un líquido viscoso a una cinta sólida, y cada uno presenta un límite mínimo de espesor diferente.

Proceso de flotado (método Pilkington)

El proceso de flotado, desarrollado por Alastair Pilkington en 1959, es actualmente el principal método mundial para producir vidrio plano. Bajo una atmósfera inerte de hidrógeno y nitrógeno, el vidrio fundido se vierte sobre un baño de estaño fundido mantenido a una temperatura aproximada de 600 °C. Mientras el vidrio flota sobre la superficie del estaño, la tensión superficial hace que se extienda hasta formar una cinta, cuyo espesor y anchura se controlan mediante rodillos situados sobre ella. Al salir del baño, la cinta caliente entra en un horno continuo de recocido, donde se enfría lentamente. En 2025, la producción de vidrio ultrafino mediante el proceso de flotado representó el 50,68 %, según la información de mercado obtenida de los datos de mercado de Mordor Intelligence. De hecho, se considera que el límite práctico de espesor de una línea de flotado completa es de aproximadamente 0,3 mm (300 μm). No obstante, la interacción con el baño de estaño genera una topografía de aproximadamente 2 nm en la superficie inferior, adecuada para aplicaciones arquitectónicas, pero inapropiada para sustratos de pantallas.

Estirado descendente por fusión por rebose (método Corning)

Corning también desarrolló este proceso en la década de 1960. El proceso de fusión por rebose consistía en verter una corriente de vidrio fundido en un depósito de conformado con forma de artesa. El vidrio rebosaba por ambos lados de la artesa, descendía por las paredes exteriores y las dos corrientes se fusionaban en la parte inferior para formar una cinta continua. La cinta era estirada hacia abajo por efecto de la gravedad. Como las superficies exteriores no entraban en contacto con ningún molde sólido ni herramienta, ambas quedaban pulidas al fuego y presentaban una rugosidad de unas décimas de nanómetro. El estirado descendente permite obtener hojas de vidrio de 30 μm en la producción comercial, mientras que el borosilicato de Schott fabricado por estirado descendente alcanza 20 μm con una rugosidad inferior a un nanómetro, unas prestaciones que el flotado sobre baño de estaño no puede ofrecer. Para un dispositivo sin defectos; es decir, intercaladores de vidrio OLED o pantallas plegables; la fusión y el estirado descendente son los únicos procesos.

Proceso de reestirado (estirado ascendente)

Reestirado. Parte de una hoja o un tubo de vidrio preformado. La preforma se calienta en un horno por encima de su punto de reblandecimiento y se estira hacia arriba o hacia abajo hasta obtener una hoja mucho más fina. La velocidad de estirado, la temperatura del horno y la velocidad de alimentación determinan el espesor final. El reestirado permite producir la hoja de vidrio más fina obtenida hasta la fecha. En un reestirado de laboratorio, se fabricó satisfactoriamente una hoja independiente de vidrio ultrafino de ≤ 3 μm, la más fina del mundo, mediante estiramiento térmico asistido por carga y con control del peso, según Sensors and Actuators A (Yuan et al., 2021). En la industria, el reestirado suele centrarse en el intervalo de 5 μm – 100 μm para sustratos de gama alta, como los intercaladores para obleas de semiconductores.

Cómo alcanzar espesores extremos: de 100 μm a 3 μm

La obtención de hojas ultrafinas se rige por las mismas reglas que la de hojas más gruesas: las cuatro variables del proceso —viscosidad del vidrio, velocidad de estirado, gradiente de temperatura y tensión mecánica— deben equilibrarse meticulosamente. La viscosidad del vidrio depende de la temperatura. Cuando el vidrio fundido se calienta lo suficiente, su viscosidad se reduce de forma inusual; comienza a fluir fácilmente y el espesor de cada hoja pasa a ser independiente del que tenía en la etapa anterior. Para hacerlo con precisión, los fabricantes mantienen cada lote de vidrio apenas por encima del punto en el que la viscosidad desciende hasta un nivel aceptable para la operación de estirado, sin calentarlo tanto como para que la hoja quede ultragruesa, con hoyuelos o irregular en toda su anchura. En las composiciones sodocálcicas, el punto de reblandecimiento se sitúa cerca de 600 °C. En el borosilicato, se encuentra cerca de 820 °C. Para obtener hojas ultrafinas uniformes, todos los niveles de temperatura de la zona de conformado deben mantenerse dentro de ±2 °C con el fin de conservar un espesor uniforme en toda la anchura del vidrio. El rendimiento útil del vidrio ha avanzado drásticamente con el paso de los años. En 2023, un rendimiento del 60 % se consideraba excepcional; en 2025, esa cifra había aumentado hasta el 85 % gracias a avances como el grabado selectivo —de Corning y Samsung Display—, que permite sustituir el relativamente derrochador grabado químico por un adelgazamiento puramente mecánico. Los costes de los residuos disminuyen, lo que hace accesibles las líneas de producción para volúmenes propios del mercado de consumo. Según los registros, la hoja plana de vidrio más fina jamás fabricada medía menos de 10 μm. De acuerdo con una patente del sector, Yuan et al. (2021) demostraron que el estiramiento térmico presurizado podía transformar una preforma de tan solo 150 μm en una hoja independiente de 3 μm, tan fina que resulta casi imposible pesar el volumen de vidrio con medios de medición.

Operaciones posteriores al conformado: corte, recocido y tratamiento superficial

Una vez que la cinta de vidrio conformada sale de la zona de conformado, se llevan a cabo varias etapas para prepararla para su uso final. Cada etapa responde a una propiedad física o química diferente de la hoja ultrafina. Corte. El vidrio flotado convencional suele marcarse con ruedas de carburo; el vidrio se rompe de manera uniforme a lo largo de la línea marcada. El vidrio ultrafino con un espesor inferior a 0,1 mm no soporta el marcado mecánico sin desportillarse. Para evitarlo, los fabricantes emplean la técnica de precisión del marcado con láser de CO₂, que crea una estrecha línea de calor a lo largo de la línea de rotura deseada y después propaga una fractura. Cada pieza cortada a medida presenta un canto limpio y seguro, sin daños por microfisuras. También existen ruedas de marcado dentadas conformes con las normas del sector que, con los parámetros de proceso adecuados, pueden utilizarse en hojas próximas a 0,3 mm. Recocido. Cuando finaliza el proceso de conformado, la hoja aún presenta tensión física, lo que reduce su resistencia mecánica y provoca grietas, a veces de forma catastrófica. Después del conformado, la hoja se enfría lentamente en un túnel de recocido con temperatura cuidadosamente controlada para liberar esas tensiones mecánicas. Si el enfriamiento es demasiado rápido, la tensión residual puede hacer que la superficie de la hoja estalle en cualquier momento durante su posterior manipulación y transformación del vidrio. En los sustratos ultrafinos, la estabilización frente a vibraciones es absolutamente esencial: si una vibración puede desviar un haz láser, también puede romper esa hoja de 50 μm. Tratamiento superficial. El pulido posterior al conformado con óxido de cerio (CeO₂) proporciona una superficie de calidad óptica, con valores de arañazo/cavidad de 10/5 y una rugosidad superficial (Ra) inferior a 5 Angstroms. Puede aplicarse un recubrimiento antirreflectante mediante deposición al vacío. Para aplicaciones de vidrio de cubierta, el endurecimiento químico mediante intercambio iónico sustituye los iones de sodio (Na⁺), más pequeños, por iones de potasio (K⁺), más grandes, en la superficie del vidrio, lo que crea una capa de tensión mecánica de compresión que hace que el vidrio sea aproximadamente cinco veces más resistente que un material sin tratar del mismo espesor.

Aplicaciones del vidrio ultrafino

La combinación de claridad óptica, hermeticidad, estabilidad térmica y flexibilidad es algo que ninguna película polimérica puede ofrecer por completo. Aunque el desarrollo del vidrio ultrafino es una innovación relativamente reciente, ha pasado con una rapidez extraordinaria del experimento inicial de laboratorio a una amplia implantación comercial. Esto se debe en gran medida al crecimiento del sector de las pantallas. Pantallas OLED y plegables. Los dispositivos plegables están en auge y la serie Galaxy Z Fold de Samsung utiliza vidrio ultrafino (UTG) para la cubierta interior. Este sustituye las películas plásticas utilizadas en dispositivos plegables anteriores. Valorado en USD 16,37 mil millones en 2025, el mercado de las pantallas OLED flexibles crece a una TCAC del 22,8 %, y se prevé que el volumen de envíos impulse el mercado de las pantallas flexibles desde USD 20,52 mil millones en 2025 hasta USD 75,14 mil millones en 2030. Electrónica flexible. Los sustratos de vidrio ultrafino se utilizan como soporte para transistores de película fina, sensores ponibles y circuitos impresos flexibles. A diferencia de los sustratos poliméricos, el vidrio proporciona un cierre hermético que impide la entrada de oxígeno y humedad, algo fundamental para la vida útil de las pantallas OLED. Automoción. Los sistemas de visualización frontal (HUD) proyectan información sobre la superficie interior del parabrisas del vehículo mediante un combinador óptico de vidrio fino. Esta tecnología también ayuda a reducir el peso de componentes como el techo panorámico y los paneles de las pantallas interiores. Las variantes resistentes al deslumbramiento (antirreflectantes) del vidrio ultrafino influyen directamente en la visualización de información. Aplicaciones médicas y científicas. Los sustratos de placas de vidrio se utilizan ampliamente en investigaciones científicas como portaobjetos para microscopía, chips microfluídicos y matrices de sensores físicos y químicos debido a su transparencia óptica y su naturaleza inerte. En todos los segmentos, se preveía que el mercado del vidrio ultrafino alcanzara un valor de USD 14,18 mil millones en 2025 y llegara a USD 26,87 mil millones en 2031. Más del 68 % se destinaba a la tecnología de pantallas.

Cómo elegir vidrio ultrafino para su proyecto

Las propiedades físicas y químicas de las opciones de vidrio disponibles influyen más que los costes en la selección del vidrio ultrafino. Para realizar una comparación exhaustiva, deben evaluarse los requisitos específicos de la aplicación relativos a la combinación de los cinco criterios siguientes.

• ✔ Requisito de espesor: Defina el espesor objetivo y su tolerancia. Las cubiertas para pantallas suelen requerir 30–100 μm. Los sustratos para semiconductores pueden necesitar ≤ 25 μm.
• ✔ Compatibilidad de la dilatación térmica: El coeficiente de dilatación térmica (CTE) del vidrio debe coincidir con el de las capas unidas. El vidrio de borosilicato (3,3 ppm/K) es compatible con las obleas de silicio. El vidrio sodocálcico (~9 ppm/K) es compatible con los metales y las capas adhesivas.
• ✔ Necesidades de calidad superficial: Las aplicaciones ópticas exigen Ra < 1 nm y una baja variación total del espesor. Las aplicaciones estructurales o protectoras admiten superficies más rugosas.
• ✔ Resistencia química: El vidrio de borosilicato resiste mejor los ácidos y los álcalis que el vidrio sodocálcico. Elija en consecuencia si el vidrio entra en contacto con sustancias químicas agresivas o se somete a limpiezas repetidas.
• ✔ Transformación posterior: ¿Se someterá el vidrio a deposición de película fina, intercambio iónico o laminación a alta temperatura? Defina cada etapa de producción antes de especificar el sustrato.

Entre las ventajas adicionales de estudiar el proyecto directamente con un fabricante se encuentra la posibilidad de fabricar vidrio ultrafino a medida con composiciones o dimensiones específicas para garantizar que su proceso de producción disponga exactamente de las propiedades correctas.

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