Optiske wafers: Udvælgelsesvejledning for glas, kvarts og safir til købere

En optisk wafer er en tynd, parallelsidet plade af glas, smeltet kvarts eller safir, der er blevet overlappet og poleret, indtil begge flader opfylder tolerancer for tykkelse, fladhed og overfladekvalitet på mikronniveau. Den sidder forrest i bygningen til billedsensorer, filterstabler, bølgeledere og optiske arrays på wafer-niveau, hvor et par mikrometer af total tykkelsesvariation kan flytte fokus, forvrænge en bølgefront eller skubbe en belægning, der løber ud af specifikationen.

De fleste projekter når denne kategori med tre spørgsmål vedhæftet: hvilket materiale, hvilke tolerancer, og hvilken leverandør kan holde disse tolerancer på tværs af en produktionsserie i stedet for på én poleret prøve. Sektionerne nedenfor følger den rækkefølge.

Hvad der præcis tæller som en optisk wafer

Indkøbsmæssigt er en optisk wafer et blottet eller coatet optisk substrat, der leveres i et rundt, firkantet eller tilpasset konturformat, med dimensions- og overfladekrav skrevet på tegningen i stedet for antydet af et materialenavn.

Den skelnen ændrer citater. Et optisk vindue er normalt tykkere, ofte monteret i en ramme og sælges som en færdig del. En wafer er tyndere, håndteres i kassetter eller gelpakker og bevæger sig ofte gennem nedstrømstrin såsom coating, limning, terninger eller litografi. Leverandører, der bearbejder vinduer godt, holder ikke automatisk wafertolerancer, fordi tynde dele afbøjes under poleringstryk og mister hurtigt fladheden.

• Runde oblater. 25 mm, 50 mm, 100 mm, 150 mm og 200 mm diametre, der matcher de bæreformater, der bruges i sensor- og fotoniske proceslinjer.
• Firkantede og rektangulære paneler. Op til ca. 300 mm på en side, almindelig i display, belysning og optisk støbning på waferniveau.
• Brugerdefinerede konturer. Slidser, huller, trinformede kanter og ikke-cirkulære konturer, der giver mekanisk registrering eller væskebaner inde i en enhed.

Optiske wafers af glas, kvarts og safir sammenlignet

Vælg først materialet efter bølgelængdebånd, derefter efter det termiske og mekaniske miljø og derefter efter omkostninger.

Sapphire tjener sin pris i infrarøde og slibende miljøer, ikke i det synlige bånd. Hvis et system arbejder mellem 400 nm og 1000 nm, aldrig ser en termisk cyklus over 150 C og ikke udsættes for aggressiv renrumskemi, udfører glas eller kvarts normalt det samme optiske arbejde for langt mindre. Safir bliver den billigere mulighed i det øjeblik, et ridset eller ætset vindue stopper en produktionslinje.

Brugerdefinerede safirskiver til barske optiske og substratanvendelser Hvor infrarød, slibende eller høj temperatur eksponering gør glas eller kvarts utilstrækkeligt, giver disse tilpassede safirskiver hårdhed, kemisk resistens og elektrisk isolering. Se produkt →

Specifikationer, der skal låses før bestilling

Fem numre afgør, om en wafer vil opføre sig i dit system: tykkelse, tykkelsestolerance, total tykkelsesvariation, fladhed og overfladeruhed, med ridser tæt bagved.

1. Tykkelse og tolerance. Kommercielt arbejde kører med /- 0,05 mm, præcision ved /- 0,025 mm, og små dele kan holdes til /- 0,01 mm.
2. Samlet tykkelsesvariation. Mellemrummet mellem det tykkeste og det tyndeste punkt. Det driver bølgefrontfejl, belægningsensartethed og fokusskift på tværs af et array på wafer-niveau.
3. Fladhed. Rapporteret i bølger ved 633 nm, hvor en kvart bølge svarer til ca. 158 nm afvigelse. Angiv altid måleåbningen, fordi en værdi over 80 procent af diameteren er en svagere påstand end et tal med fuld blænde.
4. Overfladeruhed. Ra sætter sprednings- og laserskadetærskel. Standard polering lander nær 0,5 nm; superpolerede overflader når 0,2 nm og derunder med længere cyklusser.
5. Ridse-grave. Billedforklaringer såsom 60/40, 40/20 eller 10/5 definerer tilladte ridser og pits. Stramning fra 40/20 til 10/5 koster ofte mere end tilspændingstolerance.
6. Parallelisme, kant og belægning. Kile betyder noget for etaloner og stråledelere, kantspåner til kassettehåndtering og belægningsadhæsion har betydning for alt, der rengøres gentagne gange.

Hvordan optiske wafere fremstilles

Hver wafer bevæger sig gennem materialeforberedelse, formning, lapning, polering, rengøring og metrologi, og hvert trin kan kun fjerne, hvad det forrige trin efterlod i en forudsigelig hastighed.

1. Materiale forberedelse. Glasplader, kvartsblokke eller safirkrystaller skæres eller udkernes til ru emner. Udglødningstilstand og indre spænding bekræftes før bearbejdning, fordi spænding, der frigives senere, viser sig som bue.
2. Formgivning. Kerneboring, CNC-konturering eller laserskæring frembringer omridset og efterlader lager til lapning. Huller og slidser skæres på dette stadium.
3. Lapning og finslibning. Fjerner savskader og etablerer parallelitet. Slagfjernelse pr. side afhænger af delens størrelse og kan overstige 100 mikron.
4. Polering. Pitch- eller pudepolering, enkelt- eller dobbeltsidet, sætter fladhed og ruhed. En batch kan køre i timevis, og armaturets design betyder ofte mere end gyllen.
5. Rensning. Ultralyds- og detergentstadier, deioniseret skylning og kontrolleret tørring forhindrer vandmærkning og rester, der senere bliver en belægningsfejl.
6. Metrologi. Interferometri til fladhed, hvidt lys eller stylus-instrumenter til ruhed, spektrofotometri til transmission og mikroskopi til ridse-grave og kantspåner.
7. Emballage. Renrumsposer, waferholdere og kantbeskyttelse afgør, om en god wafer ankommer i brugbar stand.

Brugerdefinerede højpræcisions kvartswafere til optiske og halvlederapplikationer Disse kvartswafere kombinerer lav termisk ekspansion og høj transmission til PLC, MEMS, fotonik og halvlederarbejde, hvor lapning, polering og planhed kontrollerer noget. Se produkt →

Hvor der bruges optiske wafers

Optiske wafers vises overalt, hvor en enhed har brug for et fladt, stabilt, gennemsigtigt basislag: billedsensorer, LiDAR-baner, halvlederprocesværktøjer, infrarøde vinduer og display- eller belysningssystemer.

Glaswafers bærer det bredeste udvalg af volumenapplikationer, fra kameramoduler og berøringsføling til lysdiffusorer og mikrofluidbærere, fordi materialet er billigt, og poleringsprocessen er veletableret.

Brugerdefinerede glaswafers til optik, MEMS og halvlederemballage Til kameramoduler, sensorer og mønstrede optiske arrays tilbyder disse brugerdefinerede glaswafers gennemsigtighed, lav fluorescens og stabile substrater i 4- til 12-tommers størrelser. Se produkt →

Overvejelser om indkøb, kvalitet og levering

Kvalificer processen i stedet for brochuren: Bed om kapacitetsdata om det nøjagtige materiale, format og tolerancekombination, du køber, og behandl certifikater som en baseline snarere end som bevis.

På dokumentation er ISO 9001 og ISO 14001 den sædvanlige baseline, og IATF 16949 bliver relevant, når waferen fodrer et bilprogram. Medicinske købere og halvlederkøbere tilføjer normalt RoHS- og REACH-erklæringer plus en renhedserklæring. Leveringstiden følger også tolerancen: Standard runde wafers i glas og kvarts sendes normalt om to til tre uger, mens tilpassede konturer med slidser eller huller og godkendelse fra første artikel normalt varer fem til otte uger.

Hvis tegningen stadig er åben, send materialet, formatet og måltolerancerne til ingeniørteamet og bede om en kapacitetserklæring mod hver linje, før ordren afgives.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem en optisk wafer og et optisk vindue?

En wafer er tynd, sædvanligvis under 3 mm, håndteres i kassetter og bruges som basislag til yderligere anordningsbehandling. Et vindue er tykkere, normalt monteret i en ramme eller et hus og sælges som en færdig transmissiv eller beskyttende del. Begge kan bruge de samme materialer og lignende overfladefinisher.

Hvilke størrelser og tykkelser er realistiske?

Runde wafers har en diameter på 25 mm til 200 mm, og firkantede paneler når omkring 300 mm på en side. Tykkelsen afhænger af materiale: glas og safir sidder typisk mellem 0,3 mm og 3 mm, mens kvarts kan blive tykkere til strukturelt brug. Under 0,3 mm bliver bue, kantafslag og håndtering de begrænsende faktorer frem for polering.

Hvordan vælger jeg mellem glas, kvarts og safir?

Start med bølgelængdebåndet, tilføj derefter det termiske og mekaniske miljø, og anvend derefter omkostninger. Glas dækker det synlige område økonomisk, smeltet kvarts strækker sig ind i den ultraviolette og holder formen gennem termisk cykling, og safir dækker de infrarøde plus slibende eller kemisk aggressive omgivelser.

Hvilken fladhed kan en leverandør holde i volumenproduktion?

På 50 mm til 100 mm dele i glas eller kvarts er en kvartbølge ved 633 nm et rutinemål for en erfaren polermaskine, og en tiendedel bølge er opnåelig på udvalgte dele på bekostning af længere cyklusser og lavere udbytte. Bed om fordelingen på tværs af en batch i stedet for det bedste enkeltresultat.