Optiske wafere: Veiledning for valg av glass, kvarts og safir for kjøpere

En optisk wafer er en tynn, parallellsidig plate av glass, smeltet kvarts eller safir som har blitt overlappet og polert til begge flatene oppfyller toleranser for tykkelse på mikronnivå, flathet og overflatekvalitet. Den sitter på forsiden av bygget for bildesensorer, filterstabler, bølgeledere og optiske arrays på wafer-nivå, der noen få mikron total tykkelsesvariasjon kan skifte fokus, forvrenge en bølgefront eller presse et belegg som går ut av spesifikasjonen.

De fleste prosjekter når denne kategorien med tre spørsmål vedlagt: hvilket materiale, hvilke toleranser og hvilken leverandør som kan holde disse toleransene over en produksjonsserie i stedet for på en polert prøve. Seksjonene nedenfor følger den rekkefølgen.

Hva teller som en optisk wafer

Når det gjelder kjøp, er en optisk wafer et bart eller belagt optisk substrat som leveres i et rundt, firkantet eller tilpasset konturformat, med dimensjons- og overflatekrav skrevet på tegningen i stedet for antydet av et materialnavn.

Det skillet endrer sitater. Et optisk vindu er normalt tykkere, ofte montert i en ramme, og selges som en ferdig del. En wafer er tynnere, håndteres i kassetter eller gelpakker, og beveger seg ofte gjennom nedstrøms trinn som belegg, liming, terninger eller litografi. Leverandører som bearbeider vinduer godt holder ikke automatisk wafertoleranser, fordi tynne deler bøyer seg under poleringstrykk og mister raskt flatheten.

• Runde oblater. 25 mm, 50 mm, 100 mm, 150 mm og 200 mm i diameter, som matcher bærerformatene som brukes i sensor- og fotoniske prosesslinjer.
• Firkantede og rektangulære paneler. Opptil omtrent 300 mm på en side, vanlig i display, belysning og optisk støping på wafer-nivå.
• Egendefinerte konturer. Spor, hull, avtrappede kanter og ikke-sirkulære konturer som gir mekanisk registrering eller væskebaner inne i en sammenstilling.

Optiske wafere av glass, kvarts og safir sammenlignet

Velg materialet etter bølgelengdebånd først, deretter etter det termiske og mekaniske miljøet, deretter etter kostnad.

Sapphire tjener sin pris i infrarøde og slitende miljøer, ikke i det synlige båndet. Hvis et system fungerer mellom 400 nm og 1000 nm, aldri ser en termisk syklus over 150 C og ikke utsettes for aggressiv renromskjemi, gjør glass eller kvarts vanligvis den samme optiske jobben for langt mindre. Sapphire blir det billigere alternativet i det øyeblikket et ripet eller etset vindu stopper en produksjonslinje.

Tilpassede safirskiver for tøffe optiske og substratbruk Der eksponering for infrarød, slipende eller høy temperatur gjør glass eller kvarts utilstrekkelig, gir disse tilpassede safirskivene hardhet, kjemisk motstand og elektrisk isolasjon. Se produkt →

Spesifikasjoner som skal låses før bestilling

Fem tall bestemmer om en wafer vil oppføre seg i systemet ditt: tykkelse, tykkelsestoleranse, total tykkelsesvariasjon, flathet og overflateruhet, med ripegraving tett bak.

1. Tykkelse og toleranse. Kommersielt arbeid går på /- 0,05 mm, presisjon på /- 0,025 mm, og små deler kan holdes til /- 0,01 mm.
2. Total tykkelsesvariasjon. Spalten mellom tykkeste og tynneste punkt. Den driver bølgefrontfeil, beleggens ensartethet og fokusforskyvning over en matrise på wafer-nivå.
3. Flathet. Rapportert i bølger ved 633 nm, der en kvartbølge tilsvarer omtrent 158 ​​nm avvik. Oppgi alltid måleåpningen, fordi en verdi tatt over 80 prosent av diameteren er et svakere krav enn et tall med full blenderåpning.
4. Overflateruhet. Ra setter sprednings- og laserskadeterskel. Standard polering lander nær 0,5 nm; superpolerte overflater når 0,2 nm og lavere med lengre sykluser.
5. Skrape-grave. Forklaringer som 60/40, 40/20 eller 10/5 definerer tillatte riper og groper. Å stramme fra 40/20 til 10/5 koster ofte mer enn toleranse for strammetykkelse.
6. Parallellitet, kant og belegg. Kile er viktig for etaloner og bjelkesplittere, kantflis er viktig for kassetthåndtering, og beleggvedheft er viktig for alt som rengjøres gjentatte ganger.

Hvordan optiske wafere blir produsert

Hver wafer beveger seg gjennom materialforberedelse, forming, lapping, polering, rengjøring og metrologi, og hvert trinn kan bare fjerne det forrige trinnet etterlot seg i en forutsigbar hastighet.

1. Materialforberedelse. Glassplater, kvartsblokker eller safirkrystaller kuttes eller kjernes til grove emner. Glødetilstand og indre spenning bekreftes før maskinering, fordi spenning som frigjøres senere viser seg som bue.
2. Forming. Kjerneboring, CNC-konturering eller laserskjæring produserer konturene og etterlater lageret for lapping. Hull og spor kuttes på dette stadiet.
3. Lapping og finsliping. Fjerner sagskader og etablerer parallellitet. Papirfjerning per side avhenger av delstørrelsen og kan overstige 100 mikron.
4. Polering. Pitch- eller padpolering, enkelt- eller dobbeltsidig, setter flathet og ruhet. En batch kan kjøre i timevis, og armaturets design betyr ofte mer enn slurryen.
5. Rengjøring. Ultralyd- og vaskemiddeltrinn, avionisert skylling og kontrollert tørking forhindrer vannmerking og rester som senere blir en beleggsfeil.
6. Metrologi. Interferometri for flathet, hvitt lys eller pekepenninstrumenter for ruhet, spektrofotometri for transmisjon og mikroskopi for ripegraving og kantbrikker.
7. Emballasje. Renromsekk, oblatholdere og kantbeskyttelse avgjør om en god wafer kommer i brukbar stand.

Tilpassede høypresisjonskvartsskiver for optiske og halvlederapplikasjoner Disse kvartsskivene kombinerer lav termisk ekspansjon og høy transmisjon for PLS, MEMS, fotonikk og halvlederarbeid der lapping, polering og flathet kontrollerer noe. Se produkt →

Hvor optiske wafere brukes

Optiske wafere vises uansett hvor en enhet trenger et flatt, stabilt, gjennomsiktig basislag: bildesensorer, LiDAR-baner, halvlederprosessverktøy, infrarøde vinduer og display- eller lyssystemer.

Glasswafere har det bredeste spekteret av volumapplikasjoner, fra kameramoduler og berøringssensor til lysdiffusorer og mikrofluidbærere, fordi materialet er billig og poleringsprosessen er godt etablert.

Tilpassede glassplater for optikk, MEMS og halvlederemballasje For kameramoduler, sensorer og mønstrede optiske arrays tilbyr disse tilpassede glassplatene gjennomsiktighet, lav fluorescens og stabile underlag i 4- til 12-tommers størrelser. Se produkt →

Overveielser om innkjøp, kvalitet og levering

Kvalifiser prosessen i stedet for brosjyren: be om kapasitetsdata om det nøyaktige materialet, formatet og toleransekombinasjonen du kjøper, og betrakt sertifikater som en grunnlinje i stedet for som bevis.

På dokumentasjon er ISO 9001 og ISO 14001 de vanlige grunnlinjene, og IATF 16949 blir relevant når waferen mater et bilprogram. Medisinske og halvlederkjøpere legger vanligvis til RoHS- og REACH-erklæringer pluss en renhetserklæring. Ledetiden følger også toleransen: standard runde wafere i glass og kvarts sendes vanligvis i løpet av to til tre uker, mens tilpassede konturer med spor eller hull og godkjenning av første artikkel vanligvis varer i fem til åtte uker.

Hvis tegningen fortsatt er åpen, send materialet, formatet og måltoleransene til ingeniørteamet og be om en evneerklæring mot hver linje før bestillingen legges inn.

Ofte stilte spørsmål

Hva er forskjellen mellom en optisk wafer og et optisk vindu?

En wafer er tynn, vanligvis under 3 mm, håndteres i kassetter og brukes som basislag for videre enhetsbehandling. Et vindu er tykkere, normalt montert i en ramme eller hus, og selges som en ferdig transmissiv eller beskyttende del. Begge kan bruke samme materialer og lignende overflatebehandlinger.

Hvilke størrelser og tykkelser er realistiske?

Runde skiver har en diameter fra 25 mm til 200 mm, og firkantede paneler når omtrent 300 mm på en side. Tykkelsen avhenger av materiale: glass og safir sitter vanligvis mellom 0,3 mm og 3 mm, mens kvarts kan bli tykkere for strukturell bruk. Under 0,3 mm blir bue, kantavhugging og håndtering de begrensende faktorene i stedet for polering.

Hvordan velger jeg mellom glass, kvarts og safir?

Start med bølgelengdebåndet, legg deretter til det termiske og mekaniske miljøet, og bruk deretter kostnadene. Glass dekker det synlige området økonomisk, smeltet kvarts strekker seg inn i ultrafiolett og holder formen gjennom termisk sykling, og safir dekker de infrarøde pluss slipende eller kjemisk aggressive innstillingene.

Hvilken flathet kan en leverandør ha i volumproduksjon?

På 50 mm til 100 mm deler i glass eller kvarts er en kvartbølge ved 633 nm et rutinemål for en erfaren polermaskin, og en tiendedels bølge er oppnåelig på utvalgte deler på bekostning av lengre sykluser og lavere utbytte. Be om fordelingen over en batch i stedet for det beste enkeltresultatet.