Optiska wafers: Urvalsguide för glas, kvarts och safir för köpare

En optisk wafer är en tunn, parallellsidig platta av glas, smält kvarts eller safir som har lappats och polerats tills båda ytorna möter toleranser för tjocklek, planhet och ytkvalitet på mikronnivå. Den sitter längst fram i konstruktionen för bildsensorer, filterstaplar, vågledare och optiska arrayer på wafer-nivå, där några mikrometer av total tjockleksvariation kan skifta fokus, förvränga en vågfront eller pressa en beläggning som går ur specifikationen.

De flesta projekt når denna kategori med tre frågor bifogade: vilket material, vilka toleranser och vilken leverantör kan hålla dessa toleranser över en produktionsserie istället för på ett polerat prov. Avsnitten nedan följer den ordningen.

Vad som exakt räknas som en optisk wafer

I inköpstermer är en optisk wafer ett rent eller belagt optiskt substrat som tillhandahålls i ett runt, kvadratiskt eller anpassat konturformat, med dimensions- och ytkrav skrivna på ritningen snarare än antydda av ett materialnamn.

Den distinktionen förändrar citat. Ett optiskt fönster är normalt tjockare, monteras ofta i en ram och säljs som en färdig del. En wafer är tunnare, hanteras i kassetter eller gelförpackningar och rör sig ofta genom nedströmssteg som beläggning, limning, tärning eller litografi. Leverantörer som bearbetar fönster väl håller inte automatiskt wafertoleranser, eftersom tunna delar avböjs under poleringstryck och förlorar snabbt planheten.

• Runda oblat. 25 mm, 50 mm, 100 mm, 150 mm och 200 mm diametrar, som matchar bärarformaten som används i sensor- och fotoniska processlinjer.
• Fyrkantiga och rektangulära paneler. Upp till ungefär 300 mm på en sida, vanligt i display-, belysnings- och optisk formgjutning på wafer-nivå.
• Anpassade konturer. Slitsar, hål, trappstegskanter och icke-cirkulära konturer som ger mekanisk registrering eller vätskebanor inuti en enhet.

Jämförde optiska wafers av glas, kvarts och safir

Välj materialet efter våglängdsband först, sedan efter den termiska och mekaniska miljön, sedan efter kostnad.

Sapphire tjänar sitt pris i infraröda och abrasiva miljöer, inte i det synliga bandet. Om ett system fungerar mellan 400 nm och 1000 nm, aldrig ser en termisk cykel över 150 C och inte utsätts för aggressiv renrumskemi, gör glas eller kvarts vanligtvis samma optiska jobb för mycket mindre. Safir blir det billigare alternativet i det ögonblick ett repat eller etsat fönster stoppar en produktionslinje.

Anpassade safirskivor för tuffa optiska och substratanvändningar Där exponering för infraröd, slipande eller hög temperatur gör glas eller kvarts otillräckligt, ger dessa anpassade safirskivor hårdhet, kemisk beständighet och elektrisk isolering. Visa produkt →

Specifikationer att låsa före beställning

Fem siffror avgör om en wafer kommer att bete sig i ditt system: tjocklek, tjocklekstolerans, total tjockleksvariation, planhet och ytjämnhet, med skrap-grävning tätt bakom.

1. Tjocklek och tolerans. Kommersiellt arbete går på /- 0,05 mm, precision på /- 0,025 mm, och små delar kan hållas till /- 0,01 mm.
2. Total tjockleksvariation. Spalten mellan den tjockaste och tunnaste punkten. Det driver vågfrontsfel, beläggningslikformighet och fokusskiftning över en array på wafer-nivå.
3. Flathet. Rapporteras i vågor vid 633 nm, där en kvartsvåg motsvarar ungefär 158 nm avvikelse. Ange alltid mätbländaren, eftersom ett värde som tagits över 80 procent av diametern är ett svagare anspråk än ett tal med full bländare.
4. Ytjämnhet. Ra sätter spridnings- och laserskadtröskel. Standardpolering landar nära 0,5 nm; superpolerade ytor når 0,2 nm och lägre med längre cykler.
5. Skrapa-gräva. Bildtexter som 60/40, 40/20 eller 10/5 definierar tillåtna repor och gropar. Åtdragning från 40/20 till 10/5 kostar ofta mer än tolerans för åtdragningstjocklek.
6. Parallellism, kant och beläggning. Kilar är viktiga för etaloner och stråldelare, kantspånmaterial för kassetthantering och beläggningsvidhäftning för allt som rengörs upprepade gånger.

Hur optiska wafers tillverkas

Varje wafer rör sig genom materialberedning, formning, lappning, polering, rengöring och mätning, och varje steg kan bara ta bort det som det föregående steget lämnade efter sig i en förutsägbar takt.

1. Materialberedning. Glasskivor, kvartsgöt eller safirkristaller skärs eller kärnar ur till grova ämnen. Glödgningstillstånd och inre spänning bekräftas före bearbetning, eftersom spänningar som släpps senare visar sig som båge.
2. Formning. Kärnborrning, CNC-konturering eller laserskärning producerar konturerna och lämnar lager för lappning. Hål och slitsar skärs i detta skede.
3. Lappning och finslipning. Tar bort sågskador och etablerar parallellitet. Avverkning per sida beror på delstorlek och kan överstiga 100 mikron.
4. Putsning. Pitch eller pad polering, enkel- eller dubbelsidig, ställer in planhet och grovhet. En batch kan köras i timmar, och armaturens design är ofta viktigare än slurryn.
5. Rengöring. Ultraljuds- och rengöringsmedelssteg, avjoniserad sköljning och kontrollerad torkning förhindrar vattenmärkning och rester som senare blir en beläggningsdefekt.
6. Metrologi. Interferometri för planhet, vitt ljus eller stylusinstrument för grovhet, spektrofotometri för transmission och mikroskopi för skrapgrävning och kantspån.
7. Förpackning. Renrumspåsar, waferbärare och kantskydd avgör om en bra wafer kommer fram i användbart skick.

Anpassade högprecisionskvartsskivor för optiska och halvledarapplikationer Dessa kvartsskivor kombinerar låg termisk expansion och hög transmission för PLC, MEMS, fotonik och halvledararbete där lappning, polering och planhet kontrollerar. Visa produkt →

Där optiska wafers används

Optiska wafers dyker upp varhelst en enhet behöver ett platt, stabilt, transparent basskikt: bildsensorer, LiDAR-banor, halvledarprocessverktyg, infraröda fönster och display- eller belysningssystem.

Glaswafers har det bredaste utbudet av volymapplikationer, från kameramoduler och beröringsavkänning till ljusdiffusorer och mikrofluidbärare, eftersom materialet är billigt och poleringsprocessen är väletablerad.

Skräddarsydda glasskivor för optik, MEMS och halvledarförpackningar För kameramoduler, sensorer och mönstrade optiska arrayer erbjuder dessa skräddarsydda glaswafers transparens, låg fluorescens och stabila substrat i storlekar på 4 till 12 tum. Visa produkt →

Överväganden vid inköp, kvalitet och leverans

Kvalificera processen snarare än broschyren: be om kapacitetsdata om exakt material, format och toleranskombination du köper, och behandla certifikat som en baslinje snarare än som bevis.

När det gäller dokumentation är ISO 9001 och ISO 14001 den vanliga baslinjen, och IATF 16949 blir relevant när wafern matar ett bilprogram. Medicinska köpare och halvledarköpare lägger normalt till RoHS- och REACH-deklarationer plus en renhetsdeklaration. Ledtiden följer också toleransen: runda standardskivor i glas och kvarts skickas vanligtvis inom två till tre veckor, medan anpassade konturer med slitsar eller hål och godkännande från första artikeln vanligtvis löper fem till åtta veckor.

Om ritningen fortfarande är öppen, skicka materialet, formatet och måltoleranserna till ingenjörsteamet och be om ett kapacitetsuttalande mot varje rad innan beställningen görs.

Vanliga frågor

Vad är skillnaden mellan en optisk wafer och ett optiskt fönster?

En wafer är tunn, vanligtvis under 3 mm, hanteras i kassetter och används som basskikt för vidare anordningsbearbetning. Ett fönster är tjockare, normalt monterat i en ram eller ett hus, och säljs som en färdig transmissiv eller skyddsdel. Båda kan använda samma material och liknande ytfinish.

Vilka storlekar och tjocklekar är realistiska?

Runda wafers har en diameter från 25 mm till 200 mm och fyrkantiga paneler når ungefär 300 mm på en sida. Tjockleken beror på material: glas och safir sitter vanligtvis mellan 0,3 mm och 3 mm, medan kvarts kan bli tjockare för strukturell användning. Under 0,3 mm blir båge, kantflisning och hantering de begränsande faktorerna snarare än polering.

Hur väljer jag mellan glas, kvarts och safir?

Börja med våglängdsbandet, lägg sedan till den termiska och mekaniska miljön och tillämpa sedan kostnaden. Glas täcker det synliga området ekonomiskt, smält kvarts sträcker sig in i ultraviolett ljus och håller formen genom termisk cykling, och safir täcker det infraröda plus slipande eller kemiskt aggressiva miljöerna.

Vilken planhet kan en leverantör hålla i volymproduktion?

På 50 mm till 100 mm delar i glas eller kvarts är en kvartsvåg vid 633 nm ett rutinmål för en erfaren polerare, och en tiondels våg kan uppnås på utvalda delar till priset av längre cykler och lägre utbyte. Be om fördelningen över en batch istället för det bästa enskilda resultatet.