Optische wafels: selectiegids voor glas, kwarts en saffier voor kopers

Een optische wafer is een dunne glasplaat met evenwijdige zijden, gesmolten kwarts of saffier die is gelept en gepolijst totdat beide zijden voldoen aan de toleranties op het gebied van dikte, vlakheid en oppervlaktekwaliteit op micronniveau. Het bevindt zich aan de voorkant van de constructie voor beeldsensoren, filterstapels, golfgeleiders en optische arrays op waferniveau, waar een paar micron totale diktevariatie de focus kan verschuiven, een golffront kan vervormen of een coating buiten de specificatie kan brengen.

De meeste projecten bereiken deze categorie met drie vragen: welk materiaal, welke toleranties, en welke leverancier deze toleranties gedurende een productierun kan handhaven in plaats van op één gepolijst monster. De onderstaande secties volgen die volgorde.

Wat precies telt als een optische wafer

In inkooptermen is een optische wafer een kaal of gecoat optisch substraat dat wordt geleverd in een rond, vierkant of aangepast contourformaat, waarbij de maat- en oppervlaktevereisten op de tekening zijn geschreven in plaats van geïmpliceerd door een materiaalnaam.

Dat onderscheid verandert citaten. Een optisch venster is normaal gesproken dikker, vaak in een frame gemonteerd en als afgewerkt onderdeel verkocht. Een wafel is dunner, wordt behandeld in cassettes of gelpacks, en beweegt vaak door stroomafwaartse stappen zoals coaten, verbinden, in blokjes snijden of lithografie. Leveranciers die ramen goed bewerken, houden zich niet automatisch aan wafertoleranties, omdat dunne onderdelen onder de polijstdruk doorbuigen en snel hun vlakheid verliezen.

• Ronde wafeltjes. Diameters van 25 mm, 50 mm, 100 mm, 150 mm en 200 mm, passend bij de dragerformaten die worden gebruikt in sensor- en fotonische proceslijnen.
• Vierkante en rechthoekige panelen. Tot ongeveer 300 mm aan een zijde, gebruikelijk bij display-, verlichtings- en optisch gietwerk op wafelniveau.
• Aangepaste contouren. Sleuven, gaten, getrapte randen en niet-cirkelvormige contouren die zorgen voor mechanische registratie of vloeistofpaden binnen een samenstel.

Optische wafers van glas, kwarts en saffier vergeleken

Kies het materiaal eerst op basis van de golflengteband, vervolgens op basis van de thermische en mechanische omgeving en vervolgens op basis van de kosten.

Saffier verdient zijn prijs in infrarood- en schurende omgevingen, niet in de zichtbare band. Als een systeem tussen 400 nm en 1000 nm werkt, nooit een thermische cyclus boven de 150 C ervaart en niet wordt blootgesteld aan agressieve cleanroomchemie, doet glas of kwarts meestal hetzelfde optische werk voor veel minder. Saffier wordt de goedkopere optie op het moment dat een bekrast of geëtst raam een ​​productielijn stopt.

Op maat gemaakte saffierwafels voor zware optische en substraattoepassingen Waar infrarood, schurende of hoge temperaturen glas of kwarts onvoldoende maken, bieden deze op maat gemaakte saffierwafels hardheid, chemische weerstand en elektrische isolatie. Bekijk Product →

Specificaties om te vergrendelen voordat u bestelt

Vijf cijfers bepalen of een wafer zich in uw systeem zal gedragen: dikte, diktetolerantie, totale diktevariatie, vlakheid en oppervlakteruwheid, met een kras vlak erachter.

1. Dikte en tolerantie. Commercieel werk loopt op tot /- 0,05 mm, nauwkeurigheid tot /- 0,025 mm en kleine onderdelen kunnen worden vastgehouden tot /- 0,01 mm.
2. Totale diktevariatie. De opening tussen het dikste en dunste punt. Het zorgt voor golffrontfouten, uniformiteit van de coating en focusverschuiving over een array op waferniveau.
3. Vlakheid. Gerapporteerd in golven bij 633 nm, waarbij een kwart golf gelijk staat aan een afwijking van ongeveer 158 nm. Vermeld altijd de meetopening, omdat een waarde van meer dan 80 procent van de diameter een zwakkere claim is dan een getal met volledige opening.
4. Oppervlakteruwheid. Ra stelt de verstrooiings- en laserschadedrempel in. Standaard polijsten komt dichtbij 0,5 nm; Supergepolijste oppervlakken bereiken 0,2 nm en lager met langere cycli.
5. Krasgraven. Bijschriften zoals 60/40, 40/20 of 10/5 definiëren toegestane krassen en putjes. Aandraaien van 40/20 naar 10/5 kost vaak meer dan het aanhalen van de diktetolerantie.
6. Parallelliteit, rand en coating. Wiggen zijn van belang voor etalons en straalsplitsers, randchips zijn van belang voor het hanteren van cassettes en de hechting van coatings is van belang voor alles dat herhaaldelijk wordt gereinigd.

Hoe optische wafers worden vervaardigd

Elke wafel doorloopt materiaalvoorbereiding, vormgeving, leppen, polijsten, reinigen en metrologie, en elke stap kan alleen in een voorspelbaar tempo verwijderen wat de vorige stap heeft achtergelaten.

1. Materiaal voorbereiding. Glasplaten, kwartsstaven of saffierkristallen worden gesneden of uitgeboord tot ruwe plano's. De ontlatingstoestand en de interne spanning worden vóór de bewerking bevestigd, omdat de spanning die later vrijkomt, zichtbaar wordt als een boog.
2. Vormgeven. Kernboren, CNC-contouren of lasersnijden produceren de omtrek en laten materiaal over voor leppen. Gaten en sleuven worden in dit stadium gesneden.
3. Leppen en fijn slijpen. Verwijdert zaagschade en zorgt voor parallelliteit. De materiaalafname per zijde is afhankelijk van de onderdeelgrootte en kan groter zijn dan 100 micron.
4. Polijsten. Pitch- of padpolijsten, enkel- of dubbelzijdig, stelt vlakheid en ruwheid in. Een batch kan urenlang draaien, en het ontwerp van de armatuur is vaak belangrijker dan de slurry.
5. Schoonmaak. Ultrasone en reinigingsfasen, gedeïoniseerd spoelen en gecontroleerd drogen voorkomen watervlekken en residu dat later een coatingdefect wordt.
6. Metrologie. Interferometrie voor vlakheid, witlicht- of stylusinstrumenten voor ruwheid, spectrofotometrie voor transmissie en microscopie voor kras- en randchips.
7. Verpakking. Cleanroom-bagage, waferdragers en randbescherming bepalen of een goede wafer in bruikbare staat aankomt.

Op maat gemaakte, zeer nauwkeurige kwartswafels voor optische en halfgeleidertoepassingen Deze kwartswafels combineren een lage thermische uitzetting en een hoge transmissie voor PLC-, MEMS-, fotonica- en halfgeleiderwerk waarbij leppen, polijsten en vlakheidscontrole van belang zijn. Bekijk Product →

Waar optische wafers worden gebruikt

Optische wafers verschijnen overal waar een apparaat een vlakke, stabiele, transparante basislaag nodig heeft: beeldsensoren, LiDAR-paden, halfgeleiderprocestools, infraroodvensters en display- of verlichtingssystemen.

Glazen wafers hebben het breedste scala aan volumetoepassingen, van cameramodules en aanraakdetectie tot verlichtingsdiffusers en microfluïdische dragers, omdat het materiaal goedkoop is en het polijstproces goed is ingeburgerd.

Op maat gemaakte glaswafels voor optica, MEMS en halfgeleiderverpakkingen Voor cameramodules, sensoren en optische arrays met patronen bieden deze op maat gemaakte glazen wafers transparantie, lage fluorescentie en stabiele substraten in formaten van 4 tot 12 inch. Bekijk Product →

Overwegingen op het gebied van inkoop, kwaliteit en levering

Kwalificeer het proces in plaats van de brochure: vraag naar capaciteitsgegevens over de exacte combinatie van materiaal, formaat en tolerantie die u koopt, en behandel certificaten als basis in plaats van als bewijs.

Wat documentatie betreft zijn ISO 9001 en ISO 14001 de gebruikelijke basis, en IATF 16949 wordt relevant wanneer de wafer een automobielprogramma voedt. Kopers van medische producten en halfgeleiders voegen normaal gesproken RoHS- en REACH-verklaringen toe, plus een reinheidsverklaring. De doorlooptijd volgt ook de tolerantie: standaard ronde wafels in glas en kwarts worden doorgaans binnen twee tot drie weken verzonden, terwijl aangepaste contouren met sleuven of gaten en goedkeuring van het eerste artikel doorgaans vijf tot acht weken duren.

Als de tekening nog open is, stuur de materiaal-, formaat- en doeltoleranties naar het technische team en vraag om een capaciteitsverklaring voor elke regel voordat de bestelling wordt geplaatst.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een optische wafer en een optisch venster?

Een wafel is dun, meestal minder dan 3 mm, wordt in cassettes verwerkt en gebruikt als basislaag voor verdere apparaatverwerking. Een raam is dikker, wordt normaal gesproken in een frame of behuizing gemonteerd en wordt verkocht als een afgewerkt doorlatend of beschermend onderdeel. Beide kunnen dezelfde materialen en vergelijkbare oppervlakteafwerkingen gebruiken.

Welke maten en diktes zijn realistisch?

Ronde wafels hebben een diameter van 25 mm tot 200 mm, en vierkante panelen zijn aan één kant ongeveer 300 mm lang. De dikte is afhankelijk van het materiaal: glas en saffier liggen doorgaans tussen 0,3 mm en 3 mm, terwijl kwarts dikker kan worden voor structureel gebruik. Onder de 0,3 mm worden buiging, afbrokkeling van de randen en hantering de beperkende factoren in plaats van polijsten.

Hoe kies ik tussen glas, kwarts en saffier?

Begin met de golflengteband, voeg vervolgens de thermische en mechanische omgeving toe en pas vervolgens de kosten toe. Glas dekt het zichtbare bereik economisch af, gesmolten kwarts strekt zich uit tot in het ultraviolet en behoudt zijn vorm door middel van thermische cycli, en saffier bedekt het infrarood plus schurende of chemisch agressieve omgevingen.

Welke vlakheid kan een leverancier behouden bij volumeproductie?

Op onderdelen van 50 mm tot 100 mm in glas of kwarts is een kwartgolf bij 633 nm een ​​routinedoel voor een ervaren polijstmachine, en een tiende golf is haalbaar op geselecteerde onderdelen, ten koste van langere cycli en een lager rendement. Vraag naar de verdeling over een batch in plaats van naar het beste enkelvoudige resultaat.