Optičke ploče: usporedba stakla, kvarca i safira za precizne primjene

Borosilikatna pločica i safirna pločica mogu dijeliti isti promjer od 100 mm i debljinu od 1,0 mm, ali jedna košta samo djelić druge i preživljava vrlo različite radne uvjete. Taj jaz je mjesto gdje se čini većina pogrešaka pri kupnji vafla. U praksi, prava optička pločica svodi se na tri odluke donesene ovim redoslijedom: odabir materijala za njegov prijenos, tvrdoću i toplinsko ponašanje; definirati brojke ravnosti i kvalitete površine koje daljnji proces zapravo može tolerirati; i zahtijevaju inspekcijske podatke koji dokazuju oboje prije otpreme. Odjeljci u nastavku obrađuju redom svaku odluku.

Što je optička pločica?

Optička pločica je tanki disk od materijala optičke kvalitete, obično stakla, topljenog kvarca ili monokristalnog safira, proizveden prema uskim tolerancijama na debljinu, ravnost i kvalitetu površine. Za razliku od gotovog optičkog prozora, koji se ugrađuje izravno u putanju zrake, pločica je obično supstrat: početna površina koja će biti presvučena, s uzorkom, spojena ili izrezana tijekom nizvodne obrade.

Standardni promjeri kreću se od 25,4 mm (1 inča) do 300 mm, s debljinom obično između 0,5 i 1,1 mm, iako su prilagođene veličine rutina u industrijskoj optici. Pet parametara odvaja upotrebljivu pločicu od odbijene:

• Ukupna varijacija debljine (TTV): razlika između najdeblje i najtanje točke na poliranoj površini.
• Luk i osnova: odstupanja središnje ravnine pločice od ravnine, obično uzrokovana zaostalim naprezanjem nastalim brušenjem ili lepljenjem.
• Kvaliteta površine: stupnjevi ogrebotina i kopanja poput 40-20 ili 20-10 prema MIL-PRF-13830, koji ograničavaju dopuštene ogrebotine i udubljenja.
• Hrapavost površine: polirane pločice obično dosežu Ra ispod 1 nm, a dvostrano polirani materijal ispod 0,5 nm.
• Stanje ruba: geometrija skošenja i ograničenja strugotine, koji pokreću stope lomljenja tijekom rukovanja i rezanja.

Staklo, kvarc ili safir: odabir materijala za ploče

Izbor materijala dominira cijenom i učinkom više od bilo koje druge odluke o pločicama. Tablica u nastavku uspoređuje raspone svojstava koja pokreću odabir, a bilješke iza nje objašnjavaju gdje svaki materijal zaslužuje svoje mjesto.

Kada se izbor suzi na dvije opcije koje se najčešće uspoređuju, odluka se obično okreće UV prijenosu i toplinskoj stabilnosti, a ne samo cijeni. To uparivanje detaljno pokrivamo u našoj usporedbi kvarcne vs. staklene optičke pločice .

Staklene ploče: radni konj za lijepljenje i nosače

Staklene pločice, obično borosilikatna ili slična optička stakla, najisplativija su opcija gdje nije potrebna ekstremna propusnost ili tvrdoća. Njihovo toplinsko širenje je dovoljno blizu siliciju za anodno spajanje, što ih čini standardnim supstratima za MEMS senzore tlaka i inkapsulirane uređaje. Oni također služe kao nosive pločice tijekom rukovanja tankim uređajima i kao osnovne podloge za optiku s uzorkom. Ograničenja su stvarna: slabiji prijenos ultraljubičastog zračenja od topljenog kvarca, manja otpornost na toplinske udare i površina koja se lakše grebe tijekom ponovljenih ciklusa rukovanja.

Staklene ploče za MEMS, senzore i optičke podloge Borosilikatne i slične staklene pločice nude nisku cijenu, prozirnost i toplinsko širenje blisko siliciju za anodno lijepljenje. Zbog toga ih vrijedi pregledati za supstrate MEMS senzora, nosive pločice i optiku s uzorkom gdje nije potrebna ekstremna UV propusnost ili tvrdoća. Pogledajte proizvod →

Kvarcne pločice: mala ekspanzija i duboko UV djelovanje

Pločice od taljenog kvarca imaju vrlo nisko toplinsko širenje, otprilike 0,5 ppm/K, što je red veličine ispod većine stakala, s jakim prijenosom duboko u ultraljubičasto. Ta kombinacija objašnjava njihovu ulogu kao praznih fotomaski, UV optičkih supstrata i procesnih ploča unutar poluvodičke opreme. Jedna kupovna zamka zaslužuje pozornost: "kvarc" može značiti amorfni taljeni kvarc ili piezoelektrični kristalni kvarc, a ta dva se bitno razlikuju u cijeni, obradivosti i primjeni. Potvrdite koji proces zapravo treba prije nego što zatražite ponude.

Taljeni kvarc Wafers with Low Expansion and UV Transmission Pločice od taljenog kvarca kombiniraju toplinsko širenje od oko 0,5 ppm/K s jakim prijenosom duboko u ultraljubičasto zračenje. Vrijedi ih pogledati za prazne fotomaske, UV optiku i procesne ploče poluvodičke opreme, pod uvjetom da je za proces potreban amorfni, a ne kristalni kvarc. Pogledajte proizvod →

Safirne ploče: Tvrdoća i oštra okruženja

Jednokristalni safir košta više po pločici i strojno se obrađuje mnogo sporije od stakla ili kvarca, ali ništa drugo u uobičajenoj optičkoj upotrebi ne kombinira tvrdoću od 9 Mohsa, spektralno pokrivanje od otprilike 150 nm do 5,5 μm i visoku toplinsku vodljivost. To je zadana podloga za galijev nitrid LED epitaksiju, standardni izbor za srednje infracrvene prozore i senzore izložene abraziji ili visokoj temperaturi, a sve je češća u automobilskoj optici. Budući da svojstva safira ovise o kristalografskoj orijentaciji, rez, bilo C-ravnina, R-ravnina ili neka druga ravnina, mora biti izričito naveden na crtežu.

Safirne pločice za LED epitaksiju i grubu optičku upotrebu Jednokristalni safir nudi tvrdoću od 9 Mohsa, prijenos od otprilike 150 nm do 5,5 μm i visoku toplinsku vodljivost. Ovaj proizvod vrijedi razmotriti za GaN LED epitaksiju, srednje infracrvene prozore i senzore izložene abraziji ili visokim temperaturama, s navedenom kristalnom ravninom. Pogledajte proizvod →

Specifikacije koje treba zaključati prije nego što zatražite ponudu

Većina odbijanja pločica dolazi do specifikacija koje nikada nisu navedene, a ne do grešaka u proizvodnji. Stavite broj na svaku stavku ispod prije slanja zahtjeva za ponudu:

1. Promjer i debljina s tolerancijama, na primjer 100 mm ±0,1 mm promjera i 1,0 mm ±0,05 mm debljine, umjesto "nominalnih 100 mm".
2. Ograničenja ravnosti usklađena s primjenom: litografske podloge mogu zahtijevati varijaciju ukupne debljine ispod nekoliko mikrona preko prozirnog otvora, dok opća optička uporaba tolerira slabije vrijednosti.
3. Kvaliteta površine izražena kao scratch-dig, obično 40-20 za opću upotrebu i 20-10 gdje je raspršeno svjetlo važno.
4. Format za poliranje, jednostrano ili dvostrano, budući da su obje površine važne kada se pločica uvlači optičkom stazom ili prilikom preciznog stezanja.
5. Orijentacija kristala za safir ili vrsta reza za kristalni kvarc, prikazano na crtežu, a ne pretpostavljeno.
6. Zahtjevi za čišćenje, pakiranje i dokumentaciju, uključujući treba li svaka serija interferometarske karte ravnosti i potvrdu o sukladnosti.

Kako se ravnost postiže i provjerava u proizvodnji

Ravnost pločice se gradi kroz fiksni slijed: piljenje sirovine, brušenje do skoro konačne debljine, lapiranje kako bi se uklonila oštećenja ispod površine, zatim poliranje, jednostrano ili dvostrano, kako bi se površina dovela u specifikaciju. Svaki stupanj mora ukloniti štetu koju je ostavio onaj prije njega, a žurba s korakom pokazuje se kao ogrebotine ili zaostalo naprezanje pri konačnom pregledu.

Provjera je važna jednako kao i obrada. TTV, luk i warp obično se mjere beskontaktnim optičkim skeniranjem, dok se površinski oblik potvrđuje interferometrijom na navedenoj valnoj duljini. Iznos spljoštenosti naveden bez otvora blende i valne duljine, kao što je "λ/10 ravan" bez priloženih uvjeta, ne može se usporediti s brojem drugog dobavljača, stoga stavite oboje na crtež.

Gdje se koriste optičke ploče

Optika temeljena na pločicama pojavljuje se u mnogo više industrija od same proizvodnje poluvodiča:

• Proizvodnja poluvodiča: supstrati fotomaske, inspekcijska optika i nosive pločice za rukovanje tankim uređajima.
• Optički senzori u slikovnim sustavima: obrada na razini pločica proizvodi senzorske prozore, filtre i podloge za mikroleće u serijama s dosljednom kvalitetom površine.
• MEMS uređaji: staklene pločice anodno spojene na silicij tvore senzore tlaka, mikrofone i rezonatore.
• Ultraljubičasti i infracrveni sustavi: spojeni kvarc služi dubokoj UV litografiji i spektroskopiji, dok safir pokriva srednje IR prozore i detekciju visoke temperature.
• Automobili i LiDAR: dimenzionalno stabilne, tvrde podloge za optiku emitera i prijamnika koje moraju izdržati vibracije i promjene temperature.

Uobičajeni rizici u nabavi i kako ih izbjeći

Četiri pitanja uzrokuju većinu problema u nabavi pločica:

• Dvosmisleni oblačići ravnosti. Svaki plosnati lik treba otvor blende, valnu duljinu i metodu mjerenja napisanu na crtežu.
• Pogrešno označavanje materijala. Potvrdite znači li "kvarc" spojeni amorfni materijal ili kristalni materijal i je li "staklena" pločica borosilikatna, aluminosilikatna ili nekog drugog sastava, jer se svaki razlikuje u ekspanziji i prijenosu.
• Neusklađenost toplinske ekspanzije u spojenim sklopovima. Staklena pločica spojena na silicij mora se odabrati zbog kompatibilnosti s ekspanzijom ili će veza puknuti tijekom toplinskog ciklusa.
• Nedostaju podaci o inspekciji. Bez mapa interferometra ili potvrde o sukladnosti, površinski problemi pojavljuju se tek nakon obrade nizvodno, kada odbačena pločica košta najviše.

Suradnja s proizvođačem optičkih ploča

Kupci koji ocjenjuju dobavljače trebaju kratki kontrolni popis: dokazana obrada sva tri materijala za pločice, dokazana sposobnost kontrole ravnosti i sustav kvalitete provjeren prema priznatim standardima. Changzhou Haolilai Photo-Electricity Scientific and Technical Co., Ltd. (HLL) proizvodi precizne optičke komponente od 1998. u pogonu od 35.000 četvornih metara u nacionalnoj visokotehnološkoj zoni Changzhoua, zapošljava više od 300 ljudi i izvozi u više od 20 zemalja. Tvrtka posjeduje certifikate ISO 9001:2015, ISO 14001:2015 i IATF 16949, od kojih posljednji podržava rad lanca opskrbe automobilima, te upravlja provincijskim centrom za precizni optički inženjering koji podupire prilagođene projekte pločica i supstrata.

Zahtjevi za pločice se uvelike razlikuju između poluvodičkih, automobilskih i laserskih aplikacija, tako da je najbrži put do točne cijene crtež koji sadrži gore navedene specifikacije. HLL-ov inženjerski tim pregledava prilagođene zahtjeve i pruža prilagođena optička rješenja, a zahtjevi za ponudu ili tehnička pitanja mogu se poslati putem kontakt stranica .

Kratka verzija: odaberite materijal zbog njegovih optičkih i toplinskih svojstava, odredite ravnost i kvalitetu površine brojevima i uvjetima mjerenja te zatražite podatke o inspekciji s isporukom. Kupci koji slijede taj slijed izbjegavaju najskuplje načine kvarova u nabavi pločica i prelaze s ponude na kvalificirane dijelove u manje ciklusa ponavljanja.