Optiset kiekot: lasin, kvartsin ja safiirin vertailu tarkkuussovelluksiin

Borosilikaattikiekolla ja safiirikiekolla voi olla sama 100 mm halkaisija ja 1,0 mm paksuus, mutta toinen maksaa murto-osan toisesta ja kestää hyvin erilaisia työolosuhteita. Tämä aukko on paikka, jossa useimmat kiekkojen ostovirheet tehdään. Käytännössä oikea optinen kiekko riippuu kolmesta tässä järjestyksessä tehdystä päätöksestä: valita materiaali sen lähetyksen, kovuuden ja lämpökäyttäytymisen perusteella; määritellä tasaisuus- ja pinnanlaatuluvut, jotka loppupään prosessi voi todella sietää; ja vaativat tarkastustiedot, jotka todistavat molemmat ennen lähetystä. Alla olevissa osioissa käydään läpi jokainen päätös vuorotellen.

Mikä on optinen kiekko?

Optinen kiekko on ohut levy, joka on valmistettu optista materiaalia, tyypillisesti lasia, sulatettua kvartsia tai yksikiteistä safiiria, ja joka on valmistettu tiukoilla paksuuden, tasaisuuden ja pinnan laadun toleransseilla. Toisin kuin valmis optinen ikkuna, joka asennetaan suoraan säteen reitille, kiekko on yleensä substraatti: aloituspinta, joka pinnoitetaan, kuvioillaan, liimataan tai leikataan jatkokäsittelyn aikana.

Vakiohalkaisijat vaihtelevat välillä 25,4 mm (1 tuuma) 300 mm:iin, ja paksuus on yleensä 0,5 - 1,1 mm, vaikka mukautetut koot ovat rutiinia teollisuusoptiikassa. Viisi parametria erottaa käyttökelpoisen kiekon hylätystä kiekosta:

• Kokonaispaksuuden vaihtelu (TTV): ero kiillotetun pinnan paksuimman ja ohuimman kohdan välillä.
• Keula ja loimi: kiekon keskitason poikkeamat tasaisesta, yleensä aiheutuvat hionnan tai läppäyksen jättämästä jäännösjännityksestä.
• Pinnan laatu: naarmuuntumisasteet, kuten 40-20 tai 20-10 per MIL-PRF-13830, jotka rajoittavat sallittuja naarmuja ja kaivauksia.
• Pinnan karheus: kiillotetut kiekot saavuttavat tyypillisesti Ra:n alle 1 nm:n ja kaksipuoleisen kiillotetun massan alle 0,5 nm.
• Reunojen kunto: viistegeometria ja lasturajat, jotka ohjaavat murtumisnopeutta käsittelyn ja kuutioiden aikana.

Lasi, kvartsi tai safiiri: kiekkomateriaalin valinta

Materiaalivalinnat hallitsevat kustannuksia ja suorituskykyä enemmän kuin mikään muu kiekkopäätös. Alla olevassa taulukossa verrataan valintaa ohjaavia ominaisuusalueita, ja sen jälkeen olevissa huomautuksissa selitetään, missä kukin materiaali ansaitsee paikkansa.

Kun valinta kapenee kahteen useimmin verrattuun vaihtoehtoon, päätetään yleensä UV-läpäisystä ja lämmönkestävyydestä pelkän hinnan sijaan. Käsittelemme tämän parin yksityiskohtaisesti vertailussamme kvartsi vs. lasi optiset kiekot .

Lasikiekot: Liimauksen ja kantoimien työhevonen

Lasikiekot, yleensä boorisilikaattilasit tai vastaavat optiset lasit, ovat kustannustehokkain vaihtoehto, kun äärimmäistä läpäisyä tai kovuutta ei vaadita. Niiden lämpölaajeneminen on riittävän lähellä piitä anodista sidosta varten, mikä tekee niistä vakioalustoja MEMS-paineantureille ja kapseloiduille laitteille. Ne toimivat myös kantolevyinä ohuiden laitteiden käsittelyssä ja pohjasubstraatteina kuvioidulle optiikalle. Rajat ovat todellisia: heikompi ultraviolettiläpäisy kuin sulatettu kvartsilla, pienempi lämpöiskun kestävyys ja pinta, joka naarmuuntuu helpommin toistuvien käsittelyjaksojen aikana.

Lasikiekot MEMS-, anturi- ja optisille substraateille Borosilikaatti ja vastaavat lasikiekot tarjoavat edullisia kustannuksia, läpinäkyvyyttä ja lämpölaajenemista lähellä piitä anodista sidosta varten. Tämän vuoksi ne kannattaa tarkistaa MEMS-anturialustojen, kantoaaltokiekkojen ja kuvioitujen optiikkojen osalta, joissa ei vaadita äärimmäistä UV-läpäisyä tai kovuutta. Näytä tuote →

Kvartsikiekot: Matala laajeneminen ja syvä-UV-suorituskyky

Sulattujen kvartsikiekkojen parin lämpölaajeneminen on erittäin alhainen, noin 0,5 ppm/K, mikä on suuruusluokkaa useimpien lasien alapuolella, ja voimakas läpäisy syvälle ultraviolettisäteilyyn. Tämä yhdistelmä selittää niiden roolin valonaamioaihioina, UV-optisina substraateina ja prosessilevyinä puolijohdelaitteiden sisällä. Yksi ostoloukku ansaitsee huomiota: "kvartsi" voi tarkoittaa amorfista sulatettua kvartsia tai pietsosähköistä kiteistä kvartsia, ja nämä kaksi eroavat huomattavasti hinnasta, työstettävyydestä ja sovelluksesta. Varmista ennen tarjousten pyytämistä, mitä prosessi todella tarvitsee.

Sulatettu kvartsi Wafers with Low Expansion and UV Transmission Sulatetut kvartsikiekot yhdistävät lämpölaajenemisen noin 0,5 ppm/K voimakkaan läpäisyn syvälle ultraviolettisäteilyyn. Niitä kannattaa katsoa valonaamioaihioiden, UV-optiikan ja puolijohdelaitteiden prosessilevyjen osalta, mikäli prosessi vaatii amorfista kvartsia kiteisen kvartsin sijaan. Näytä tuote →

Safiirikiekot: kovuus ja ankarat ympäristöt

Yksikidesafiiri maksaa enemmän kiekkoa kohden ja koneistaa paljon hitaammin kuin lasi tai kvartsi, mutta mikään muu tavallisessa optisessa käytössä ei yhdistä 9 Mohsin kovuutta, spektrin peittoa noin 150 nm:stä 5,5 μm:iin ja korkeaa lämmönjohtavuutta. Se on oletussubstraatti galliumnitridi-LED-epitaksialle, joka on vakiovalinta keskipitkän infrapuna-ikkunoihin ja hankaukselle tai korkeille lämpötiloille alttiina oleville antureille. Se on yhä yleisempi autooptiikassa. Koska safiirin ominaisuudet riippuvat kristallografisesta suunnasta, leikkaus, joko C-taso, R-taso tai jokin muu taso, on ilmoitettava selvästi piirustuksessa.

Safiirikiekot LED-epitaksiaan ja ankariin optisiin käyttötarkoituksiin Yksikiteinen safiiri tarjoaa 9 Mohsin kovuuden, läpäisyn noin 150 nm:stä 5,5 μm:iin ja korkean lämmönjohtavuuden. Tämä tuote on harkitsemisen arvoinen GaN LED -epitaksia, keski-infrapuna-ikkunoita ja hankausta tai korkeita lämpötiloja kohti oleville antureille, joiden kidetaso on määritetty. Näytä tuote →

Lukitsemisen tekniset tiedot ennen tarjouksen pyytämistä

Useimmat kiekkojen hylkäykset juontavat juurensa spesifikaatioihin, joita ei koskaan ilmoitettu, eivät valmistusvirheisiin. Kirjoita numero jokaiselle alla olevalle tuotteelle ennen tarjouspyynnön lähettämistä:

1. Halkaisija ja paksuus toleransseilla, esimerkiksi halkaisija 100 mm ±0,1 mm ja paksuus 1,0 mm ±0,05 mm, "nimellis-100 mm" sijaan.
2. Tasaisuusrajat sopivat käyttökohteeseen: litografiaalustojen kokonaispaksuuden vaihtelu kirkkaassa aukossa saattaa olla alle muutaman mikronin, kun taas yleinen optinen käyttö sietää löysempiä arvoja.
3. Pinnan laatu ilmaistuna scratch-dig, tyypillisesti 40-20 yleiskäytössä ja 20-10, kun hajavalo on tärkeä.
4. Kiillotusmuoto, yksi- tai kaksipuoleinen, koska molemmilla pinnoilla on merkitystä, kun kiekko syöttää optista polkua tai tarkkaa kiinnitystoimintoa.
5. Kiteen suuntaus safiirille tai leikkaustyyppi kiteiselle kvartsille, esitetty piirustuksessa oletuksen sijaan.
6. Puhdistus-, pakkaus- ja dokumentaatiovaatimukset, mukaan lukien se, tarvitseeko jokainen erä interferometrin tasaisuuskartat ja vaatimustenmukaisuustodistus.

Kuinka tasaisuus saavutetaan ja varmistetaan tuotannossa

Kiekon tasaisuus rakennetaan kiinteällä sekvenssillä: aihion sahaus, hionta lähes lopulliseen paksuuteen, läppäys pinnan vaurioiden poistamiseksi, sitten kiillotus, yksi- tai kaksipuoleinen, jotta pinta saadaan vaatimuksiin. Jokaisen vaiheen tulee poistaa edellisen jättämät vauriot, ja askeleen kiirehtiminen näkyy lopputarkastuksessa naarmuina tai jäännösjännityksenä.

Todennuksella on yhtä paljon merkitystä kuin käsittelyllä. TTV, keula ja loimi mitataan yleisesti kosketuksettomalla optisella skannauksella, kun taas pintaluku vahvistetaan interferometrialla ilmoitetulla aallonpituudella. Ilman aukkoa ja aallonpituutta esitettyä tasaisuuslukua, kuten "λ/10 flat" ilman ehtoja, ei voida verrata toisen toimittajan numeroon, joten laita molemmat piirustukseen.

Missä optisia kiekkoja käytetään

Kiekkopohjaista optiikkaa esiintyy paljon useammilla aloilla kuin pelkkä puolijohdevalmistus:

• Puolijohdetuotanto: valonaamiomateriaalit, tarkastusoptiikka ja kantolevyt ohuiden laitteiden käsittelyyn.
• Optiset anturit kuvantamisjärjestelmissä: kiekkotason käsittely tuottaa anturiikkunoita, suodattimia ja mikrolinssisubstraatteja erissä tasalaatuisina.
• MEMS-laitteet: Piihin anodisesti sidotut lasikiekot muodostavat paineantureita, mikrofoneja ja resonaattoreita.
• Ultravioletti- ja infrapunajärjestelmät: sulatettu kvartsi palvelee syvä-UV-litografiaa ja -spektroskopiaa, kun taas safiiri kattaa keski-IR-ikkunat ja korkean lämpötilan tunnistuksen.
• Autoteollisuus ja LiDAR: mittavakaat, kovat alustat lähetin- ja vastaanotinoptiikalle, joiden on kestettävä tärinää ja lämpötilan vaihteluita.

Yleiset hankintariskit ja niiden välttäminen

Neljä ongelmaa aiheuttavat suurimman osan kiekkojen hankinnan ongelmista:

• Epäselvät tasaiset huomiotekstit. Jokainen tasaisuuskuvio tarvitsee piirustukseen kirjoitetun aukon, aallonpituuden ja mittausmenetelmän.
• Materiaalin virheellinen merkintä. Varmista, tarkoittaako "kvartsi" sulatettua amorfista materiaalia tai kiteistä materiaalia ja onko "lasi" kiekko borosilikaattia, alumiinisilikaattia tai muuta koostumusta, koska jokainen eroaa laajenemisen ja läpäisyn suhteen.
• Lämpölaajenemisen epäsuhta liimatuissa kokoonpanoissa. Piihin liimattu lasikiekko on valittava laajenemisyhteensopivuuden vuoksi tai sidos halkeilee lämpökierron aikana.
• Tarkastustiedot puuttuvat. Ilman interferometrikarttoja tai vaatimustenmukaisuustodistusta pinta-ongelmat ilmenevät vasta jatkokäsittelyn jälkeen, kun hylätty kiekko maksaa eniten.

Työskentely optisten kiekkojen valmistajan kanssa

Toimittajia arvioivat ostajat tarvitsevat lyhyen tarkistuslistan: kaikkien kolmen kiekkomateriaalin todistettu käsittely, todistettu tasoisuuden hallintakyky ja laatujärjestelmä, joka on auditoitu tunnustettujen standardien mukaisesti. Changzhou Haolilai Photo-Electricity Scientific and Technical Co., Ltd. (HLL) on valmistanut tarkkuusoptisia komponentteja vuodesta 1998 lähtien 35 000 neliömetrin laitoksesta Changzhoun kansallisella korkean teknologian alueella. Se työllistää yli 300 henkilöä ja vie tuotteita yli 20 maahan. Yrityksellä on ISO 9001:2015-, ISO 14001:2015- ja IATF 16949 -sertifikaatit, joista viimeinen tukee autoteollisuuden toimitusketjutyötä, ja sillä on maakunnallinen tarkkuusoptiikan suunnittelukeskus, joka tukee räätälöityjä kiekko- ja substraattiprojekteja.

Kiekkojen vaatimukset vaihtelevat suuresti puolijohde-, auto- ja lasersovellusten välillä, joten nopein reitti tarkaan hinnoitteluun on piirustus, joka sisältää yllä luetellut tekniset tiedot. HLL:n suunnittelutiimi tarkastelee räätälöityjä vaatimuksia ja tarjoaa räätälöityjä optisia ratkaisuja, ja tarjouspyynnöt tai tekniset kysymykset voidaan lähettää yhteydenottosivu .

Lyhyt versio: valitse materiaali sen optisten ja lämpöominaisuuksien perusteella, määritä tasaisuus ja pinnan laatu numeroilla ja mittausolosuhteilla ja vaadi tarkastustiedot toimituksen yhteydessä. Ostajat, jotka seuraavat tätä järjestystä, välttävät kalleimpia vikatiloja kiekkojen hankinnassa ja siirtyvät tarjouksesta hyväksyttyihin osiin harvemmissa iteraatiojaksoissa.