Оптические пластины: руководство по выбору стекла, кварца и сапфира для покупателей

Оптическая пластина представляет собой тонкую пластину из стекла, плавленого кварца или сапфира с параллельными сторонами, которая была притерта и отполирована до тех пор, пока обе стороны не будут соответствовать микронным допускам по толщине, плоскостности и качеству поверхности. Он расположен в передней части конструкции датчиков изображения, стеков фильтров, волноводов и оптических матриц на уровне пластины, где разница в общей толщине в несколько микрон может сместить фокус, исказить волновой фронт или привести к выходу покрытия за пределы технических характеристик.

Большинство проектов попадают в эту категорию с тремя вопросами: какой материал, какие допуски и какой поставщик может поддерживать эти допуски на протяжении всего производственного цикла, а не на одном образце полировки. Разделы ниже следуют этому порядку.

Что именно считается оптической пластиной

С точки зрения закупок оптическая пластина представляет собой оптическую подложку без покрытия или с покрытием, поставляемую в круглом, квадратном или произвольном контурном формате, причем требования к размерам и поверхности указаны на чертеже, а не подразумеваются названием материала.

Это различие меняет цитаты. Оптическое окно обычно толще, часто устанавливается в раму и продается как готовая деталь. Пластина тоньше, ее обрабатывают в кассетах или гелевых упаковках, и она часто проходит следующие этапы, такие как нанесение покрытия, склеивание, нарезка кубиками или литография. Поставщики, которые хорошо обрабатывают окна, не соблюдают автоматически допуски пластин, поскольку тонкие детали деформируются под давлением полировки и быстро теряют плоскостность.

• Круглые вафли. Диаметры 25 мм, 50 мм, 100 мм, 150 мм и 200 мм соответствуют форматам носителей, используемым в сенсорных и фотонных технологических линиях.
• Квадратные и прямоугольные панели. Примерно до 300 мм по стороне, обычно используется в дисплеях, освещении и оптическом формовании на уровне пластин.
• Индивидуальные контуры. Прорези, отверстия, ступенчатые края и некруглые контуры, обеспечивающие механическую регистрацию или пути прохождения жидкости внутри сборки.

Сравнение стеклянных, кварцевых и сапфировых оптических пластин

Сначала выберите материал по диапазону длин волн, затем по тепловой и механической среде, а затем по стоимости.

Сапфир зарабатывает свою цену в инфракрасной и абразивной среде, а не в видимом диапазоне. Если система работает в диапазоне от 400 до 1000 нм, никогда не подвергается термическому циклу выше 150 C и не подвергается воздействию агрессивных химических веществ в чистых помещениях, стекло или кварц обычно выполняют ту же оптическую работу за гораздо меньшие деньги. Сапфир становится более дешевым вариантом в тот момент, когда поцарапанное или выгравированное окно останавливает производственную линию.

Изготовленные на заказ сапфировые пластины для суровых оптических условий и подложек Там, где инфракрасное, абразивное или высокотемпературное воздействие делает использование стекла или кварца недостаточным, эти специальные сапфировые пластины обеспечивают твердость, химическую стойкость и электрическую изоляцию. Посмотреть продукт →

Технические характеристики, которые необходимо заблокировать перед заказом

Пять чисел определяют, будет ли пластина вести себя в вашей системе: толщина, допуск по толщине, общее изменение толщины, плоскостность и шероховатость поверхности, а также царапины.

1. Толщина и допуск. Коммерческие работы выполняются с точностью /- 0,05 мм, точность с точностью /- 0,025 мм, а мелкие детали можно удерживать с точностью /- 0,01 мм.
2. Полное изменение толщины. Зазор между самой толстой и самой тонкой точкой. Это приводит к ошибке волнового фронта, однородности покрытия и смещению фокуса по массиву на уровне пластины.
3. Плоскостность. Сообщается о волнах с длиной волны 633 нм, где четверть волны соответствует отклонению примерно 158 нм. Всегда указывайте размер измерительной апертуры, поскольку значение, превышающее 80 процентов диаметра, является более слабым утверждением, чем значение полной апертуры.
4. Шероховатость поверхности. Ра устанавливает разброс и порог лазерного урона. Стандартная полировка имеет размер около 0,5 нм; суперполированные поверхности достигают толщины 0,2 нм и ниже при более длительных циклах.
5. Царапать-копать. Условные обозначения, такие как 60/40, 40/20 или 10/5, определяют допустимые царапины и вмятины. Затяжка с 40/20 до 10/5 часто обходится дороже, чем затяжка допуска по толщине.
6. Параллельность, кромка и покрытие. Клин важен для эталонов и светоделителей, краевая стружка важна для работы с кассетами, а адгезия покрытия важна для всего, что очищается неоднократно.

Как производятся оптические пластины

Каждая пластина проходит этапы подготовки материала, придания формы, притирки, полировки, очистки и метрологии, и каждый этап может удалить только то, что оставил предыдущий этап, с предсказуемой скоростью.

1. Подготовка материала. Листы стекла, кварцевые слитки или кристаллы сапфира разрезаются или вырезаются в грубые заготовки. Состояние отжига и внутреннее напряжение проверяются перед обработкой, поскольку напряжение, возникающее позже, проявляется в виде изгиба.
2. Формирование. Корончатое сверление, контурная обработка на станке с ЧПУ или лазерная резка создают контур и оставляют заготовку для притирки. На этом этапе вырезаются отверстия и прорези.
3. Притирка и тонкая шлифовка. Устраняет повреждения пилы и обеспечивает параллельность. Съем припуска на сторону зависит от размера детали и может превышать 100 микрон.
4. Полировка. Шаговая или тампочная полировка, односторонняя или двусторонняя, обеспечивает плоскостность и шероховатость. Партия может работать часами, и конструкция приспособления часто имеет большее значение, чем суспензия.
5. Уборка. Этапы ультразвука и моющего средства, деионизированное ополаскивание и контролируемая сушка предотвращают появление водяных знаков и остатков, которые впоследствии становятся дефектом покрытия.
6. Метрология. Интерферометрия для определения плоскостности, инструменты белого света или стилуса для определения шероховатости, спектрофотометрия для пропускания и микроскопия для царапин и сколов по краям.
7. Упаковка. Упаковка в чистых помещениях, держатели пластин и защита кромок определяют, будет ли доставлена ​​хорошая пластина в пригодном для использования состоянии.

Изготовленные на заказ высокоточные кварцевые пластины для оптических и полупроводниковых приложений Эти кварцевые пластины сочетают в себе низкое тепловое расширение и высокую передачу для ПЛК, МЭМС, фотоники и полупроводников, где важны притирка, полировка и контроль плоскостности. Посмотреть продукт →

Где используются оптические пластины

Оптические пластины появляются везде, где устройству необходим плоский, стабильный и прозрачный базовый слой: датчики изображения, пути LiDAR, полупроводниковые технологические инструменты, инфракрасные окна, а также системы отображения или освещения.

Стеклянные пластины имеют самый широкий спектр применения: от модулей камер и сенсорных датчиков до осветительных рассеивателей и микрофлюидных носителей, поскольку материал недорогой, а процесс полировки хорошо отлажен.

Стеклянные пластины на заказ для оптики, МЭМС и полупроводниковой упаковки Для модулей камер, датчиков и узорчатых оптических матриц эти специальные стеклянные пластины обеспечивают прозрачность, низкую флуоресценцию и стабильные подложки размером от 4 до 12 дюймов. Посмотреть продукт →

Вопросы поиска, качества и доставки

Квалифицируйте процесс, а не брошюру: запросите данные о возможностях конкретного материала, формата и комбинации допусков, которые вы покупаете, и рассматривайте сертификаты как основу, а не как доказательство.

Что касается документации, стандартами ISO 9001 и ISO 14001 являются обычные базовые стандарты, а IATF 16949 становится актуальным, когда пластина используется в автомобильной программе. Покупатели медицинских изделий и полупроводников обычно добавляют декларации RoHS и REACH, а также заявление о чистоте. Срок поставки также зависит от допуска: стандартные круглые пластины из стекла и кварца обычно доставляются в течение двух-трех недель, тогда как нестандартные контуры с прорезями или отверстиями и одобрением первого изделия обычно занимают от пяти до восьми недель.

Если чертеж все еще открыт, отправьте материал, формат и целевые допуски команде инженеров и запросите заявление о возможностях для каждой строки перед размещением заказа.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между оптической пластиной и оптическим окном?

Пластина тонкая, обычно менее 3 мм, упаковывается в кассеты и используется в качестве базового слоя для дальнейшей обработки устройства. Окно толще, обычно монтируется в раму или корпус и продается как готовая пропускающая или защитная деталь. Оба могут использовать одни и те же материалы и аналогичную обработку поверхности.

Какие размеры и толщина реалистичны?

Круглые пластины имеют диаметр от 25 до 200 мм, а квадратные панели достигают примерно 300 мм по стороне. Толщина зависит от материала: стекло и сапфир обычно имеют толщину от 0,3 до 3 мм, а кварц может быть толще для структурных целей. При толщине менее 0,3 мм ограничивающими факторами становятся изгиб, сколы кромок и обращение, а не полировка.

Как выбрать между стеклом, кварцем и сапфиром?

Начните с диапазона длин волн, затем добавьте тепловую и механическую среду, а затем примените стоимость. Стекло экономично покрывает видимый диапазон, плавленый кварц простирается до ультрафиолета и сохраняет форму благодаря термоциклированию, а сапфир покрывает инфракрасный диапазон плюс абразивные или химически агрессивные параметры.

Какую равномерность может поддерживать поставщик при серийном производстве?

Для деталей размером от 50 до 100 мм из стекла или кварца четвертьволна с длиной волны 633 нм является обычной задачей для опытного полировщика, а на отдельных деталях можно достичь одной десятой волны за счет более длительных циклов и более низкого выхода продукции. Запрашивайте распределение по партии, а не лучший отдельный результат.