光学ウェーハ: バイヤー向けガラス、石英、サファイア選択ガイド

光学ウェーハは、両面がミクロンレベルの厚さ、平坦度、および表面品質の公差を満たすまでラッピングおよび研磨された、ガラス、溶融石英、またはサファイアの薄い平行側面プレートです。これは、イメージ センサー、フィルター スタック、導波路、ウェハー レベルの光学アレイのビルドの最前線に位置し、数ミクロンの総厚さの変動により焦点が移動したり、波面が歪んだり、コーティングのランが仕様を超えたりする可能性があります。

ほとんどのプロジェクトは、どの材料、どの公差、そしてどのサプライヤーが 1 つの研磨サンプルではなく製造工程全体にわたってそれらの公差を維持できるかという 3 つの質問を伴ってこのカテゴリに達します。以下のセクションはその順序に従います。

光学ウェーハとは何なのか

購入用語では、光学ウェーハは、円形、正方形、またはカスタムの輪郭形式で供給される裸またはコーティングされた光学基板であり、寸法と表面の要件は材料名で暗示されるのではなく図面に記載されています。

この違いによって引用文が変わります。光学窓は通常より厚く、多くの場合フレームに取り付けられ、完成部品として販売されます。ウェハはより薄く、カセットまたはゲルパックで扱われ、コーティング、ボンディング、ダイシング、リソグラフィーなどの下流ステップを頻繁に通過します。薄い部品は研磨圧力でたわみ、すぐに平坦度を失うため、ウィンドウをうまく加工するサプライヤーは、ウェーハ公差を自動的に保持しません。

• Round wafers. 直径 25 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm で、センサーおよびフォトニックプロセスラインで使用されるキャリアフォーマットに一致します。
• 正方形と長方形のパネル。 一辺約 300 mm まで。ディスプレイ、照明、ウェハーレベルの光学成形作業で一般的。
• Custom contours. アセンブリ内の機械的な位置合わせや流体の経路を提供するスロット、穴、段付きエッジ、および非円形の輪郭。

ガラス、石英、サファイアの光学ウェーハの比較

最初に波長帯域、次に熱的および機械的環境、そしてコストによって材料を選択します。

サファイアは可視帯域ではなく、赤外線や摩耗性の環境で価格が上がります。システムが 400 nm ～ 1000 nm で動作し、150 ℃ を超える熱サイクルが発生せず、クリーンルームの強力な化学物質にさらされない場合、ガラスまたは石英は通常、はるかに少ない費用で同じ光学的役割を果たします。窓ガラスに傷やエッチングが発生して生産ラインが停止すると、サファイアはより安価な選択肢になります。

過酷な光学用途および基板用途向けのカスタムサファイアウェーハ 赤外線、研磨剤、または高温への曝露によってガラスや石英が不十分になる場合、これらのカスタム サファイア ウェーハは硬度、耐薬品性、および電気絶縁を提供します。 製品を見る→

ご注文前に押さえておきたい仕様

ウェーハがシステム内で動作するかどうかは、厚さ、厚さの許容差、全体の厚さの変動、平坦度、表面粗さの 5 つの数値によって決まります。さらにスクラッチ ディグもそれに続きます。

1. 厚さと公差。 商用作業は±0.05 mm、精度は±0.025 mmで実行され、小さな部品は±0.01 mmまで保持できます。
2. 全体の厚さの変化。 最も厚い点と最も薄い点の間のギャップ。それは、ウェーハレベルのアレイ全体にわたる波面誤差、コーティングの均一性、および焦点のシフトを引き起こします。
3. 平坦性。 633 nm の波で報告されます。4 分の 1 波長はおよそ 158 nm の偏差に相当します。直径の 80% を超える値は、全開口数よりも主張が弱いため、必ず測定開口部を記載してください。
4. 表面粗さ。 Ra は散乱およびレーザー損傷のしきい値を設定します。標準的な研磨では 0.5 nm 近くに達します。より長いサイクルでは、超研磨表面は 0.2 nm 以下に達します。
5. スクラッチディグ。 60/40、40/20、または 10/5 などの吹き出しは、許容される傷や穴を定義します。 40/20 から 10/5 までの締め付けには、締め付け厚さの公差よりも多くのコストがかかります。
6. 平行度、刃先、コーティング。 ウェッジはエタロンやビームスプリッターにとって重要であり、エッジチップはカセットの取り扱いにとって重要であり、コーティングの接着は繰り返し洗浄されるものにとって重要です。

光学ウェーハの製造方法

すべてのウェーハは、材料の準備、成形、ラッピング、研磨、洗浄、計測を経て移動しますが、各ステップで除去できるのは、前のステップで取り残されたものだけであり、予測可能な速度で除去できます。

1. 材料の準備。 ガラス シート、石英インゴット、またはサファイア クリスタルを切断または中抜きして、粗いブランクを作成します。後に解放される応力は反りとなって現れるため、加工前に焼鈍状態や内部応力を確認します。
2. 整形。 コアドリル、CNC輪郭加工、またはレーザー切断により輪郭が作成され、ラッピング用の在庫が残ります。この段階で穴とスロットが切り取られます。
3. ラッピングと精密研削。 鋸の損傷を除去し、平行度を確立します。片面あたりの研磨量はパーツのサイズによって異なり、100 ミクロンを超える場合があります。
4. 研磨。 片面または両面のピッチまたはパッド研磨により、平坦度と粗さを設定します。バッチは何時間も実行される可能性があり、多くの場合、スラリーよりも治具の設計の方が重要です。
5. クリーニング。 超音波と洗剤の段階、脱イオンリンス、および制御された乾燥により、後にコーティング欠陥となる透かしや残留物を防ぎます。
6. 計測学。 平面度については干渉法、粗さについては白色光またはスタイラス機器、透過率については分光測光法、スクラッチディグおよびエッジチップについては顕微鏡検査を使用します。
7. 梱包。 クリーンルームの袋詰め、ウェーハキャリア、エッジ保護によって、良好なウェーハが使用可能な状態で到着するかどうかが決まります。

光学および半導体アプリケーション向けのカスタム高精度石英ウェーハ これらの石英ウェーハは、ラッピング、研磨、平坦度の制御が重要となる PLC、MEMS、フォトニクス、および半導体作業向けに、低熱膨張と高透過率を兼ね備えています。 製品を見る→

光ウェーハが使用される場所

光学ウェーハは、イメージセンサー、LiDAR パス、半導体プロセスツール、赤外線ウィンドウ、ディスプレイや照明システムなど、デバイスが平坦で安定した透明なベース層を必要とするあらゆる場所に使用されます。

ガラスウェーハは、材料が安価で研磨プロセスが十分に確立されているため、カメラモジュールやタッチセンシングから照明ディフューザーやマイクロ流体キャリアに至るまで、最も幅広い量の用途に使用されています。

光学、MEMS、半導体パッケージング用のカスタムガラスウェーハ カメラ モジュール、センサー、パターン化された光学アレイ用に、これらのカスタム ガラス ウェーハは、透明性、低蛍光性、安定性を備えた 4 ～ 12 インチ サイズの基板を提供します。 製品を見る→

調達、品質、配送に関する考慮事項

パンフレットではなくプロセスを評価します。購入する正確な材料、形式、公差の組み合わせに関する機能データを求め、証明書を証拠としてではなくベースラインとして扱います。

文書化に関しては、ISO 9001 と ISO 14001 が通常のベースラインであり、ウェーハが自動車プログラムに供給される場合には IATF 16949 が関連します。医療および半導体のバイヤーは通常、RoHS および REACH 宣言に加えて清浄度に関する声明を追加します。リードタイムも公差に従います。ガラスや石英の標準的な円形ウェーハは通常 2 ～ 3 週間で出荷されますが、スロットまたは穴を備えたカスタム輪郭と最初の製品の承認には通常 5 ～ 8 週間かかります。

図面がまだ開いている場合は、 材料、形式、目標公差をエンジニアリング チームに送信します。 注文する前に、各明細に対する機能ステートメントを要求します。

よくある質問

光学ウェーハと光学ウィンドウの違いは何ですか?

ウェハは通常 3 mm 未満と薄く、カセットで扱われ、さらなるデバイス処理のためのベース層として使用されます。ウィンドウはより厚く、通常はフレームまたはハウジングに取り付けられ、完成した透過部品または保護部品として販売されます。どちらも同じ材料と同様の表面仕上げを使用できます。

現実的なサイズと厚さはどれくらいですか?

円形のウェーハは直径 25 mm から 200 mm、正方形のパネルは一辺がおよそ 300 mm に達します。厚さは材料によって異なります。ガラスとサファイアは通常 0.3 mm ～ 3 mm ですが、石英は構造用に厚くなる場合があります。 0.3 mm 未満では、研磨よりも反り、エッジの欠け、および取り扱いが制限要因になります。

ガラス、クォーツ、サファイアの中からどのように選択すればよいですか?

波長帯域から始めて、次に熱的および機械的環境を追加し、次にコストを適用します。ガラスは経済的に可視範囲をカバーし、溶融石英は紫外線まで拡張し、熱サイクルを通じて形状を保持します。サファイアは赤外線に加えて研磨性または化学的に攻撃的な設定をカバーします。

サプライヤーは量産時にどの程度の平坦性を維持できますか?

ガラスまたは石英の 50 mm ～ 100 mm の部品では、633 nm の 4 分の 1 波が経験豊富な研磨業者の日常的な目標であり、選択された部品では 10 分の 1 波が達成可能ですが、サイクルが長くなり歩留まりが低下します。単一の最良の結果ではなく、バッチ全体の分布を求めます。