Płytki optyczne: przewodnik po wyborze szkła, kwarcu i szafiru dla kupujących

Płytka optyczna to cienka płytka o równoległych bokach ze szkła, topionego kwarcu lub szafiru, która została docierana i polerowana, aż obie powierzchnie osiągną tolerancje grubości, płaskości i jakości powierzchni na poziomie mikronów. Znajduje się z przodu konstrukcji dla czujników obrazu, stosów filtrów, falowodów i układów optycznych na poziomie płytki, gdzie kilka mikronów całkowitej zmiany grubości może zmienić ostrość, zniekształcić czoło fali lub wypchnąć powłokę poza specyfikację.

Większość projektów zalicza się do tej kategorii z trzema pytaniami: jaki materiał, jakie tolerancje i który dostawca może zachować te tolerancje w całej serii produkcyjnej, a nie na jednej wypolerowanej próbce. Poniższe sekcje są zgodne z tą kolejnością.

Co dokładnie liczy się jako płytka optyczna

Z punktu widzenia zakupu płytka optyczna to gołe lub powlekane podłoże optyczne dostarczane w formacie okrągłym, kwadratowym lub o niestandardowym konturze, z wymaganiami dotyczącymi wymiarów i powierzchni zapisanymi na rysunku, a nie sugerowanymi przez nazwę materiału.

To rozróżnienie zmienia cytaty. Okno optyczne jest zwykle grubsze, często montowane w ramie i sprzedawane jako gotowa część. Płytka jest cieńsza, jest przechowywana w kasetach lub opakowaniach żelowych i często przechodzi przez kolejne etapy, takie jak powlekanie, łączenie, krojenie w kostkę lub litografia. Dostawcy, którzy dobrze obrabiają okna, nie zachowują automatycznie tolerancji płytek, ponieważ cienkie części uginają się pod naciskiem polerowania i szybko tracą płaskość.

• Okrągłe wafle. Średnice 25 mm, 50 mm, 100 mm, 150 mm i 200 mm, pasujące do formatów nośników stosowanych w czujnikach i fotonicznych liniach technologicznych.
• Panele kwadratowe i prostokątne. Do około 300 mm z boku, powszechne w wyświetlaczach, oświetleniu i formowaniu elementów optycznych na poziomie płytki.
• Niestandardowe kontury. Szczeliny, otwory, schodkowe krawędzie i nieokrągłe kontury, które zapewniają mechaniczną rejestrację lub ścieżki płynu wewnątrz złożenia.

Porównanie płytek optycznych ze szkła, kwarcu i szafiru

Wybierz materiał najpierw według pasma długości fali, następnie środowiska termicznego i mechanicznego, a następnie według kosztu.

Szafir zarabia na swojej cenie w podczerwieni i środowiskach ściernych, a nie w paśmie widzialnym. Jeśli system działa w zakresie od 400 nm do 1000 nm, nigdy nie osiąga cyklu termicznego powyżej 150 C i nie jest narażony na agresywne chemikalia występujące w pomieszczeniu czystym, szkło lub kwarc zwykle wykonują tę samą pracę optyczną za znacznie mniej. Szafir staje się tańszą opcją w momencie, gdy porysowane lub wytrawione okno zatrzyma linię produkcyjną.

Niestandardowe płytki szafirowe do trudnych zastosowań optycznych i podłoża Tam, gdzie narażenie na podczerwień, ścieranie lub wysoką temperaturę sprawia, że szkło lub kwarc są niewystarczające, te niestandardowe płytki szafirowe zapewniają twardość, odporność chemiczną i izolację elektryczną. Zobacz produkt →

Dane techniczne do zablokowania przed złożeniem zamówienia

Pięć liczb decyduje o tym, czy płytka będzie się zachowywać w Twoim systemie: grubość, tolerancja grubości, całkowita zmienność grubości, płaskość i chropowatość powierzchni, z możliwością zarysowania tuż za nią.

1. Grubość i tolerancja. Prace komercyjne przebiegają z dokładnością /- 0,05 mm, precyzja wynosi /- 0,025 mm, a małe części można trzymać z dokładnością do /- 0,01 mm.
2. Całkowita zmienność grubości. Szczelina pomiędzy najgrubszym i najcieńszym punktem. Wpływa na błąd czoła fali, jednorodność powłoki i przesunięcie ostrości w układzie na poziomie płytki.
3. Płaskość. Podawane w falach o długości 633 nm, gdzie ćwierćfala równa się w przybliżeniu 158 nm odchylenia. Zawsze podawaj aperturę pomiarową, ponieważ wartość przyjęta powyżej 80 procent średnicy jest słabszym stwierdzeniem niż wartość pełnej apertury.
4. Chropowatość powierzchni. Ra ustawia próg rozproszenia i uszkodzenia lasera. Standardowe polerowanie ląduje w pobliżu 0,5 nm; superpolerowane powierzchnie osiągają 0,2 nm i mniej przy dłuższych cyklach.
5. Kopanie od podstaw. Objaśnienia takie jak 60/40, 40/20 lub 10/5 określają dozwolone zadrapania i wgłębienia. Dokręcanie z 40/20 do 10/5 często kosztuje więcej niż tolerancja grubości dokręcania.
6. Równoległość, krawędź i powłoka. Klin ma znaczenie w przypadku etalonów i rozdzielaczy belek, odpryski na krawędziach mają znaczenie przy obsłudze kaset, a przyczepność powłoki ma znaczenie w przypadku elementów czyszczonych wielokrotnie.

Jak produkowane są płytki optyczne

Każdy wafel przechodzi przez etapy przygotowania materiału, kształtowania, docierania, polerowania, czyszczenia i metrologii, a na każdym etapie można w przewidywalnym tempie usunąć jedynie to, co pozostawił poprzedni krok.

1. Przygotowanie materiału. Arkusze szkła, wlewki kwarcu lub kryształy szafiru są cięte lub rdzeniowane w szorstkie półfabrykaty. Stan wyżarzania i naprężenia wewnętrzne są potwierdzane przed obróbką, ponieważ naprężenia uwolnione później ujawniają się jako wygięte.
2. Modelacja. Wiercenie rdzeniowe, konturowanie CNC lub cięcie laserowe tworzą kontur i pozostawiają materiał do docierania. Na tym etapie wycinane są otwory i szczeliny.
3. Docieranie i szlifowanie dokładne. Usuwa uszkodzenia piły i ustanawia równoległość. Usuwanie naddatku na stronę zależy od rozmiaru części i może przekraczać 100 mikronów.
4. Polerowanie. Polerowanie podziałowe lub padowe, jednostronne lub dwustronne, ustala płaskość i szorstkość. Partia może pracować godzinami, a projekt osprzętu często ma większe znaczenie niż zawiesina.
5. Czyszczenie. Etapy ultradźwiękowe i detergentowe, dejonizowane płukanie i kontrolowane suszenie zapobiegają powstawaniu śladów wody i pozostałości, które później stają się defektem powłoki.
6. Metrologia. Interferometria do pomiaru płaskości, przyrządy wykorzystujące światło białe lub rysik do pomiaru chropowatości, spektrofotometria do transmisji oraz mikroskopia do wykrywania zarysowań i odłamków krawędziowych.
7. Opakowanie. Worki do pomieszczeń czystych, nośniki płytek i ochrona krawędzi decydują o tym, czy dobry wafel dotrze w stanie nadającym się do użytku.

Niestandardowe, precyzyjne płytki kwarcowe do zastosowań optycznych i półprzewodnikowych Te płytki kwarcowe łączą w sobie niską rozszerzalność cieplną i wysoką transmisję dla PLC, MEMS, fotoniki i półprzewodników, gdzie liczy się docieranie, polerowanie i kontrola płaskości. Zobacz produkt →

Gdzie stosowane są płytki optyczne

Płytki optyczne pojawiają się wszędzie tam, gdzie urządzenie potrzebuje płaskiej, stabilnej, przezroczystej warstwy bazowej: czujniki obrazu, ścieżki LiDAR, narzędzia do przetwarzania półprzewodników, okna podczerwieni oraz systemy wyświetlaczy lub oświetlenia.

Płytki szklane mają najszerszy zakres zastosowań objętościowych, od modułów kamer i czujników dotykowych po dyfuzory oświetleniowe i nośniki mikroprzepływowe, ponieważ materiał jest niedrogi, a proces polerowania jest dobrze ugruntowany.

Niestandardowe płytki szklane do opakowań optycznych, MEMS i półprzewodników W przypadku modułów kamer, czujników i wzorzystych układów optycznych te niestandardowe wafle szklane zapewniają przezroczystość, niską fluorescencję i stabilne podłoża w rozmiarach od 4 do 12 cali. Zobacz produkt →

Zagadnienia dotyczące zaopatrzenia, jakości i dostawy

Kwalifikuj proces, a nie broszurę: poproś o dane dotyczące możliwości dotyczące dokładnego materiału, formatu i kombinacji tolerancji, które kupujesz, i traktuj certyfikaty jako punkt odniesienia, a nie jako dowód.

Jeśli chodzi o dokumentację, zwykle normami bazowymi są normy ISO 9001 i ISO 14001, a norma IATF 16949 staje się istotna, gdy płytka zasila program motoryzacyjny. Nabywcy sprzętu medycznego i półprzewodników zwykle dodają deklaracje RoHS i REACH oraz oświadczenie o czystości. Czas realizacji również jest zgodny z tolerancją: standardowe wafle okrągłe ze szkła i kwarcu są zwykle dostarczane w ciągu dwóch do trzech tygodni, natomiast niestandardowe kontury ze szczelinami lub otworami i zatwierdzeniem pierwszego artykułu trwają zwykle od pięciu do ośmiu tygodni.

Jeśli rysunek jest nadal otwarty, wyślij zespołowi inżynieryjnemu materiał, format i tolerancje docelowe i poproś o oświadczenie dotyczące zdolności w odniesieniu do każdej linii przed złożeniem zamówienia.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między płytką optyczną a oknem optycznym?

Płytka jest cienka, zwykle poniżej 3 mm, przechowywana w kasetach i używana jako warstwa bazowa do dalszej obróbki urządzenia. Okno jest grubsze, zwykle montowane w ramie lub obudowie i sprzedawane jako gotowa część przepuszczalna lub ochronna. W obu przypadkach można zastosować te same materiały i podobne wykończenia powierzchni.

Jakie rozmiary i grubości są realistyczne?

Wafle okrągłe mają średnicę od 25 mm do 200 mm, a panele kwadratowe mają bok o boku około 300 mm. Grubość zależy od materiału: szkło i szafir zwykle mieszczą się w przedziale od 0,3 mm do 3 mm, podczas gdy kwarc może być grubszy do zastosowań konstrukcyjnych. Poniżej 0,3 mm wygięcie, odpryski krawędzi i obsługa stają się czynnikami ograniczającymi, a nie polerowanie.

Jak wybrać pomiędzy szkłem, kwarcem i szafirem?

Zacznij od pasma długości fali, następnie dodaj środowisko termiczne i mechaniczne, a następnie zastosuj koszt. Szkło ekonomicznie pokrywa zakres widzialny, stopiony kwarc rozciąga się do ultrafioletu i utrzymuje kształt poprzez cykle termiczne, a szafir pokrywa podczerwień oraz środowiska ścierne lub agresywne chemicznie.

Jaką płaskość może utrzymać dostawca w produkcji seryjnej?

W przypadku części ze szkła lub kwarcu o średnicy od 50 do 100 mm ćwierćfala przy 633 nm jest rutynowym celem dla doświadczonej polerki, a jedną dziesiątą fali można uzyskać na wybranych częściach kosztem dłuższych cykli i niższej wydajności. Poproś o dystrybucję w całej partii zamiast o najlepszy pojedynczy wynik.