ویفرهای نوری: مقایسه شیشه، کوارتز و یاقوت کبود برای کاربردهای دقیق

یک ویفر بوروسیلیکات و یک ویفر یاقوت کبود می توانند قطر 100 میلی متر و ضخامت 1.0 میلی متر یکسان داشته باشند، اما یکی از آنها کسری از دیگری قیمت دارد و در شرایط کاری بسیار متفاوت زنده می ماند. این شکاف جایی است که اکثر اشتباهات خرید ویفر مرتکب می شوند. در عمل، ویفر نوری مناسب به سه تصمیم به این ترتیب می رسد: انتخاب ماده برای انتقال، سختی، و رفتار حرارتی. صافی و ارقام با کیفیت سطح را که فرآیند پایین دست واقعاً می تواند تحمل کند، تعریف کنید. و نیاز به داده های بازرسی دارد که هر دو را قبل از حمل و نقل ثابت کند. بخش های زیر به نوبه خود از طریق هر تصمیم کار می کنند.

ویفر نوری چیست؟

ویفر نوری یک دیسک نازک از مواد درجه نور، معمولاً شیشه، کوارتز ذوب شده، یا یاقوت کبود تک کریستال است که با تحمل‌های بسیار زیاد در ضخامت، صافی و کیفیت سطح تولید می‌شود. بر خلاف یک پنجره نوری تمام شده، که مستقیماً در مسیر پرتو نصب می‌شود، ویفر معمولاً یک بستر است: سطح شروعی که در طول پردازش پایین‌دست، پوشش داده می‌شود، طرح‌بندی می‌شود، به هم چسبانده می‌شود یا برش داده می‌شود.

قطرهای استاندارد از 25.4 میلی‌متر (1 اینچ) تا 300 میلی‌متر، با ضخامت‌های معمولاً بین 0.5 تا 1.1 میلی‌متر است، اگرچه اندازه‌های سفارشی در اپتیک صنعتی معمول هستند. پنج پارامتر یک ویفر قابل استفاده را از یک رد شده جدا می کند:

• تنوع ضخامت کل (TTV): تفاوت بین ضخیم ترین و نازک ترین نقاط در سراسر سطح صیقلی.
• کمان و تار: انحراف صفحه وسط ویفر از صاف، که معمولاً در اثر تنش باقی مانده از آسیاب کردن یا لپ زدن ایجاد می شود.
• کیفیت سطح: نمرات حفاری خراش مانند 40-20 یا 20-10 در هر MIL-PRF-13830 که خراش ها و گودبرداری های مجاز را محدود می کند.
• زبری سطح: ویفرهای صیقلی معمولاً به Ra زیر 1 نانومتر و استاک صیقلی دو طرفه زیر 0.5 نانومتر می رسند.
• شرایط لبه: هندسه پخ و محدودیت های تراشه، که نرخ شکستگی را در حین جابجایی و دایره کردن ایجاد می کند.

شیشه، کوارتز یا یاقوت کبود: انتخاب مواد ویفر

انتخاب مواد بیش از هر تصمیم ویفر دیگری بر هزینه و عملکرد غالب است. جدول زیر محدوده‌های ویژگی‌هایی را که انتخاب را هدایت می‌کنند، مقایسه می‌کند، و یادداشت‌های بعد از آن توضیح می‌دهند که هر ماده کجا جایگاه خود را به دست می‌آورد.

هنگامی که انتخاب به دو گزینه که اغلب با هم مقایسه می شوند محدود می شود، تصمیم معمولاً انتقال UV و پایداری حرارتی را به جای قیمت به تنهایی تغییر می دهد. ما این جفت شدن را در مقایسه خود با جزئیات پوشش می دهیم ویفرهای نوری کوارتز در مقابل شیشه .

ویفرهای شیشه ای: اسب کاری برای باندینگ و حامل ها

ویفرهای شیشه ای، معمولاً بوروسیلیکات یا شیشه های نوری مشابه، مقرون به صرفه ترین گزینه هستند که در آن انتقال یا سختی شدید لازم نیست. انبساط حرارتی آنها به اندازه کافی به سیلیکون برای اتصال آندی نزدیک می شود، که آنها را به بسترهای استاندارد برای سنسورهای فشار MEMS و دستگاه های محصور شده تبدیل می کند. آنها همچنین به عنوان ویفرهای حامل در هنگام کار با دستگاه نازک و به عنوان بسترهای پایه برای اپتیک های طرح دار عمل می کنند. محدودیت ها واقعی هستند: انتقال اشعه ماوراء بنفش ضعیف تر از کوارتز ذوب شده، مقاومت در برابر شوک حرارتی کمتر، و سطحی که با چرخه های حمل مکرر راحت تر خراش می دهد.

ویفرهای شیشه ای برای MEMS، سنسور و بسترهای نوری ویفرهای شیشه ای بوروسیلیکات و مشابه آن دارای هزینه کم، شفافیت و انبساط حرارتی نزدیک به سیلیکون برای اتصال آندی هستند. این باعث می‌شود که آنها برای زیرلایه‌های حسگر MEMS، ویفرهای حامل و اپتیک‌های طرح‌دار که در آن‌ها انتقال شدید UV یا سختی لازم نیست، ارزش بررسی داشته باشند. مشاهده محصول →

ویفرهای کوارتز: انبساط کم و عملکرد عمیق UV

ویفرهای کوارتز ذوب شده با انبساط حرارتی بسیار کم، تقریباً 0.5 ppm/K، که مرتبه‌ای از قدر زیر اکثر شیشه‌ها است، با انتقال قوی در عمق ماوراء بنفش، جفت می‌شوند. این ترکیب نقش آن‌ها را به‌عنوان ماسک‌های نوری، بسترهای نوری UV و صفحات فرآیندی در تجهیزات نیمه‌رسانا توضیح می‌دهد. یک تله خرید شایسته توجه است: "کوارتز" می تواند به معنای کوارتز ذوب شده آمورف یا کوارتز کریستالی پیزوالکتریک باشد، و این دو به طور قابل توجهی از نظر قیمت، ماشین کاری و کاربرد متفاوت هستند. قبل از درخواست مظنه، تأیید کنید که فرآیند واقعاً به کدام یک نیاز دارد.

کوارتز ذوب شده Wafers with Low Expansion and UV Transmission ویفرهای کوارتز ذوب شده انبساط حرارتی در حدود 0.5 ppm/K را با انتقال قوی به عمق اشعه ماوراء بنفش ترکیب می کنند. آنها ارزش مشاهده برای ماسک های خالی، اپتیک UV، و صفحات فرآیند تجهیزات نیمه هادی را دارند، مشروط بر اینکه فرآیند به جای کوارتز کریستالی به آمورف نیاز داشته باشد. مشاهده محصول →

ویفرهای یاقوت کبود: سختی و محیط های خشن

یاقوت کبود تک کریستالی برای هر ویفر و ماشین بسیار کندتر از شیشه یا کوارتز هزینه دارد، اما هیچ چیز دیگری در استفاده نوری معمولی سختی 9-Mohs، پوشش طیفی از حدود 150 نانومتر تا 5.5 میکرومتر و رسانایی حرارتی بالا را ترکیب نمی کند. این بستر پیش‌فرض برای اپیتاکسی ال‌ای‌دی نیترید گالیوم است، یک انتخاب استاندارد برای پنجره‌های مادون قرمز متوسط ​​و سنسورهایی که در معرض ساییدگی یا دمای بالا قرار دارند، و به طور فزاینده‌ای در اپتیک خودرو رایج است. از آنجایی که خواص یاقوت کبود به جهت کریستالوگرافی بستگی دارد، برش، خواه C-plane، R-plane، یا صفحه دیگر، باید به صراحت روی نقشه ذکر شود.

ویفرهای یاقوت کبود برای اپیتاکسی LED و مصارف اپتیکال خشن یاقوت کبود تک کریستالی دارای سختی 9-Mohs، انتقال از تقریباً 150 نانومتر تا 5.5 میکرومتر و هدایت حرارتی بالا است. این محصول برای اپیتاکسی ال ای دی GaN، پنجره های مادون قرمز میانی و سنسورهایی که در برابر سایش یا دماهای بالا قرار دارند، با صفحه کریستالی مشخص شده قابل توجه است. مشاهده محصول →

مشخصات برای قفل کردن قبل از درخواست قیمت

بیشتر رد ویفرها به مشخصاتی بازمی‌گردد که هرگز بیان نشده‌اند، نه به خرابی‌های تولید. قبل از ارسال درخواست برای قیمت، روی هر مورد زیر یک عدد قرار دهید:

1. قطر و ضخامت با تلورانس‌ها، برای مثال قطر 100 ± 0.1 میلی‌متر و ضخامت 0.05 ± 1.0 میلی‌متر، به جای «100 میلی‌متر اسمی».
2. محدودیت‌های صافی مطابق با کاربرد: بسترهای لیتوگرافی ممکن است به تغییر ضخامت کلی زیر چند میکرون در طول دیافراگم شفاف نیاز داشته باشند، در حالی که استفاده عمومی نوری مقادیر کم‌تری را تحمل می‌کند.
3. کیفیت سطح به صورت خراش نشان داده می شود، معمولاً 40-20 برای استفاده عمومی و 20-10 در جایی که نور پراکنده اهمیت دارد.
4. فرمت پولیش، یک طرفه یا دو طرفه، زیرا هر دو سطح زمانی که ویفر یک مسیر نوری یا یک عملیات چکش دقیق را تغذیه می کند، اهمیت دارند.
5. جهت کریستالی برای یاقوت کبود یا نوع برش برای کوارتز کریستالی، به جای فرض شده، در نقشه نشان داده شده است.
6. الزامات تمیز کردن، بسته بندی و مستندات، از جمله اینکه آیا هر قطعه به نقشه های مسطح بودن تداخل سنج و گواهی انطباق نیاز دارد یا خیر.

چگونه صافی در تولید به دست می آید و تأیید می شود

صافی ویفر از طریق یک دنباله ثابت ساخته می شود: اره کردن قسمت خالی، ساییدن تا ضخامت تقریباً نهایی، غلاف برای از بین بردن آسیب های زیرسطحی، سپس پرداخت، یک طرفه یا دو طرفه، برای وارد کردن سطح به مشخصات. هر مرحله باید آسیب به جا مانده از مرحله قبل را از بین ببرد، و عجله در یک مرحله به عنوان خراش یا فشار باقی مانده در بازرسی نهایی نشان داده می شود.

تأیید به اندازه پردازش اهمیت دارد. TTV، bow و warp معمولاً با اسکن نوری غیر تماسی اندازه گیری می شوند، در حالی که شکل سطح با تداخل سنجی در طول موج مشخص شده تأیید می شود. یک شکل مسطح که بدون دیافراگم و طول موج نقل شده است، مانند "λ/10 مسطح" بدون هیچ شرایطی، نمی تواند با شماره تامین کننده دیگری مقایسه شود، بنابراین هر دو را در نقشه قرار دهید.

جایی که از ویفرهای نوری استفاده می شود

اپتیک های مبتنی بر ویفر در صنایع بسیار بیشتری نسبت به تولید نیمه هادی به تنهایی ظاهر می شوند:

• تولید نیمه هادی: بسترهای ماسک نوری، اپتیک های بازرسی، و ویفرهای حامل برای جابجایی دستگاه های نازک.
• حسگرهای نوری در سیستم‌های تصویربرداری: پردازش در سطح ویفر پنجره‌های حسگر، فیلترها و بسترهای میکرولنز را در دسته‌هایی با کیفیت سطح ثابت تولید می‌کند.
• دستگاه‌های MEMS: ویفرهای شیشه‌ای که به‌صورت آندی به سیلیکون متصل شده‌اند، حسگرهای فشار، میکروفون‌ها و رزوناتورها را تشکیل می‌دهند.
• سیستم‌های فرابنفش و مادون قرمز: کوارتز ذوب شده لیتوگرافی و طیف‌سنجی با اشعه ماوراء بنفش عمیق را ارائه می‌کند، در حالی که یاقوت کبود پنجره‌های متوسط ​​IR و سنجش دمای بالا را پوشش می‌دهد.
• خودرو و LiDAR: بسترهای سخت و پایدار از نظر ابعاد برای اپتیک های امیتر و گیرنده که باید از نوسانات ارتعاش و دما جان سالم به در ببرند.

خطرات رایج تدارکات و نحوه اجتناب از آنها

چهار موضوع بیشترین مشکل در تامین ویفر را تشکیل می دهند:

• فراخوانی مبهم مسطح بودن. هر شکل صافی نیاز به دیافراگم، طول موج و روش اندازه گیری دارد که روی نقشه نوشته شده باشد.
• برچسب گذاری غلط مواد بررسی کنید که آیا "کوارتز" به معنای مواد آمورف ذوب شده یا ذخایر کریستالی است و آیا ویفر "شیشه ای" بوروسیلیکات، آلومینوسیلیکات یا ترکیب دیگری است، زیرا هر کدام از نظر انبساط و انتقال متفاوت هستند.
• عدم تطابق انبساط حرارتی در مجموعه های متصل ویفر شیشه ای متصل به سیلیکون باید برای سازگاری با انبساط انتخاب شود، یا در طول چرخه حرارتی باند ترک می خورد.
• داده های بازرسی وجود ندارد. بدون نقشه های تداخل سنج یا گواهی انطباق، مشکلات سطح تنها پس از پردازش پایین دست ظاهر می شوند، زمانی که ویفر رد شده بیشترین هزینه را دارد.

کار با یک تولید کننده ویفر نوری

خریدارانی که تامین کنندگان را ارزیابی می کنند به یک چک لیست کوتاه نیاز دارند: پردازش اثبات شده هر سه ماده ویفر، قابلیت کنترل صافی نشان داده شده، و یک سیستم کیفیت ممیزی شده بر اساس استانداردهای شناخته شده. Changzhou Haolilai Photo-Electricity Scientific and Technical Co., Ltd. (HLL) از سال 1998 قطعات نوری دقیقی را از تأسیسات 35000 متر مربعی در منطقه ملی فناوری پیشرفته چانگژو تولید کرده است که بیش از 300 نفر را استخدام کرده و به بیش از 20 کشور صادر می کند. این شرکت دارای گواهینامه های ISO 9001:2015، ISO 14001:2015، و IATF 16949 است که آخرین آنها از کار زنجیره تامین خودرو پشتیبانی می کند و یک مرکز مهندسی نوری دقیق استانی را اداره می کند که از پروژه های ویفر و بستر سفارشی پشتیبانی می کند.

نیازهای ویفر بین کاربردهای نیمه هادی، خودرو و لیزر بسیار متفاوت است، بنابراین سریع ترین مسیر برای قیمت گذاری دقیق، نقشه ای است که دارای مشخصات ذکر شده در بالا باشد. تیم مهندسی HLL نیازمندی‌های سفارشی را بررسی می‌کند و راه‌حل‌های نوری متناسب را ارائه می‌دهد، و درخواست‌ها برای نقل قول یا سوالات فنی را می‌توان از طریق صفحه تماس .

نسخه کوتاه: مواد را برای خواص نوری و حرارتی آن انتخاب کنید، صافی و کیفیت سطح را با اعداد و شرایط اندازه‌گیری مشخص کنید، و داده‌های بازرسی را با تحویل درخواست کنید. خریدارانی که این ترتیب را دنبال می‌کنند، از گران‌ترین حالت‌های خرابی در منبع‌یابی ویفر اجتناب می‌کنند و در چرخه‌های تکرار کمتری از قیمت به قطعات واجد شرایط حرکت می‌کنند.