Lasilevy on edistyneistä lasimateriaaleista valmistettu erittäin tarkka pyöreä alusta. Se valmistetaan tyypillisesti materiaaleista, kuten sulatetusta piidioksidista, alkalittomasta lasista ja lasi-piikomposiittimateriaaleista. Tarkkuutta vaativien prosessien, kuten leikkaamisen, hionnan ja kiillotuksen, avulla näistä materiaaleista valmistetaan erittäin tasaisia kiekkoja, joiden mittoja ja pinnan laatua valvotaan tiukasti.
Uutena toiminnallisena materiaalina, lasilevyt Niitä käytetään laajalti puolijohteiden valmistuksessa, mikroelektroniikassa, optiikassa ja edistyneessä pakkaustekniikassa. Niillä on erinomainen kemiallinen stabiilisuus, vahva lämmönkestävyys, pieni pinnan karheus ja korkea optinen läpäisykyky, minkä vuoksi ne ovat erittäin arvokkaita huipputeknologian aloilla.
Puolijohdeprosessien jatkuvan miniatyrisoinnin ja tarkkuuden parantumisen myötä lasilevyt ovat yhä tärkeämpiä piipohjaisten materiaalien täydennyksiä, ja niillä on vahva potentiaali mikrojärjestelmätekniikassa, optoelektroniikassa ja kuluttajaelektroniikassa.
Lasilevyjen määritelmä ja keskeiset ominaisuudet
Lasilevyt, erityisesti sulatetusta piidioksidista valmistetut levyt, ovat erittäin tarkkoja lasialustoja, jotka on kehitetty puolijohde- ja optisen tekniikan rinnalla.
Perinteisiin lasituotteisiin verrattuna lasilevyjen valmistuksessa on valvottava huomattavasti tiukemmin seuraavia seikkoja:
- Mitatarkkuus
- Paksuuden tasaisuus
- Pinnan tasaisuus ja karheus (jotka ulottuvat usein mikronien tai jopa nanometrien tasolle)
Tärkeimmät suorituskykyominaisuudet
Lasilevyillä on tyypillisesti seuraavat ominaisuudet:
- Erinomainen korkean lämpötilan kestävyys
- Erinomainen kemiallinen korroosionkestävyys
- Korkea optinen läpäisykyky
- Vakaat mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet
- Erittäin pieni pinnan karheus
Näiden ominaisuuksien ansiosta lasilevyt täyttävät MEMS-laitteiden, CMOS-kuvasensorien, CCD-kuvantamisjärjestelmien, mikroaaltopiirien, IoT-laitteiden sekä erilaisten optisten ja laserkomponenttien tiukat vaatimukset.
Lisäksi optisissa sovelluksissa lasilevyt voivat toimia paitsi optisten komponenttien perusmateriaaleina myös tarkkuusrakenteiden, kuten linssien ja prismojen, valmistuksessa. Niitä käytetään yhä enemmän myös AR/MR-puettavissa laitteissa ja muussa edistyneessä kuluttajaelektroniikassa.
Fused Silica -lasilevyjen luokittelu ja suorituskyky
Valmistusprosessien ja spektriominaisuuksien perusteella sulatettu piidioksidilasi jaetaan yleensä kolmeen päätyyppiin:
1. UV-luokan synteettinen sulatettu piidioksidi (JGS1)
JGS1 valmistetaan kemiallisen kaasufaasipinnoitustekniikan (CVD) avulla. Sen hydroksylipitoisuus on suhteellisen korkea (noin 950–1400 ppm) ja metallipitoisuus erittäin alhainen.
- Aallonpituusalue: 185–2000 nm
- Ominaisuudet: erinomainen syvän UV-säteilyn läpäisykyky, vahva säteilynkestävyys
- Käyttökohteet: syvä-UV-optiikka, fotolitografijärjestelmät ja huippuluokan puolijohdeoptiset laitteet
2. Liekkikäsitelty kvartsilasi (JGS2)
JGS2 valmistetaan happi-vety-liekkisulatusmenetelmällä, ja sen hydroksyylipitoisuus on kohtalainen (noin 150–400 ppm).
- Läpäisyalue: 250–2000 nm
- Ominaisuudet: tasapainoinen UV- ja näkyvän valon läpäisy
- Käyttökohteet: yleiset optiset järjestelmät, elektroniikkateollisuus ja puolijohteiden valmistus
3. Tyhjiö-sähkö-sulatus-infrapuna-kvartsi (JGS3)
JGS3 valmistetaan korkean lämpötilan tyhjiöolosuhteissa, minkä ansiosta sen hydroksyylipitoisuus on erittäin alhainen (<5 ppm).
- Läpäisyalue: 260–3500 nm
- Ominaisuudet: erinomainen infrapunasäteilyn läpäisykyky, heikompi UV-suojaus
- Käyttökohteet: infrapunaoptiikka ja korkean lämpötilan olosuhteet
Lasilevyjen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Lasilevyillä on merkittäviä etuja sekä fysikaalisten että kemiallisten ominaisuuksien osalta.
Sähköiset ominaisuudet
Niillä on korkea läpilyöntilujuus ja alhainen dielektrinen häviö jopa korkeissa lämpötiloissa, minkä ansiosta ne soveltuvat korkeataajuisiin ja suurta vakautta vaativiin elektroniikkaympäristöihin.
Lämpöominaisuudet
Sulatetun piidioksidilasin lämpölaajenemiskerroin on erittäin pieni (noin 0,55 × 10⁻⁶/°C), sulamispiste on noin 1713 °C ja pehmenemispiste noin 1580 °C. Tämä takaa erinomaisen lämpöstabiilisuuden ja lämpöshokin kestävyyden.
Rakenteellinen vakaus
Materiaali säilyttää vakaan sisäisen rakenteensa monimutkaisissakin prosessointiolosuhteissa, minkä ansiosta se soveltuu pitkäaikaiseen käyttöön edistyneissä valmistusympäristöissä.
Lasilevyjen käyttökohteet nykyaikaisessa teollisuudessa
Lasilevyt ovat keskeisessä asemassa useilla korkean teknologian aloilla, erityisesti puolijohteiden, optiikan ja mikroelektroniikan aloilla.
1. Puolijohteet ja mikroelektroniikka
Puolijohdesovelluksissa lasilevyjä käytetään laajalti seuraavissa:
- MEMS-laitteet (mikroelektromekaaniset järjestelmät)
- CMOS-kuvasensorit
- CCD-kuvantamisjärjestelmät
- Mikroaaltopiirien rakenteet
- IoT-anturijärjestelmät
Niitä käytetään yleisesti myös kantosubstraatteina piikiekkojen tason pakkauksessa (WLP) ja fan-out-piikiekkojen tason pakkauksessa (FOWLP), joissa ne tarjoavat mekaanista tukea ja vakautta piikiekon ohennuksen ja käsittelyn aikana.
2. Optiset ja optoelektroniset järjestelmät
Perinteisessä optiikassa lasilevyjä käytetään linsseissä, prismoissa ja laserkomponenteissa.
Nykyaikaisessa optoelektroniikassa niitä käytetään seuraavissa sovelluksissa:
- Tarkkuusoptiset järjestelmät
- Suorituskykyiset kuvantamismoduulit
- Anturit ja tunnistusjärjestelmät
Niiden erinomainen läpinäkyvyys ja mittavakaus tekevät niistä ihanteellisia erittäin tarkkoihin optisiin rakenteisiin.
3. Kuluttajaelektroniikka ja uudet sovellukset
AR/MR-tekniikoiden ja puettavien laitteiden nopean kehityksen myötä lasilevyjä käytetään yhä enemmän kuluttajaelektroniikassa, muun muassa:
- AR/MR-optiset substraatit
- Sormenjälkitunnistusmoduulit
- Älypuhelimen kameran rakenneosat
- Projisointi- ja näyttöjärjestelmät
Niiden erinomainen optinen kirkkaus ja rakenteellinen tarkkuus tarjoavat merkittäviä etuja miniatyrisoiduissa optisissa järjestelmissä.
Teollisuuden arvoketjun rakenne
Lasilevyjen tuotantoketju koostuu kolmesta pääsegmentistä:
Ylävirtaan
- Erittäin puhdasta kvartsihiekkaa
- Lasin raaka-aineet
Midstream
- Sulatus ja muovaus
- Tarkkuusleikkaus
- Hionta ja kiillotus
- Edistyksellinen tarkastus ja mittaustekniikka
Alavirtaan
- Puolijohteiden valmistus
- Optiset järjestelmät
- Näyttötekniikat
- Kehittyneet pakkausteollisuuden alat
Yleisiä piikiekkojen kokoja ovat 6 tuuman, 8 tuuman ja 12 tuuman mallit, ja suuntaus on jatkuvasti kohti suurempia kokoja ja tiukempia tarkkuusvaatimuksia.
Päätelmä
Lasilevyt ovat korkean suorituskyvyn toiminnallisia materiaaleja, joissa yhdistyvät erinomaiset lämpö-, optiset ja kemialliset ominaisuudet. Niiden merkitys puolijohde- ja optoelektroniikkateollisuudessa kasvaa jatkuvasti.
Mikroelektroniikan ja optisten teknologioiden jatkuvan kehityksen myötä lasilevyjen kysyntä pysyy vakaana perinteisissä puolijohdesovelluksissa, mutta laajenee myös nopeasti MEMS-tekniikan, AR/MR-järjestelmien ja edistyneiden pakkausratkaisujen aloille.
Tulevaisuudessa, kun valmistuksen tarkkuus ja materiaaliteknologia kehittyvät edelleen, lasilevyjen odotetaan nousevan keskeiseksi materiaaliksi seuraavan sukupolven huipputason valmistusjärjestelmissä.
