SiO₂ Kwarts Wafer Kwarts Wafers SiO₂ MEMS Temperatuur 2″ 3″ 4″ 6″ 8″ 12″
Gedetailleerd diagram
Invoering
Kwartswafers spelen een onmisbare rol in de ontwikkeling van de elektronica-, halfgeleider- en optische industrie. Kwartswafers zijn essentieel in smartphones die je gps-navigatiesysteem besturen, ingebouwd in hoogfrequente basisstations die 5G-netwerken aandrijven en geïntegreerd in tools voor de productie van de volgende generatie microchips. Deze zeer zuivere substraten maken innovaties mogelijk in alles van quantumcomputing tot geavanceerde fotonica. Hoewel ze afkomstig zijn van een van de meest voorkomende mineralen op aarde, worden kwartswafers ontworpen volgens buitengewone normen voor precisie en prestaties.
Wat zijn kwartswafels?
Kwartswafers zijn dunne, ronde schijven gemaakt van ultrazuiver synthetisch kwartskristal. Ze zijn verkrijgbaar in standaarddiameters van 5 tot 30 cm en variëren doorgaans in dikte van 0,5 mm tot 6 mm. In tegenstelling tot natuurlijk kwarts, dat onregelmatige prismatische kristallen vormt, wordt synthetisch kwarts gekweekt onder streng gecontroleerde laboratoriumomstandigheden, waardoor uniforme kristalstructuren ontstaan.
De inherente kristalliniteit van kwartswafers biedt ongeëvenaarde chemische bestendigheid, optische transparantie en stabiliteit bij hoge temperaturen en mechanische belasting. Deze eigenschappen maken kwartswafers tot een fundamenteel onderdeel van precisieapparaten die worden gebruikt voor datatransmissie, sensortechnologie, computertechnologie en lasertechnologie.
Specificaties voor kwartswafers
| Kwartstype | 4 | 6 | 8 | 12 |
|---|---|---|---|---|
| Maat | ||||
| Diameter (inch) | 4 | 6 | 8 | 12 |
| Dikte (mm) | 0,05–2 | 0,25–5 | 0,3–5 | 0,4–5 |
| Diametertolerantie (inch) | ±0,1 | ±0,1 | ±0,1 | ±0,1 |
| Diktetolerantie (mm) | Aanpasbaar | Aanpasbaar | Aanpasbaar | Aanpasbaar |
| Optische eigenschappen | ||||
| Brekingsindex bij 365 nm | 1.474698 | 1.474698 | 1.474698 | 1.474698 |
| Brekingsindex @546,1 nm | 1.460243 | 1.460243 | 1.460243 | 1.460243 |
| Brekingsindex @1014 nm | 1.450423 | 1.450423 | 1.450423 | 1.450423 |
| Interne transmissie (1250–1650 nm) | >99,9% | >99,9% | >99,9% | >99,9% |
| Totale transmissie (1250–1650 nm) | >92% | >92% | >92% | >92% |
| Bewerkingskwaliteit | ||||
| TTV (totale diktevariatie, µm) | <3 | <3 | <3 | <3 |
| Vlakheid (µm) | ≤15 | ≤15 | ≤15 | ≤15 |
| Oppervlakteruwheid (nm) | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 |
| Boog (µm) | <5 | <5 | <5 | <5 |
| Fysieke eigenschappen | ||||
| Dichtheid (g/cm³) | 2.20 | 2.20 | 2.20 | 2.20 |
| Young's Modulus (GPa) | 74.20 | 74.20 | 74.20 | 74.20 |
| Mohs-hardheid | 6–7 | 6–7 | 6–7 | 6–7 |
| Schuifmodulus (GPa) | 31.22 | 31.22 | 31.22 | 31.22 |
| Poisson's verhouding | 0,17 | 0,17 | 0,17 | 0,17 |
| Druksterkte (GPa) | 1.13 | 1.13 | 1.13 | 1.13 |
| Treksterkte (MPa) | 49 | 49 | 49 | 49 |
| Diëlektrische constante (1 MHz) | 3,75 | 3,75 | 3,75 | 3,75 |
| Thermische eigenschappen | ||||
| Spanningspunt (10¹⁴.⁵ Pa·s) | 1000°C | 1000°C | 1000°C | 1000°C |
| Gloeipunt (10¹³ Pa·s) | 1160°C | 1160°C | 1160°C | 1160°C |
| Verwekingspunt (10⁷.⁶ Pa·s) | 1620°C | 1620°C | 1620°C | 1620°C |
Toepassingen van kwartswafers
Kwartswafers worden op maat ontworpen om te voldoen aan veeleisende toepassingen in diverse sectoren, waaronder:
Elektronica en RF-apparaten
- Kwartswafers vormen de kern van kwartskristalresonatoren en -oscillatoren die kloksignalen leveren voor smartphones, GPS-apparaten, computers en draadloze communicatieapparaten.
- Dankzij hun lage thermische uitzetting en hoge Q-factor zijn kwartswafers ideaal voor zeer stabiele timingcircuits en RF-filters.
Opto-elektronica en beeldvorming
- Kwartswafers bieden een uitstekende UV- en IR-transmissie, waardoor ze ideaal zijn voor optische lenzen, straalsplitsers, laservensters en detectoren.
- Hun bestendigheid tegen straling maakt gebruik mogelijk in de hoge-energiefysica en in ruimte-instrumenten.
Halfgeleider en MEMS
- Kwartswafers dienen als substraat voor hoogfrequente halfgeleidercircuits, met name in GaN- en RF-toepassingen.
- Bij MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) zetten kwartswafers mechanische signalen om in elektrische signalen via het piëzo-elektrische effect, waardoor sensoren zoals gyroscopen en accelerometers mogelijk worden.
Geavanceerde productie en laboratoria
- Kwartswafers met een hoge zuiverheidsgraad worden veel gebruikt in chemische, biomedische en fotonische laboratoria voor optische cellen, UV-cuvetten en de verwerking van monsters bij hoge temperaturen.
- Dankzij hun compatibiliteit met extreme omgevingen zijn ze geschikt voor plasmakamers en depositietools.
Hoe kwartswafels worden gemaakt
Er zijn twee primaire productieroutes voor kwartswafers:
Gefuseerde kwartswafels
Gefuseerde kwartswafels worden gemaakt door natuurlijke kwartskorrels te smelten tot een amorf glas, waarna het massieve blok in dunne wafels wordt gesneden en gepolijst. Deze kwartswafels bieden:
- Uitzonderlijke UV-transparantie
- Breed thermisch werkbereik (>1100°C)
- Uitstekende thermische schokbestendigheid
Ze zijn ideaal voor lithografieapparatuur, hogetemperatuurovens en optische vensters, maar zijn niet geschikt voor piëzo-elektrische toepassingen vanwege het gebrek aan kristallijne orde.
Gekweekte kwartswafels
Gekweekte kwartswafers worden synthetisch gekweekt om defectvrije kristallen met een nauwkeurige roosteroriëntatie te produceren. Deze wafers zijn ontworpen voor toepassingen die het volgende vereisen:
- Exacte snijhoeken (X-, Y-, Z-, AT-snede, enz.)
- Hoogfrequente oscillatoren en SAW-filters
- Optische polarisatoren en geavanceerde MEMS-apparaten
Het productieproces bestaat uit het kweken van zaden in autoclaven, gevolgd door snijden, oriëntatie, gloeien en polijsten.
Toonaangevende leveranciers van kwartswafers
Wereldwijde leveranciers die gespecialiseerd zijn in zeer precieze kwartswafers zijn onder meer:
- Heraeus(Duitsland) – gesmolten en synthetisch kwarts
- Shin-Etsu Kwarts(Japan) – oplossingen voor wafers met een hoge zuiverheid
- WaferPro(VS) – kwartswafers en substraten met een brede diameter
- Korth Kristalle(Duitsland) – synthetische kristalwafels
De evoluerende rol van kwartswafels
Kwartswafers blijven zich ontwikkelen tot essentiële componenten in opkomende technologische landschappen:
- Miniaturisatie– Kwartswafers worden vervaardigd met nauwere toleranties voor compacte apparaatintegratie.
- Hogere frequentie elektronica– Nieuwe ontwerpen voor kwartswafers dringen door tot mmWave- en THz-domeinen voor 6G en radar.
- Sensoren van de volgende generatie– Van autonome voertuigen tot industrieel IoT: kwartsgebaseerde sensoren worden steeds belangrijker.
Veelgestelde vragen over kwartswafers
1. Wat is een kwartswafer?
Een kwartswafer is een dunne, platte schijf gemaakt van kristallijn siliciumdioxide (SiO₂), die doorgaans wordt geproduceerd in standaard halfgeleiderformaten (bijv. 2", 3", 4", 6", 8" of 12"). Een kwartswafer staat bekend om zijn hoge zuiverheid, thermische stabiliteit en optische transparantie en wordt gebruikt als substraat of drager in diverse toepassingen met hoge precisie, zoals de productie van halfgeleiders, MEMS-apparaten, optische systemen en vacuümprocessen.
2. Wat is het verschil tussen kwarts en silicagel?
Kwarts is een kristallijne vaste vorm van siliciumdioxide (SiO₂), terwijl silicagel een amorfe en poreuze vorm van SiO₂ is, die vaak wordt gebruikt als droogmiddel om vocht te absorberen.
- Kwarts is hard, transparant en wordt gebruikt in elektronische, optische en industriële toepassingen.
- Silicagel bestaat uit kleine korrels en wordt voornamelijk gebruikt voor vochtigheidsregeling in verpakkingen, elektronica en opslag.
3. Waarvoor worden kwartskristallen gebruikt?
Kwartskristallen worden veel gebruikt in de elektronica en optica vanwege hun piëzo-elektrische eigenschappen (ze genereren een elektrische lading onder mechanische belasting). Veelvoorkomende toepassingen zijn onder meer:
- Oscillatoren en frequentieregeling(bijv. quartzhorloges, klokken, microcontrollers)
- Optische componenten(bijv. lenzen, golfplaten, vensters)
- Resonatoren en filtersin RF- en communicatieapparaten
- Sensorenvoor druk, versnelling of kracht
- Halfgeleiderfabricageals substraten of procesvensters
4. Waarom wordt kwarts gebruikt in microchips?
Kwarts wordt gebruikt in toepassingen op het gebied van microchips omdat het de volgende voordelen biedt:
- Thermische stabiliteittijdens hogetemperatuurprocessen zoals diffusie en gloeien
- Elektrische isolatievanwege zijn diëlektrische eigenschappen
- Chemische bestendigheidtot zuren en oplosmiddelen die worden gebruikt bij de fabricage van halfgeleiders
- Dimensionale precisieen lage thermische uitzetting voor betrouwbare lithografie-uitlijning
- Hoewel kwarts zelf niet als actief halfgeleidermateriaal wordt gebruikt (zoals silicium), speelt het een belangrijke ondersteunende rol in de productieomgeving, met name in ovens, kamers en fotomaskersubstraten.
Over ons
XKH is gespecialiseerd in hightech ontwikkeling, productie en verkoop van speciaal optisch glas en nieuwe kristalmaterialen. Onze producten zijn geschikt voor optische elektronica, consumentenelektronica en het leger. We leveren optische componenten van saffier, lenskappen voor mobiele telefoons, keramiek, LT, siliciumcarbide (SIC), kwarts en halfgeleiderkristalwafers. Met onze expertise en geavanceerde apparatuur blinken we uit in de verwerking van niet-standaardproducten en streven we ernaar een toonaangevende hightechonderneming te worden op het gebied van opto-elektronische materialen.
