Оптический кварц и кристаллическое стекло охватывает более широкий набор вариантов, чем подразумевает большинство чертежей, и именно различия между ними определяют и характеристики, и цену. В этой статье сравниваются практические варианты, доступные для модули камер смартфонов, — подложка, процесс нанесения покрытия, толщина и допуск, — и показано, где каждый компромисс оправдан, а где нет.
Оптический кварц и кристаллическое стекло в Модули камер смартфонов
Для модули камер смартфонов это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Модули камер телефонов — самые стеснённые по пространству оптические сборки в массовом производстве. Каждый компонент измеряется долями миллиметра, стек склеивается и работает рядом с оплавлением, а модуль должен выдерживать испытания на падение, термоциклирование и годы истирания в кармане. Оптические требования сосредоточены на точности цвета по широкому полю зрения, низких бликах от внутренних отражений и стабильности характеристик после отверждения клея.
Особенности покрытия и осаждения
Нанесение покрытия на кварц означает работу с напряжениями и чистотой. Его низкое расширение означает, что подложка не снимет напряжения, которые вносит плотный оксидный стек, поэтому на тонких деталях покрытие может заметно выгнуть окно; иногда требуется уравновешенная конструкция со слоем, компенсирующим напряжения, на обратной стороне. Кварц притягивает и удерживает загрязнения иначе, чем мягкое стекло, поэтому очистка перед нанесением покрытия длиннее и обычно включает обработку УФ-озоном или в плазме. Для лазерных деталей спецификацию определяют поглощение покрытия и порог повреждения, и покрытие нужно оценивать на рабочей длине волны и длительности импульса, а не по удобному широкополосному среднему. В Модули камер смартфонов именно сочетание твёрдого покрытия с низким поглощением и кромки с фаской и тонкой доводкой позволяет кварцевому окну пережить и оптический поток, и термический цикл.
Что определяет стоимость и срок поставки
Кварц дороже оптического стекла на каждом переделе. Сырьё стоит в несколько раз больше BK7, и он полируется куда медленнее из-за своей твёрдости, поэтому окно из марки для глубокого УФ может стоить в пять-десять раз дороже эквивалентной боросиликатной детали. Выбор марки влияет на цену сильнее размера: материал с низким содержанием OH и марки с малым числом пузырей и высокой однородностью идут с большими наценками. Плоскостность и качество поверхности следуют обычной закономерности, где каждый более жёсткий шаг добавляет отделочную операцию. В Модули камер смартфонов разумный подход — покупать самый дешёвый кварц, удовлетворяющий требованию по пропусканию, и задавать марку для глубокого УФ только там, где полоса действительно этого требует, поскольку большинство деталей, заявленных как глубокий УФ, никогда не видят света ниже 350 nm.
Выбор подложки и материала
Внутри плавленого кварца есть реальный выбор. Марки с низким содержанием OH практически не содержат гидроксильных групп и пропускают дальше в инфракрасную область, с меньшим поглощением около 2.7 микрометра, поэтому они подходят для ИК- и мощных применений. Марки с высоким содержанием OH содержат несколько сотен частей на миллион гидроксильных групп и предпочтительны там, где важны работа в глубоком УФ и стойкость к солнеризации. Природный кварц используют, когда нужны его кристаллические свойства, но он содержит больше включений, а анизотропия осложняет полирование. Синтетический кристалл (выращенный кварц) даёт то же оптическое поведение при лучшей воспроизводимости. В Модули камер смартфонов спецификация, предотвращающая большинство споров, — это не название марки, а набор чисел: содержание OH, класс пузырей и кривая пропускания в интересующей полосе.
Сравнение с альтернативами
Альтернативы зависят от того, какое свойство определяет выбор. Там, где нужно пропускание в глубоком УФ, главный конкурент — фторид кальция, дающий пропускание дальше в ультрафиолет при существенно большей стоимости и большей хрупкости. Там, где определяющим является термическая стабильность, боросиликат или стекло с низким расширением часто достаточны за долю цены. Там, где главное — твёрдость, сапфир выигрывает по стойкости к царапинам и по пропусканию в инфракрасной области, хотя он анизотропен и дорог. Там, где деталь — просто механическое окно, обычно справится обычный боросиликат. В Модули камер смартфонов надёжный тест — определить то единственное свойство, которое не выдержит более дешёвый материал, и проверить, действительно ли применение доходит до этого предела.
Стандарты, документация и прослеживаемость
Кварцевая оптика задаётся теми же чертёжными стандартами, что и другие элементы, — ISO 10110 и ISO 12123, — с дополнительными спецификациями материала, охватывающими содержание OH, класс пузырей и однородность. Лазерные применения ссылаются на стандарты испытаний порога повреждения и часто требуют данных по контрольным образцам. Спецификации чистоты становятся важны для деталей, соседствующих с полупроводниковым производством, где число частиц на единицу площади контролируется и документируется. Экологическое соответствие покрывается декларациями RoHS и REACH. В Модули камер смартфонов документацией, которая чаще всего определяет, можно ли выпустить деталь, является прослеживаемость до партии материала, потому что проблему с однородностью или включениями, обнаруженную при сборке, можно локализовать только если затронутые детали поддаются идентификации.
Требования, специфичные для Модули камер смартфонов
Для модули камер смартфонов это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Модули камер телефонов — самые стеснённые по пространству оптические сборки в массовом производстве. Каждый компонент измеряется долями миллиметра, стек склеивается и работает рядом с оплавлением, а модуль должен выдерживать испытания на падение, термоциклирование и годы истирания в кармане. Оптические требования сосредоточены на точности цвета по широкому полю зрения, низких бликах от внутренних отражений и стабильности характеристик после отверждения клея.
- Толщина обычно 0.21 - 0.55 mm
- Пропускание выше 90 процентов в видимой области
- Без видимого цветового оттенка по широкому полю зрения
- Выдерживает температуры рядом с оплавлением и испытания на падение
Поставщики обычно работают по внутренним стандартам производителей модулей, охватывающим чистоту по частицам, газовыделение и качество клеевого шва, наряду с декларациями RoHS и REACH.
Данные для выбора одним взглядом
| Параметр | Типичное значение | Примечания |
|---|---|---|
| Полоса пропускания | 185 - 2500 nm (плавленый кварц) | От глубокого УФ до ближнего ИК |
| Показатель преломления | 1.458 (плавленый кварц) | Низкий и высокооднородный |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | Стойкость к термоудару |
| Содержание OH | < 10 ppm низкое OH, > 200 ppm высокое OH | Выбирается по применению в УФ или ИК |
| Двулучепреломление | < 5 nm/cm (плавленый) | Кристаллический кварц по природе анизотропен |
| Плоскостность | от λ/4 до λ/10 | Кварцевые пластины до λ/20 |
| Скретч-диг | 40-20 стандарт, 20-10 прецизионный | ISO 10110-7 |
| Диапазон толщин | 0.1 - 30 mm | Пластины от 0.1 mm |
| Обработка кромки | Шлифованная, с фаской или тонко доведённая | Сколы ≤ 0.05 mm |
Часто задаваемые вопросы
Когда выбирать кварц, а не оптическое стекло?
Когда деталь должна пропускать ниже примерно 300 nm, выдерживать быстрый термический цикл или переносить высокую энергию лазера. Для окон и фильтров видимого диапазона боросиликат или B270 выполняют ту же функцию за долю стоимости.
В чём разница между плавленым кварцем с низким и высоким содержанием OH?
Материал с низким содержанием OH имеет минимум гидроксильных групп и пропускает дальше в инфракрасную область. Материал с высоким содержанием OH содержит несколько сотен частей на миллион гидроксильных групп, что улучшает пропускание в глубоком УФ и стойкость к солнеризации.
Почему моё кварцевое окно помутнело при высокой температуре?
Это девитрификация, и её почти всегда вызывают загрязнения — следы щелочей или металлов от обращения, маркировки или упаковки, — а не сам материал. Задавайте обращение без загрязнений для деталей, предназначенных для работы при высокой температуре.
Нужно коммерческое предложение на оптический кварц и кристаллическое стекло?
Пришлите чертёж, целевую спецификацию или требования к покрытию — оптический инженер ответит в течение 24 часов, указав цену и срок поставки.
Запросить предложение Написать инженеру