Wafer di quarzo SiO₂ Wafer di quarzo SiO₂ MEMS Temperatura 2″ 3″ 4″ 6″ 8″ 12″

Breve descrizione:

I wafer di quarzo svolgono un ruolo indispensabile nel progresso dell'industria elettronica, dei semiconduttori e dell'ottica. Presenti negli smartphone che guidano il GPS, integrati nelle stazioni base ad alta frequenza che alimentano le reti 5G e integrati negli strumenti che producono microchip di nuova generazione, i wafer di quarzo sono essenziali. Questi substrati ad elevata purezza consentono innovazioni in ogni campo, dall'informatica quantistica alla fotonica avanzata. Pur derivando da uno dei minerali più abbondanti sulla Terra, i wafer di quarzo sono progettati secondo standard straordinari di precisione e prestazioni.

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Caratteristiche

Diagramma dettagliato

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Wafer di vetro ottico al quarzo e silice fusa-2

Introduzione

Wafer di vetro ottico al quarzo e silice fusa

Cosa sono i wafer di quarzo

I wafer di quarzo sono sottili dischi circolari realizzati in cristallo di quarzo sintetico ultrapuro. Disponibili in diametri standard da 5 a 30 cm, i wafer di quarzo hanno uno spessore che varia tipicamente da 0,5 mm a 6 mm. A differenza del quarzo naturale, che forma cristalli prismatici irregolari, il quarzo sintetico viene coltivato in condizioni di laboratorio rigorosamente controllate, producendo strutture cristalline uniformi.

L'intrinseca cristallinità dei wafer di quarzo offre una resistenza chimica, una trasparenza ottica e una stabilità senza pari ad alte temperature e sollecitazioni meccaniche. Queste caratteristiche rendono i wafer di quarzo un componente fondamentale per dispositivi di precisione utilizzati nella trasmissione dati, nella rilevazione, nell'elaborazione e nelle tecnologie laser.

Specifiche dei wafer di quarzo

Tipo di quarzo	4	6	8	12
Misurare
Diametro (pollici)	4	6	8	12
Spessore (mm)	0,05–2	0,25–5	0,3–5	0,4–5
Tolleranza del diametro (pollici)	±0,1	±0,1	±0,1	±0,1
Tolleranza di spessore (mm)	Personalizzabile	Personalizzabile	Personalizzabile	Personalizzabile
Proprietà ottiche
Indice di rifrazione a 365 nm	1.474698	1.474698	1.474698	1.474698
Indice di rifrazione @546,1 nm	1.460243	1.460243	1.460243	1.460243
Indice di rifrazione @1014 nm	1.450423	1.450423	1.450423	1.450423
Trasmittanza interna (1250–1650 nm)	>99,9%	>99,9%	>99,9%	>99,9%
Trasmittanza totale (1250–1650 nm)	>92%	>92%	>92%	>92%
Qualità della lavorazione
TTV (variazione dello spessore totale, µm)	<3	<3	<3	<3
Planarità (µm)	≤15	≤15	≤15	≤15
Rugosità superficiale (nm)	≤1	≤1	≤1	≤1
Arco (µm)	<5	<5	<5	<5
Proprietà fisiche
Densità (g/cm³)	2.20	2.20	2.20	2.20
Modulo di Young (GPa)	74.20	74.20	74.20	74.20
Durezza di Mohs	6–7	6–7	6–7	6–7
Modulo di taglio (GPa)	31.22	31.22	31.22	31.22
Rapporto di Poisson	0,17	0,17	0,17	0,17
Resistenza alla compressione (GPa)	1.13	1.13	1.13	1.13
Resistenza alla trazione (MPa)	49	49	49	49
Costante dielettrica (1 MHz)	3,75	3,75	3,75	3,75
Proprietà termiche
Punto di deformazione (10¹⁴.⁵ Pa·s)	1000°C	1000°C	1000°C	1000°C
Punto di ricottura (10¹³ Pa·s)	1160°C	1160°C	1160°C	1160°C
Punto di rammollimento (10⁷.⁶ Pa·s)	1620°C	1620°C	1620°C	1620°C

Applicazioni dei wafer di quarzo

I wafer di quarzo sono progettati su misura per soddisfare le applicazioni più esigenti in diversi settori, tra cui:

Elettronica e dispositivi RF

I wafer di quarzo sono il cuore dei risonatori e degli oscillatori a cristallo di quarzo che forniscono segnali di clock per smartphone, unità GPS, computer e dispositivi di comunicazione wireless.
La loro bassa dilatazione termica e l'elevato fattore Q rendono i wafer di quarzo perfetti per circuiti di temporizzazione ad alta stabilità e filtri RF.

Optoelettronica e imaging

I wafer di quarzo offrono un'eccellente trasmittanza UV e IR, rendendoli ideali per lenti ottiche, divisori di fascio, finestre laser e rilevatori.
La loro resistenza alle radiazioni ne consente l'impiego nella fisica delle alte energie e negli strumenti spaziali.

Semiconduttori e MEMS

I wafer di quarzo servono come substrati per circuiti semiconduttori ad alta frequenza, in particolare nelle applicazioni GaN e RF.
Nei MEMS (sistemi microelettromeccanici), i wafer di quarzo convertono i segnali meccanici in segnali elettrici tramite l'effetto piezoelettrico, consentendo la realizzazione di sensori come giroscopi e accelerometri.

Produzione avanzata e laboratori

I wafer di quarzo ad alta purezza sono ampiamente utilizzati nei laboratori chimici, biomedici e fotonici per celle ottiche, cuvette UV e manipolazione di campioni ad alta temperatura.
La loro compatibilità con ambienti estremi li rende adatti alle camere al plasma e agli strumenti di deposizione.

Come vengono realizzati i wafer di quarzo

Esistono due principali metodi di produzione per i wafer di quarzo:

Wafer di quarzo fuso

I wafer di quarzo fuso vengono realizzati fondendo granuli di quarzo naturale in un vetro amorfo, per poi tagliare e lucidare il blocco solido in sottili wafer. Questi wafer di quarzo offrono:

Eccezionale trasparenza UV
Ampio intervallo di funzionamento termico (>1100°C)
Ottima resistenza agli shock termici

Sono ideali per apparecchiature litografiche, forni ad alta temperatura e finestre ottiche, ma non sono adatti per applicazioni piezoelettriche a causa della mancanza di ordine cristallino.

Wafer di quarzo coltivato

I wafer di quarzo coltivato vengono coltivati sinteticamente per produrre cristalli privi di difetti con un orientamento reticolare preciso. Questi wafer sono progettati per applicazioni che richiedono:

Angoli di taglio esatti (taglio X, Y, Z, AT, ecc.)
Oscillatori ad alta frequenza e filtri SAW
Polarizzatori ottici e dispositivi MEMS avanzati

Il processo di produzione prevede la crescita dei semi in autoclavi, seguita da affettatura, orientamento, ricottura e lucidatura.

Fornitori leader di wafer di quarzo

Tra i fornitori globali specializzati in wafer di quarzo ad alta precisione figurano:

Heraeus(Germania) – quarzo fuso e sintetico
Quarzo Shin-Etsu(Giappone) – soluzioni per wafer ad alta purezza
WaferPro(USA) – wafer e substrati di quarzo di ampio diametro
Korth Kristalle(Germania) – wafer di cristallo sintetico

Il ruolo in evoluzione dei wafer di quarzo

I wafer di quarzo continuano a evolversi come componenti essenziali nei nuovi scenari tecnologici:

Miniaturizzazione– I wafer di quarzo vengono fabbricati con tolleranze più strette per l'integrazione di dispositivi compatti.
Elettronica ad alta frequenza– I nuovi progetti di wafer di quarzo stanno entrando nei domini mmWave e THz per 6G e radar.
Rilevamento di nuova generazione– Dai veicoli autonomi all’IoT industriale, i sensori al quarzo stanno diventando sempre più importanti.

Domande frequenti sui wafer di quarzo

1. Che cos'è un wafer di quarzo?

Un wafer di quarzo è un disco sottile e piatto realizzato in biossido di silicio cristallino (SiO₂), solitamente prodotto nelle dimensioni standard dei semiconduttori (ad esempio 2", 3", 4", 6", 8" o 12"). Noto per la sua elevata purezza, stabilità termica e trasparenza ottica, un wafer di quarzo viene utilizzato come substrato o supporto in varie applicazioni ad alta precisione come la fabbricazione di semiconduttori, dispositivi MEMS, sistemi ottici e processi sotto vuoto.

2. Qual è la differenza tra quarzo e gel di silice?

Il quarzo è una forma solida cristallina di biossido di silicio (SiO₂), mentre il gel di silice è una forma amorfa e porosa di SiO₂, comunemente utilizzata come essiccante per assorbire l'umidità.

Il quarzo è duro, trasparente e viene utilizzato in applicazioni elettroniche, ottiche e industriali.
Il gel di silice si presenta sotto forma di piccole perle o granuli e viene utilizzato principalmente per il controllo dell'umidità negli imballaggi, nei prodotti elettronici e negli impianti di stoccaggio.

3. A cosa servono i cristalli di quarzo?

I cristalli di quarzo sono ampiamente utilizzati in elettronica e ottica grazie alle loro proprietà piezoelettriche (generano una carica elettrica sotto stress meccanico). Le applicazioni più comuni includono:

Oscillatori e controllo della frequenza(ad esempio, orologi al quarzo, orologi, microcontrollori)
Componenti ottici(ad esempio, lenti, lastre d'onda, finestre)
Risonatori e filtrinei dispositivi RF e di comunicazione
Sensoriper pressione, accelerazione o forza
Fabbricazione di semiconduttoricome substrati o finestre di processo

4. Perché il quarzo viene utilizzato nei microchip?

Il quarzo viene utilizzato nelle applicazioni legate ai microchip perché offre:

Stabilità termicadurante processi ad alta temperatura come la diffusione e la ricottura
Isolamento elettricoper le sue proprietà dielettriche
Resistenza chimicaagli acidi e ai solventi utilizzati nella fabbricazione dei semiconduttori
Precisione dimensionalee bassa espansione termica per un allineamento litografico affidabile
Sebbene il quarzo in sé non venga utilizzato come materiale semiconduttore attivo (come il silicio), svolge un ruolo di supporto fondamentale nell'ambiente di fabbricazione, in particolare nei forni, nelle camere e nei substrati delle fotomaschere.

Chi siamo

XKH è specializzata nello sviluppo, nella produzione e nella vendita di vetri ottici speciali e nuovi materiali cristallini ad alta tecnologia. I nostri prodotti sono destinati all'elettronica ottica, all'elettronica di consumo e al settore militare. Offriamo componenti ottici in zaffiro, coperture per lenti di telefoni cellulari, wafer in ceramica, LT, carburo di silicio (SIC), quarzo e cristalli semiconduttori. Grazie a competenze specialistiche e attrezzature all'avanguardia, eccelliamo nella lavorazione di prodotti non standard, con l'obiettivo di diventare un'azienda leader nel settore dei materiali optoelettronici ad alta tecnologia.