사파이어 창 허용오차 가이드: 치수, 평탄도, 평행도 및 표면 품질

사파이어 창 이 소재는 광학 투명성과 높은 경도, 열적 안정성, 내화학성을 겸비하고 있어 광학, 레이저, 센서, 항공우주, 반도체 및 고온 시스템 분야에서 널리 사용됩니다. 특히 단결정 사파이어는 가혹한 환경에서 작동하는 광학 보호 부품에 특히 적합합니다.

그러나 사파이어를 소재로 선택하는 것은 단지 첫 단계에 불과합니다. 완성된 창(window)의 성능은 그 치수, 광학 표면 및 가장자리가 얼마나 정밀하게 가공되었는지에 따라서도 좌우됩니다.

도면에는 직경, 두께, 평탄도, 평행도, 표면 품질, 유효 구경 및 코팅 성능이 명시될 수 있습니다. 각 요구 사항은 제조 난이도, 검사 방법, 리드 타임 및 비용에 영향을 미칩니다.

이 가이드에서는 가장 중요한 사파이어 창 공차에 대해 설명하며, 엔지니어들이 자신의 응용 분야에 필요한 사양을 결정하는 데 도움을 줍니다.

사파이어 창(Window)의 허용 오차가 중요한 이유

사파이어 창은 일반적으로 여러 가지 기능을 동시에 수행합니다. 다음과 같은 기능을 할 수 있습니다:

• 카메라, 감지기 또는 레이저 광원을 보호하십시오
• 자외선, 가시광선 또는 적외선을 투과시킨다
• 진공 또는 가압 챔버를 밀봉하십시오
• 스크래치, 이물질 또는 화학 물질에 대한 내성을 갖습니다
• 광학 정렬 유지
• 금속 또는 세라믹 하우징에 장착
• 온도 변화 및 기계적 하중에 견딜 수 있음

치수 공차가 너무 헐거우면 창이 하우징에 제대로 맞지 않을 수 있습니다. 광학 공차가 충분하지 않으면 빔 편차, 이미지 왜곡, 원치 않는 반사 또는 밀봉 문제가 발생할 수 있습니다.

반면, 불필요하게 엄격한 공차는 시스템 성능을 향상시키지 못하면서도 생산 비용을 상당히 증가시킬 수 있다.

따라서 훌륭한 사양서의 목적은 가능한 한 엄격한 공차를 요구하는 것이 아니라, 해당 용도에 실제로 필요한 공차 수준을 명확히 정의하는 데 있습니다.

메인 사파이어 윈도우 사양

사파이어 창 도면에는 일반적으로 다음 항목들이 포함됩니다:

• 외경, 길이 또는 너비
• 완성 두께
• 직경 또는 치수 공차
• 두께 공차
• 표면 평탄도
• 표면 평행도
• 총 두께 편차
• 표면 품질
• 표면 거칠기
• 유효 구경
• 모서리 모따기 또는 베벨
• 엣지 칩의 한계
• 결정 방향
• 도장 성능
• 파면 왜곡
• 쐐기 각도
• 구멍 또는 슬롯 치수

모든 용도에 이 모든 사양이 필요한 것은 아닙니다. 필요한 사양의 조합은 해당 창이 주로 보호 부품인지, 밀봉 부품인지, 아니면 정밀 광학 요소인지에 따라 달라집니다.

1. 외경, 길이 및 폭의 공차

외부 치수에 따라 사파이어 창이 장착 구조물에 들어맞는지 여부가 결정됩니다.

원형 창은 대개 직경으로 표기되는 반면, 정사각형 및 직사각형 창은 길이와 너비로 정의됩니다.

치수 표시는 다음과 같이 표시될 수 있습니다:

직경: 50.00 ± 0.05 mm

또는:

길이: 40.00 ± 0.10 mm
폭: 30.00 ± 0.10 mm

적절한 허용 오차는 다음 요인에 따라 달라집니다:

• 장착 여유 공간
• 주택 허용 오차
• 밀봉 방법
• 정렬 요건
• 창 크기
• 모서리 마감 방법
• 생산량

일반 보호용 창문

기계적 간극을 두고 설치되는 일반 보호용 창문의 경우, 보통 적당한 치수 공차만으로도 충분합니다.

하우징, 개스킷 또는 고정 링은 일반적으로 약간의 치수 편차를 수용할 수 있습니다.

접착식 또는 밀폐형 창문

금속이나 세라믹 하우징에 접착된 윈도우는 접착제 틈새가 일정한 상태를 유지해야 하므로 더 엄격한 관리가 필요할 수 있습니다.

간극이 너무 크면 위치 결정 정밀도가 떨어질 수 있으며, 간극이 너무 작으면 조립 응력이 발생할 수 있습니다.

정밀 광학 어셈블리

사파이어 창을 기준면으로 사용하거나 다른 광학 부품과 정밀하게 정렬해야 하는 경우, 외형 치수 공차가 더 엄격하게 요구될 수 있습니다.

그러나 기계적 외경과 광학적 중심을 구분하는 것이 중요합니다. 직경을 엄격하게 제어한다고 해서 반드시 정밀한 광학적 중심 정렬이 보장되는 것은 아닙니다.

2. 두께 공차

두께 공차는 창문의 평균 완성 두께에서 허용되는 편차를 규정합니다.

예를 들어

두께: 2.00 ± 0.05 mm

두께는 다음 사항에 영향을 미칠 수 있습니다:

• 기계적 강도
• 광학 경로 길이
• 조립 높이
• 무게
• 내적 성찰
• 압력 저항
• 열 반응
• 도장 성능

보호용 창은 일반적으로 간섭계용 또는 편광 감지형 광학 소자와 같은 두께 정밀도를 요구하지 않습니다.

두께 및 기계적 강도

두께를 늘리면 일반적으로 굽힘 및 압력에 대한 저항력이 향상되지만, 두께만으로는 창문의 안전성을 판단할 수는 없습니다.

그 밖의 중요한 요인으로는 다음이 있습니다:

• 지원되지 않는 조리개
• 압력 차
• 장착 조건
• 경계 조건
• 표면 결함
• 온도
• 안전 계수

압력을 받는 사파이어 창은 단순히 표준 두께 표에서 선택하기보다는 구조적 구성 요소로서 평가되어야 합니다.

두께 및 광학적 성능

일반적인 이미징 시스템에서, 윈도우가 평행면이며 평행 빔 내에 위치해 있다면 두께의 미세한 변동은 거의 영향을 미치지 않을 수 있다.

정밀 광학 시스템에서 두께는 광경로에 영향을 미치며, 초점 위치, 위상 지연 또는 시스템 보정에 영향을 줄 수 있습니다.

3. 총 두께 편차

일반적으로 TTV로 약칭되는 총 두께 편차는 부품 전체에서 측정된 최대 두께와 최소 두께 간의 차이를 말합니다.

두께 공차와 TTV는 관련이 있지만 동일하지는 않습니다.

사파이어 창은 평균 두께가 허용 범위 내에 있을지라도, 양쪽 면 간의 두께 편차가 지나치게 클 수 있습니다.

TTV는 특히 다음의 경우에 중요합니다:

• 얇은 사파이어 창
• 웨이퍼 형태의 부품
• 접착식 광학 어셈블리
• 반도체 장비
• 기계적 스페이서로 사용되는 부품
• 정밀 평행판

낮은 TTV는 조립 높이를 일관되게 유지하는 데 도움이 되며, 더 나은 평행도를 확보하는 데에도 기여할 수 있습니다.

4. 표면 평탄도

표면 평탄도는 개별 연마된 표면이 이상적인 평면으로부터 얼마나 벗어나 있는지를 나타냅니다.

일반적으로 광학 파장으로 표기되며, 예를 들면 다음과 같습니다:

• 2λ
• 1λ
• λ/2
• λ/4
• λ/10

측정 파장은 반드시 명시해야 합니다. 왜냐하면 하나의 파장은 물리적 거리에 해당하기 때문입니다. 일반적으로 사용되는 검사 파장은 632.8 nm이지만, 다른 파장을 사용할 수도 있습니다.

표면 평탄도는 사파이어 표면을 고품질의 광학 기준체와 비교하거나 간섭계를 사용하여 측정할 수 있습니다.

평탄성이 중요한 이유

표면 평탄도는 다음 사항에 영향을 미칩니다:

• 파면 왜곡
• 화질
• 빔 품질
• 밀봉 접점
• 간섭 무늬
• 광학 정렬
• 도막 균일도

보호용 창문

단순히 긁힘 방지용 덮개로만 사용되는 창문은 평탄도 기준이 비교적 완화된 수준이어도 무방합니다.

예를 들어, 카메라 보호 커버는 레이저 공진기 창과 같은 수준의 표면 정밀도를 요구하지 않을 수 있습니다.

이미징 및 레이저 윈도우

정밀 이미징, 레이저 및 간섭계 시스템은 표면 변형으로 인해 투과된 파면이 왜곡될 수 있으므로, 더 엄격한 평탄도가 요구되는 경우가 많습니다.

고성능 상업용 사파이어 창은 특히 까다로운 레이저 및 광학 응용 분야의 경우, 정밀한 표면 품질과 평탄도를 바탕으로 널리 홍보되고 있습니다.

전체 표면 또는 투명 개구부

평탄도는 평가 영역을 명시하지 않고는 규정해서는 안 된다.

가능한 옵션은 다음과 같습니다:

• 전체 표면 연마 처리
• 중앙 개구부
• 베벨 부분을 제외한 유효 구경
• 환형 광학 영역
• 더 작은 영역에 대한 국소적 평탄도

전체 표면을 측정하는 것은 대개 더 작은 중앙 개구부를 측정하는 것보다 더 어렵습니다. 특히 가장자리 부근에서는 더욱 그렇습니다.

5. 표면 평행도

평행도는 두 주요 표면이 서로 얼마나 밀접하게 평행을 유지하는지를 나타냅니다.

다음과 같이 지정할 수 있습니다:

• 각도 편차
• 각분
• 초각
• 두께 차이
• 웨지

사파이어 창이 투과 광로에 배치될 때, 병렬 처리는 특히 중요합니다.

불충분한 병렬 처리의 영향

두 표면이 평행하지 않으면, 창은 약한 프리즘과 같은 역할을 합니다. 이로 인해 다음과 같은 현상이 발생할 수 있습니다:

• 빔 편차
• 이미지 변위
• 정렬 오류
• 광학 경로 길이의 불균일성
• 간섭 무늬
• 센서 시스템의 위치 측정 오차

엄밀한 병렬 처리가 필요한 경우

다음과 같은 경우에는 더 높은 수준의 병렬 처리가 필요할 수 있습니다:

• 레이저 빔 전달
• 간섭계
• 정밀 영상
• 머신 비전 보정
• 광학 계측
• 빔 조향 시스템

일반 보호 커버의 경우 평행도 규격이 다소 완화된 기준을 적용할 수 있습니다.

6. 웨지 각도

쐐기형 창문은 표면이 평행하지 않도록 의도적으로 제작됩니다.

이는 병렬 처리 요건과 상충되는 것처럼 보일 수 있지만, 원치 않는 간섭을 방지하기 위해 의도적으로 웨지를 사용하는 경우가 종종 있습니다.

다음과 같은 방법을 시도해 볼 수 있습니다:

• 분리된 반사광
• 에탈론 효과를 줄인다
• 유령 이미지를 최소화하세요
• 레이저로의 후방 반사를 방지한다
• 보조 빔 방향 제어

도면에는 창문이 평행해야 하는지, 아니면 의도적으로 비스듬히 배치되어야 하는지를 명확히 명시해야 합니다.

또한 다음을 정의해야 합니다:

• 웨지 크기
• 웨지 방향
• 각도 허용오차
• 기준 모서리
• 코팅 방향

의도치 않은 작은 웨지와 정밀하게 제어된 광학 웨지는 동일한 사양이 아닙니다.

7. 표면 품질

표면 품질이란 연마된 광학 표면에 나타나는 육안으로 확인 가능한 결함, 특히 흠집과 파인 자국을 말합니다.

사양은 일반적으로 다음과 같이 스크래치-디그 형식으로 작성됩니다.

• 80-50
• 60-40
• 40-20
• 20-10
• 10-5

스크래치-디그 수치가 낮을수록 일반적으로 광학 표면에 대한 요구 사항이 더 엄격함을 의미합니다.

80-50 표면 품질

다음과 같은 경우에는 이 정도면 충분할 수 있습니다:

• 산업용 커버
• 일반 보호용 창문
• 비영상 시스템
• 외관상 미관이 중요하지 않은 용도

60-40 표면 품질

이는 표준 광학 부품 및 많은 이미징 시스템에서 흔히 요구되는 수준입니다.

40-20 표면 품질

이 제품은 산란을 최소화해야 하는 고품질 이미징, 센싱 및 레이저 응용 분야에서 자주 선택됩니다.

20-10 이상

이 레벨은 다음과 같은 분들에게 적합할 수 있습니다:

• 정밀 레이저 시스템
• 고에너지 광학 응용 분야
• 고감도 영상 촬영
• 저산란 시스템
• 과학 기기

그러나 창 전체에 걸쳐 극도로 높은 표면 품질을 요구할 경우, 연마 및 검사 비용이 증가할 수 있습니다.

검사 영역 정의

표면 품질 규격에는 다음 중 어느 경우에 적용되는지 명시해야 합니다:

• 전체 표면
• 유효 구경
• 도장된 부분
• 양측 모두
• 광학면은 한쪽뿐입니다

기능적 광학 영역 외부의 결함은 성능에 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

8. 표면 거칠기

표면 거칠기는 연마된 표면의 미세한 높이 변화를 나타냅니다.

일반적으로 나노미터나 옹스트롬 단위의 Ra 또는 RMS로 표기됩니다.

표면 거칠기는 스크래치-디그의 품질과는 다릅니다.

스크래치-디그 검사를 통해 육안으로 확인 가능한 국소적 결함을 파악할 수 있으며, 거칠기 측정을 통해 연마된 표면의 미세한 질감을 측정합니다.

다음과 같은 경우에는 낮은 표면 거칠기가 요구될 수 있습니다:

• 고출력 레이저
• 산란이 적은 광학 시스템
• 정밀 계측학
• 도막 접착력
• 단파장 응용 분야
• 반도체 처리 장비

일반적인 보호용 창문의 경우, 표면 거칠기를 극도로 낮게 지정한다고 해서 의미 있는 이점을 얻을 수 없을 수도 있습니다.

9. 전파면 왜곡

전파 파면 왜곡은 창을 통과하는 빛 파동의 형태가 창에 의해 얼마나 변형되는지를 측정하는 것입니다.

다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다:

• 표면 평탄도
• 표면 평행도
• 재료의 균일성
• 결정 방향
• 내부 응력
• 두께 편차
• 점점 커지는 스트레스

창의 각 표면이 개별적으로는 평평하더라도, 표면과 재질의 영향이 복합적으로 작용하기 때문에 투과 파면 오차가 발생할 수 있다.

이 사양은 특히 다음의 경우에 중요합니다:

• 레이저 시스템
• 간섭계
• 고해상도 영상 촬영
• 빔 확장 시스템
• 광학 계측

많은 보호 용도의 경우, 투과 파면 왜곡을 별도로 명시할 필요가 없습니다.

10. 유효 구경

투과 구경은 사파이어 창에서 실제로 사용할 수 있는 광학 영역을 말합니다.

일반적으로 다음은 제외됩니다:

• 모서리 베벨
• 장착 부위
• 도막 전이 영역
• 가장자리 근처의 칩들
• 다듬어지지 않은 모서리
• 구멍과 홈

도면에는 다음 사항을 명시할 수 있다:

유효 구경: 직경 90%의 중앙부

또는 구체적인 치수를 제시하십시오.

투과 개구부는 광선이 통과할 수 있을 만큼 충분히 커야 하지만, 바깥쪽 가장자리와 불필요하게 가깝게 위치해서는 안 됩니다.

전체 표면을 동일한 기준에 맞춰 연마, 코팅 및 검사하는 것은 더 어렵고 비용도 많이 듭니다.

11. 모서리 모따기 및 경사 허용오차

사파이어는 경도가 매우 높지만 동시에 취성이 있습니다. 날카로운 모서리는 제조, 세척, 운송 및 조립 과정에서 쉽게 깨질 수 있습니다.

정밀하게 가공된 모따기 또는 베벨은 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 모서리 깨짐 현상 줄이기
• 조종성 향상
• 응력 집중 감소
• 하우징에 삽입하는 데 도움
• 접착제로 인한 손상을 줄이세요
• 광택 처리된 표면을 보호하세요

일반적인 에지 설명에는 다음이 포함됩니다:

• 정밀 연마된 모서리
• 안전 모따기
• 광택 처리된 베벨
• 반경 모서리
• 모서리 파손
• 45도 모따기

도면에는 다음 내용을 명시해야 합니다:

• 모따기 폭
• 모따기 각도
• 허용 오차
• 베벨을 연마해야 하는지 여부
• 베벨 내부에서 칩이 허용되는지 여부

너무 날카로운 모서리는 피하십시오

사파이어의 경우, 완벽하게 날카로운 제로 베벨 모서리는 대개 실용적이지 않을 뿐만 아니라 생산 위험을 높일 수 있습니다.

날카로운 모서리가 기능적으로 꼭 필요한 경우가 아니라면, 일반적으로 작고 정밀하게 가공된 모따기를 적용하는 것이 바람직합니다.

12. 에지-칩 공차

절단, 연마 또는 취급 과정에서 작은 파편이 발생할 수 있습니다.

엣지 칩의 수락 기준에는 다음 사항이 명시되어야 합니다:

• 최대 칩 길이
• 최대 절삭 깊이
• 허용되는 칩 수
• 검사 배율
• 칩이 투과 개구부로 들어갈 수 있는지 여부
• 밀봉면에 칩이 허용되는지 여부

외관용 사파이어 커버와 압력 밀봉용 사파이어 창은 가장자리 치핑에 대한 기준이 매우 다를 수 있습니다.

밀봉 용도의 경우, 아주 작은 칩 하나만으로도 개스킷의 밀착을 방해하거나 균열이 시작되는 지점이 될 수 있습니다.

13. 구멍, 슬롯 및 맞춤형 형상 공차

맞춤형 사파이어 창에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 중앙 구멍
• 오프셋 구멍
• 여러 개의 구멍
• 슬롯
• 노치
• 카운터보어
• 휴식 시간
• 계단식 표면
• 정렬용 평면체

도면에는 다음 사항을 명시해야 합니다:

• 특집 기사 크기
• 위치 허용오차
• 기준점
• 구멍 테이퍼
• 모따기
• 벽 마감
• 엣지 칩 한계
• 특징점부터 바깥쪽 가장자리까지의 거리

작은 구멍이나 얇은 잔벽에 대한 엄격한 공차 요건은 가공의 난이도를 상당히 높일 수 있습니다.

관통 구멍이 있는 사파이어 창문의 경우, 가공 결함으로 인해 국부적인 응력 집중이 발생할 수 있으므로 구멍의 입구와 출구 가장자리를 적절히 제어하는 것이 중요합니다.

14. 결정 방향 공차

사파이어는 이방성 단결정 물질로, 일부 광학적, 열적, 기계적 특성이 결정학적 방향에 따라 달라집니다.

일반적인 방향으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• C-평면
• A-평면
• M-평면
• R-평면

C-평면 사파이어는 보호용 광학 창으로 자주 사용되지만, 특수한 광학적 또는 기계적 요구 사항에 따라 다른 배향의 사파이어를 선택할 수도 있습니다.

도면에는 다음 내용을 명시해야 합니다:

• 필수 결정면
• 방향 허용 오차
• 기준 방향
• 해당 부품이 편광에 민감한지 여부

일반적인 기계식 커버의 경우 방향성을 엄격하게 제어할 필요는 없을 수 있지만, 복굴절에 민감한 광학 시스템에서는 방향성이 중요할 수 있습니다.

15. 코팅 공차

사파이어 창에는 투과율을 높이고 표면 반사를 줄이기 위해 반사 방지 코팅이 종종 적용됩니다.

보호용 광학 창은 일반적으로 광 손실과 파면 왜곡을 최소화하도록 설계된 코팅이 적용된 평행-평면 부품 형태로 공급됩니다.

완전한 도장 사양서에는 다음 내용이 포함되어야 합니다:

• 작동 파장 또는 파장 범위
• 입사각
• 편광
• 평균 반사율
• 최대 반사율
• 전송 대상
• 도장된 표면
• 코팅 내구성
• 환경 요건
• 유효 구경
• 가장자리 배제
• 해당되는 경우 레이저 손상 임계값

코팅 파장 범위

광대역 코팅과 협대역 레이저 코팅은 설계 방식이 다릅니다.

필요한 스펙트럼 범위는 실제 광학 시스템과 일치해야 합니다. 필요 이상으로 넓은 코팅 범위를 지정하면 복잡성이 증가할 수 있으며, 최고 성능이 저하될 수도 있습니다.

도막 균일도

다음과 같은 경우에는 코팅 균일성을 확보하기가 더 어려워집니다:

• 큰 창문
• 곡률이 매우 큰 부품
• 계단형 구성 요소
• 구멍이 뚫린 부품
• 아주 얇은 창문
• 돔과 복잡한 형태

도면에서는 광학 코팅 공차와 기계적 치수 공차를 구분해야 합니다.

용도별 권장 공차 범위

아래 표는 일반적인 사양 지침을 보여줍니다. 정확한 요구 사항은 시스템 성능에 따라 확인해야 합니다.

애플리케이션	치수 공차	평탄도	병렬 처리	표면 품질
일반 보호 커버	표준	여유로운	표준	80 대 50 또는 60 대 40
산업용 관찰창	경증에서 중등도	보통	보통	60-40
카메라 또는 센서 커버	보통	보통	보통에서 꽉 조이는 정도	60 대 40 또는 40 대 20
정밀 이미징 창	꽉	꽉	꽉	40-20 이상
레이저 보호 창	보통에서 꽉 조이는 정도	꽉	타이트하거나 컨트롤이 잘 되는 웨지	40-20 이상
간섭계용 창	꽉	아주 꽉 조여져 있다	아주 꽉 조여져 있다	20-10 이상
진공 밀봉 창	주거에 의존하는	밀봉면에 따라 달라짐	응용 프로그램에 따라 다름	60 대 40 이상
고압 창	구조 해석 필요	응용 프로그램에 따라 다름	응용 프로그램에 따라 다름	결함 한도가 매우 중요함

이는 보편적인 허용 한계가 아니라 선정 지침입니다.

사파이어 창문의 공차 검사 방법

사양에 따라 검사 방법이 달라집니다.

치수 측정

외형 치수, 두께 및 맞춤형 사양은 다음을 사용하여 검사할 수 있습니다:

• 디지털 마이크로미터
• 광학 비교기
• 시력 측정 시스템
• 좌표 측정기
• 레이저 측정 시스템
• 정밀 계기

얇거나 고광택 처리된 사파이어 부품의 경우 비접촉식 검사가 더 적합할 수 있습니다.

평탄도 측정

표면 평탄도는 다음 방법을 사용하여 측정할 수 있습니다:

• 광학 플랫
• 간섭계
• 위상 변이 간섭계
• 접촉식 또는 비접촉식 프로파일 측정법

검사 보고서에는 다음 사항을 명시해야 합니다:

• 측정 파장
• 유효 구경
• 표면 측정
• 장착 조건
• 데이터 필터링 방법

병렬 처리 및 웨지 측정

병렬 처리는 다음을 사용하여 확인할 수 있습니다:

• 간섭계법
• 자동 콜리메이션
• 두께 매핑
• 각도 측정
• 광선 편향 시험

표면 품질 검사

스크래치-디그 검사는 일반적으로 제어된 조명과 확대 기능을 활용합니다.

생산에 들어가기 전에 합의된 검사 기준, 조도 및 조리개 값을 명확히 정해 두어야 합니다.

표면 거칠기 측정

표면 거칠기는 다음 방법으로 측정할 수 있습니다:

• 광학 프로파일로미터
• 원자력 현미경
• 백색광 간섭계
• 필요한 경우 스타일러스 프로파일로미터

도장 검사

도장 품질은 다음을 통해 평가할 수 있습니다:

• 분광광도법
• 육안 검사
• 접착력 시험
• 환경 시험
• 습도 시험
• 마모 시험
• 레이저 손상 시험

그림 그릴 때 흔히 저지르는 실수

사파이어 창 생산 시 발생하는 많은 문제는 도면이 불완전하거나 사양이 과도하게 명시된 데서 비롯됩니다.

모든 공차를 극도로 엄격하게 지정하기

이로 인해 비용이 증가하고, 불필요한 생산상의 어려움을 초래할 수 있습니다.

공차는 공급업체가 제시하는 최소값보다는 시스템 성능을 기준으로 정해야 합니다.

‘평탄함’과 ‘평행함’을 혼동하기

평탄도는 하나의 표면을 나타냅니다. 평행도는 두 표면 간의 관계를 나타냅니다.

창문에는 평행하지 않은 두 개의 평면이 있을 수 있다.

측정 개구부 생략

명확하게 정의된 개구부가 없는 평탄도 또는 표면 품질 요건은 검사 과정에서 의견 불일치를 초래할 수 있습니다.

검사 파장 생략

파장이 명시되지 않은 상태에서 λ/4로만 표기된 평탄도 사양은 불완전합니다.

날카로운 모서리가 필요함

날카로운 사파이어 모서리는 손상되기 쉽습니다. 일반적으로 약간의 모따기를 하는 것이 더 실용적입니다.

주택 허용 오차 무시

창문과 하우징은 하나의 조립체로 설계되어야 합니다.

사파이어 직경 공차가 아무리 엄격하더라도, 장착 구멍의 공차가 제대로 제어되지 않은 경우 이를 상쇄할 수는 없습니다.

기능적 표면의 정의 실패

도면에는 다음 사항을 명시해야 합니다:

• 광학 측면
• 코팅된 면
• 밀봉면
• 기준면
• 빔 방향
• 결정 방향

공차 축소가 비용에 미치는 영향

사파이어 창문의 가격은 재료 크기 외에도 여러 요인의 영향을 받습니다.

공차를 더 엄격하게 설정하면 다음이 증가할 수 있습니다:

• 연삭 시간
• 연마 시간
• 점검 시간
• 공구 사양
• 공정 제어 요건
• 거절 위험
• 제출 서류 요건
• 포장 요건

다음과 같은 사양들은 비용에 상당한 영향을 미치는 경우가 많습니다:

• 두께 공차가 매우 엄격함
• 낮은 TTV
• 전체 조리개 범위에서 뛰어난 평탄도
• 매우 높은 병렬 처리 효율
• 표면 품질 20-10 이상
• 매우 낮은 표면 거칠기
• 정밀 구멍 또는 슬롯
• 엄격한 에지-칩 제한
• 상세한 간섭계 측정 보고서
• 고성능 광학 코팅

비용을 절감할 수 있는 실용적인 방법

엔지니어들은 몇 가지 원칙을 따름으로써 기능을 저해하지 않으면서 제조 비용을 절감할 수 있습니다.

허용 오차를 기능에 맞추기

광학적, 기계적 또는 밀봉 성능에 영향을 미치는 경우에만 더 엄격한 요구 사항을 적용하십시오.

현실적이고 명확한 개구부를 정의하라

꼭 필요한 경우가 아니라면, 가장 바깥쪽 가장자리까지 광학 등급의 연마 및 검사를 요구하지 마십시오.

표준 모따기를 사용하십시오

모서리를 적절히 둥글게 다듬은 것은 날카로운 모서리보다 대개 더 경제적이고 신뢰할 수 있습니다.

기계적 요구 사항과 광학적 요구 사항의 구분

외경은 정밀한 기계적 맞물림이 필요할 수 있는 반면, 광학적 평탄도는 중앙 개구부 영역에서만 요구됩니다.

도면을 최종 확정하기 전에 실현 가능성에 대해 논의하십시오

조기 설계 검토를 통해 제품이 양산 단계에 들어가기 전에 해결하기 어려운 공차 조합을 파악할 수 있습니다.

시제품과 양산품에는 서로 다른 사양을 적용하십시오

시제품 생산량은 양산과 다른 제조 공정이 필요할 수 있습니다.

견적 요청서에 포함해야 할 정보

정확한 사파이어 창 가격 견적을 받으려면 구매자는 다음 정보를 제공해야 합니다:

• 외형 치수
• 완성 두께
• 치수 공차
• 두께 공차
• TTV 요건
• 표면 평탄도
• 병렬성 또는 쐐기
• 표면 품질
• 표면 거칠기
• 유효 구경
• 모서리 모따기
• 에지 칩 허용 오차
• 결정 방향
• 도장 사양
• 작동 파장
• 입사각
• 작동 온도
• 압력 조건
• 장착 방법
• 수량
• 검사 보고서 요건
• 포장 요건

완전한 기술 도면을 제출할 것을 강력히 권장합니다.

자주 묻는 질문

사파이어 창에는 어떤 평탄도를 지정해야 할까요?

적절한 평탄도는 광학 시스템에 따라 달라집니다. 일반적인 보호 커버의 경우 평탄도 기준이 다소 완화될 수 있는 반면, 레이저, 이미징 및 간섭계 시스템의 경우 정의된 유효 개구부 전체에 걸쳐 λ/2, λ/4 또는 이보다 더 엄격한 값이 요구될 수 있습니다.

평탄도는 투과 파면 왜곡과 같은 것인가요?

아닙니다. 평탄도는 하나의 표면만을 측정하는 반면, 투과 파면 왜곡은 투과광에 미치는 두 표면과 사파이어 소재의 복합적인 영향을 평가합니다.

표준 광학 창에는 어떤 표면 품질이 적합할까요?

표준 광학 응용 분야에서는 일반적으로 60-40 스크래치-디그 사양이 사용됩니다. 고성능 이미징 및 레이저 시스템의 경우 40-20, 20-10 또는 그 이상의 사양이 필요할 수 있습니다.

병렬 처리가 왜 중요한가요?

평행도가 나쁘면 프리즘 효과가 발생하여 투과된 빔이나 이미지가 어긋날 수 있습니다. 평행도는 레이저 정렬, 이미징 및 광학 측정 시스템에서 매우 중요합니다.

사파이어 창이 두꺼울수록 평탄도 기준이 더 엄격해져야 하나요?

꼭 그렇지는 않습니다. 두께와 평탄도는 별개의 사양입니다. 요구되는 평탄도는 주로 광학적 성능과 밀봉 성능에 따라 결정됩니다.

사파이어 창은 매우 엄격한 공차 범위 내에서 제조할 수 있습니까?

네, 하지만 달성 가능한 허용 오차는 창 크기와 두께, 형상, 결정 배향, 연마 면적 및 검사 요건에 따라 달라집니다.

베벨을 유효 구경에 포함시켜야 할까요?

일반적으로는 아닙니다. 유효 구경은 대개 베벨 부분과 가장자리 주변의 좁은 영역을 제외합니다.

모든 사파이어 창에 TTV가 필요한가요?

아닙니다. TTV는 얇은 부품, 접합 조립체, 웨이퍼 형태의 부품 및 표면 전체에 걸쳐 균일한 두께가 요구되는 용도에서 가장 중요합니다.

결론

사파이어 창(window)의 공차 사양은 광학적 성능, 기계적 결합성, 구조적 신뢰성 및 제조 비용 간의 균형을 이루어야 합니다.

일반적으로 가장 중요한 매개변수에는 다음이 포함됩니다:

• 외형 치수
• 두께
• 총 두께 편차
• 평탄도
• 병렬 처리
• 표면 품질
• 표면 거칠기
• 유효 구경
• 경계 조건
• 결정 방향
• 도장 성능

모든 창에 정밀 광학 공차가 필요한 것은 아닙니다. 보호 커버, 압력 창, 레이저 창은 각각 다른 기능을 수행하므로 동일한 기본 사양을 적용해서는 안 됩니다.

기능적 개구부, 장착 방식, 광학적 요구 사항 및 검사 기준을 명확히 정의함으로써, 엔지니어들은 불필요한 생산 비용을 추가하지 않고도 시스템 요구 사항을 충족하는 사파이어 윈도우를 확보할 수 있습니다.