A félvezetőiparban a nagy pontosság és megbízhatóság szigorú követelményei mellett, bár a gránit az egyik fő anyag, tulajdonságai bizonyos korlátokat is tartalmaznak. A gyakorlati alkalmazásokban a főbb hátrányai és kihívásai a következők:
Először is, az anyag nagyon törékeny és nehezen feldolgozható.
Repedésveszély: A gránit lényegében egy természetes kő, benne természetes mikrorepedésekkel és ásványi részecskehatárokkal, és tipikusan rideg anyag. Az ultraprecíziós megmunkálás (például nanoskálájú köszörülés és komplex ívelt felületek megmunkálása) során, ha az erő egyenetlen, vagy a megmunkálási paraméterek nem megfelelőek, olyan problémák jelentkezhetnek, mint a lepattogzás és a mikrorepedések terjedése, ami a munkadarab selejtezéséhez vezet.
Alacsony feldolgozási hatékonyság: A rideg törés elkerülése érdekében speciális eljárásokra van szükség, mint például a gyémántcsiszolókorongokkal történő alacsony sebességű csiszolás és a magnetoreológiai polírozás. A feldolgozási ciklus 30–50%-kal hosszabb, mint a fémanyagoké, és a berendezésberuházási költség magas (például egy öttengelyes összekötő megmunkálóközpont ára meghaladja a 10 millió jüant).
Komplex szerkezeti korlátok: Nehéz üreges, könnyű szerkezeteket előállítani öntéssel, kovácsolással és egyéb eljárásokkal. Leginkább egyszerű geometriai formákban, például lemezekben és talpakban használják, és alkalmazása korlátozott olyan berendezésekben, amelyek szabálytalan alátámasztásokat vagy belső csővezeték-integrációt igényelnek.
Másodszor, a nagy sűrűség nagy terhelést jelent a berendezésekre.
Nehéz kezelni és telepíteni: A gránit sűrűsége körülbelül 2,6-3,0 g/cm³, súlya pedig 1,5-2-szerese az azonos térfogatú öntöttvasénak. Például egy fotolitográfiai gép gránitalapjának súlya elérheti az 5-10 tonnát, ami speciális emelőberendezéseket és ütésálló alapokat igényel, ami növeli a gyárépítés és a berendezések telepítésének költségeit.
Dinamikus válaszkésés: A nagy tehetetlenség korlátozza a berendezés mozgó alkatrészeinek (például a szeletátvivő robotok) gyorsulását. Azokban az esetekben, amikor gyors indításra és leállításra van szükség (például nagy sebességű ellenőrző berendezéseknél), ez befolyásolhatja a termelési ritmust és csökkentheti a hatékonyságot.
Harmadszor, a javítás és az iteráció költsége magas
A hibák nehezen javíthatók: Ha használat közben felületi kopás vagy ütközési sérülés keletkezik, akkor a gyárba kell visszavinni javításra professzionális csiszolóberendezésekkel, amelyeket a helyszínen nem lehet gyorsan kezelni. Ezzel szemben a fém alkatrészek azonnal javíthatók olyan módszerekkel, mint a ponthegesztés és a lézergravírozás, ami rövidebb állásidőt eredményez.
A tervezési iterációs ciklus hosszú: A természetes gránit erezetbeli különbségek enyhe ingadozásokat okozhatnak a különböző gyártási tételek anyagtulajdonságaiban (például hőtágulási együttható és csillapítási arány). Ha a berendezés terve megváltozik, az anyagtulajdonságokat újra kell illeszteni, és a kutatás-fejlesztési ellenőrzési ciklus viszonylag hosszú.
Iv. Korlátozott erőforrások és környezeti kihívások
A természetes kő nem megújuló: a kiváló minőségű gránit (mint például a félvezetőkben használt „Jinan Green” és a „Sesame Black”) specifikus erezetre támaszkodik, korlátozott tartalékokkal rendelkezik, és bányászatát a környezetvédelmi politikák korlátozzák. A félvezetőipar terjeszkedésével fennállhat az instabil nyersanyagellátás kockázata.
Feldolgozási szennyezési problémák: A vágási és csiszolási folyamatok során nagy mennyiségű gránitpor keletkezik (szilícium-dioxidot tartalmaz). Nem megfelelő kezelés esetén szilikózist okozhat. Ezenkívül a szennyvizet ülepítéssel kell kezelni a kibocsátás előtt, ami növeli a környezetvédelmi beruházásokat.
Ötödik. Nem megfelelő kompatibilitás a felmerülő folyamatokkal
Vákuumkörnyezet korlátai: Egyes félvezető eljárások (például vákuumbevonatolás és elektronsugaras litográfia) nagy vákuumállapot fenntartását igénylik a berendezésen belül. A gránit felületén lévő mikropórusok azonban adszorbeálhatják a gázmolekulákat, amelyek lassan felszabadulnak és befolyásolják a vákuum mértékének stabilitását. Ezért további felületi tömörítő kezelésre (például gyantás impregnálásra) van szükség.
Elektromágneses kompatibilitási problémák: A gránit szigetelőanyag. Olyan esetekben, amikor statikus elektromosság kisülése vagy elektromágneses árnyékolás szükséges (például ostya elektrosztatikus adszorpciós platformok), fémbevonatokat vagy vezetőképes filmeket kell összekeverni, ami növeli a szerkezeti bonyolultságot és a költségeket.
Iparági válaszstratégia
A fent említett hiányosságok ellenére a félvezetőipar a technológiai innováció révén részben pótolta a gránit hiányosságait:
Kompozit szerkezet kialakítása: A "gránit alap + fémkeret" kombinációját alkalmazza, figyelembe véve mind a merevséget, mind a könnyű súlyt (például egy bizonyos fotolitográfiai gépgyártó alumíniumötvözetből készült méhsejt szerkezetet ágyaz be a gránit alapba, ami 40%-kal csökkenti a súlyt).
Mesterséges szintetikus alternatív anyagok: Kerámia mátrixú kompozitok (például szilícium-karbid kerámiák) és epoxigyanta alapú műkövek fejlesztése a gránit hőstabilitásának és rezgésállóságának szimulálására, miközben növeli a feldolgozási rugalmasságot.
Intelligens feldolgozási technológia: A feldolgozási útvonal optimalizálására szolgáló mesterséges intelligencia algoritmusok, a repedési kockázatok előrejelzésére szolgáló feszültségszimuláció, valamint a paraméterek valós idejű beállításához használt online észlelés kombinálásával a feldolgozási selejtarány 5%-ról 1% alá csökkent.
Összefoglalás
A gránit félvezető iparban tapasztalható hiányosságai lényegében a természetes anyagtulajdonságai és az ipari igények közötti játékból fakadnak. A technológia fejlődésével és az alternatív anyagok fejlesztésével alkalmazási lehetőségei fokozatosan a „pótolhatatlan központi referenciaelemek” (például a fotolitográfiai gépek hidrosztatikus vezetősínek és az ultraprecíziós mérőplatformok) felé szűkülhetnek, miközben fokozatosan átadják a helyüket a rugalmasabb mérnöki anyagoknak a nem kritikus szerkezeti elemekben. A jövőben a teljesítmény, a költségek és a fenntarthatóság egyensúlyának kérdése továbbra is olyan téma lesz, amelyet az iparág továbbra is vizsgálni fog.
Közzététel ideje: 2025. május 24.