Pod strogim zahtjevima visoke preciznosti i visoke pouzdanosti u poluvodičkoj industriji, iako je granit jedan od glavnih materijala, njegova svojstva također donose određena ograničenja. Slijede njegovi glavni nedostaci i izazovi u praktičnoj primjeni:
Prvo, materijal je vrlo krhak i teško ga je obraditi
Opasnost od pucanja: Granit je u biti prirodni kamen s prirodnim mikropukotinama i granicama mineralnih čestica unutra, te je tipičan krhki materijal. Kod ultraprecizne obrade (kao što je brušenje na nanoskalnim razinama i obrada složenih zakrivljenih površina), ako je sila neravnomjerna ili su parametri obrade neprikladni, skloni su problemima poput kidanja i širenja mikropukotina, što dovodi do struganja obratka.
Niska učinkovitost obrade: Kako bi se izbjegao krhki lom, potrebni su posebni postupci poput brušenja niskim brzinama dijamantnim brusnim pločama i magnetoreološkog poliranja. Ciklus obrade je 30% do 50% duži od ciklusa obrade metalnih materijala, a troškovi ulaganja u opremu su visoki (na primjer, cijena obradnog centra s pet osi prelazi 10 milijuna juana).
Ograničenja složene strukture: Teško je proizvesti šuplje lagane strukture lijevanjem, kovanjem i drugim postupcima. Uglavnom se koristi u jednostavnim geometrijskim oblicima kao što su ploče i baze, a primjena mu je ograničena u opremi koja zahtijeva nepravilne nosače ili unutarnju integraciju cjevovoda.
Drugo, visoka gustoća dovodi do velikog opterećenja opreme
Teško za rukovanje i ugradnju: Gustoća granita je približno 2,6-3,0 g/cm³, a težina mu je 1,5-2 puta veća od težine lijevanog željeza pri istom volumenu. Na primjer, težina granitne baze za fotolitografski stroj može doseći 5 do 10 tona, što zahtijeva namjensku opremu za dizanje i temelje otporne na udarce, što povećava troškove izgradnje tvornice i postavljanja opreme.
Kašnjenje dinamičkog odziva: Velika inercija ograničava ubrzanje pokretnih dijelova opreme (kao što su roboti za prijenos pločica). U scenarijima gdje je potrebno brzo pokretanje i zaustavljanje (kao što je oprema za brzu inspekciju), to može utjecati na ritam proizvodnje i smanjiti učinkovitost.
Treće, troškovi popravka i iteracije su visoki
Nedostatke je teško popraviti: Ako se tijekom upotrebe pojavi površinsko trošenje ili oštećenje od sudara, potrebno ga je vratiti u tvornicu na popravak profesionalnom opremom za brušenje, što se ne može brzo riješiti na licu mjesta. Nasuprot tome, metalne komponente mogu se odmah popraviti metodama poput točkastog zavarivanja i laserskog oblaganja, što rezultira kraćim zastojem.
Ciklus iteracije dizajna je dug: Razlike u prirodnim granitnim venama mogu uzrokovati male fluktuacije u svojstvima materijala (kao što su koeficijent toplinskog širenja i omjer prigušenja) različitih serija. Ako se dizajn opreme promijeni, svojstva materijala potrebno je ponovno uskladiti, a ciklus provjere istraživanja i razvoja je relativno dug.
Iv. Ograničeni resursi i ekološki izazovi
Prirodni kamen nije obnovljiv: Visokokvalitetni granit (kao što su "Jinan Green" i "Sesame Black" koji se koriste u poluvodičima) oslanja se na specifične žile, ima ograničene rezerve, a njegovo rudarenje je ograničeno politikama zaštite okoliša. Širenjem industrije poluvodiča može postojati rizik od nestabilne opskrbe sirovinama.
Problemi onečišćenja tijekom obrade: Tijekom procesa rezanja i brušenja nastaje velika količina granitne prašine (koja sadrži silicijev dioksid). Ako se s njom ne postupa pravilno, može uzrokovati silikozu. Štoviše, otpadne vode potrebno je pročistiti taloženjem prije ispuštanja, što povećava ulaganja u zaštitu okoliša.
Pet. Nedovoljna kompatibilnost s novim procesima
Ograničenja vakuumskog okruženja: Neki poluvodički procesi (kao što su vakuumsko prevlačenje i litografija elektronskim snopom) zahtijevaju održavanje visokog vakuuma unutar opreme. Međutim, mikropore na površini granita mogu adsorbirati molekule plina, koje se polako oslobađaju i utječu na stabilnost stupnja vakuuma. Stoga je potrebna dodatna obrada površinskog zgušnjavanja (kao što je impregnacija smolom).
Problemi s elektromagnetskom kompatibilnošću: Granit je izolacijski materijal. U scenarijima gdje je potrebno pražnjenje statičkog elektriciteta ili elektromagnetsko oklopljavanje (kao što su platforme za elektrostatsku adsorpciju pločica), potrebno je spojiti metalne premaze ili vodljive filmove, što povećava strukturnu složenost i troškove.
Strategija odgovora industrije
Unatoč gore navedenim nedostacima, poluvodička industrija je djelomično nadoknadila nedostatke granita tehnološkim inovacijama:
Dizajn kompozitne strukture: Koristi kombinaciju "granitne baze + metalnog okvira", uzimajući u obzir i krutost i malu težinu (na primjer, određeni proizvođač fotolitografskih strojeva ugrađuje saćastu strukturu od aluminijske legure u granitnu bazu, smanjujući težinu za 40%).
Umjetni sintetički alternativni materijali: Razvoj keramičkih matričnih kompozita (kao što je silicij-karbidna keramika) i umjetnog kamenja na bazi epoksidne smole za simulaciju toplinske stabilnosti i otpornosti granita na vibracije, uz istovremeno povećanje fleksibilnosti obrade.
Inteligentna tehnologija obrade: Uvođenjem AI algoritama za optimizaciju puta obrade, simulacijom naprezanja za predviđanje rizika od pukotina i kombiniranjem online detekcije za podešavanje parametara u stvarnom vremenu, stopa otpada pri obradi smanjena je s 5% na ispod 1%.
Sažetak
Nedostaci granita u poluvodičkoj industriji u biti proizlaze iz igre između njegovih prirodnih svojstava materijala i industrijskih zahtjeva. S napretkom tehnologije i razvojem alternativnih materijala, njegovi scenariji primjene mogu se postupno smanjiti prema "nezamjenjivim osnovnim referentnim komponentama" (kao što su hidrostatske vodilice za fotolitografske strojeve i ultraprecizne mjerne platforme), dok će postupno ustupati mjesto fleksibilnijim inženjerskim materijalima u nekritičnim strukturnim komponentama. U budućnosti će industrija nastaviti istraživati kako uravnotežiti performanse, troškove i održivost.
Vrijeme objave: 24. svibnja 2025.