Apakah keburukan granit dalam industri semikonduktor?

Di bawah keperluan ketat ketepatan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi dalam industri semikonduktor, walaupun granit adalah salah satu bahan teras, sifatnya juga membawa batasan tertentu. Berikut adalah kelemahan dan cabaran utamanya dalam aplikasi praktikal:
Pertama, bahan itu sangat rapuh dan sukar diproses
Risiko keretakan: Granit pada asasnya ialah batu semula jadi dengan rekahan mikro semula jadi dan sempadan zarah mineral di dalamnya, dan ia adalah bahan rapuh biasa. Dalam pemesinan ultra ketepatan (seperti pengisaran skala nano dan pemprosesan permukaan melengkung yang kompleks), jika daya tidak sekata atau parameter pemprosesan tidak sesuai, masalah seperti serpihan dan penyebaran mikrocrack terdedah kepada berlaku, yang membawa kepada pengikisan bahan kerja.

Kecekapan pemprosesan rendah: Untuk mengelakkan patah rapuh, proses khas seperti pengisaran berkelajuan rendah dengan roda pengisar berlian dan penggilap magnetorheologi diperlukan. Kitaran pemprosesan adalah 30% hingga 50% lebih lama daripada bahan logam, dan kos pelaburan peralatan adalah tinggi (contohnya, harga pusat pemesinan pautan lima paksi melebihi 10 juta yuan).
Had struktur kompleks: Sukar untuk menghasilkan struktur ringan berongga melalui tuangan, penempaan dan proses lain. Ia kebanyakannya digunakan dalam bentuk geometri mudah seperti plat dan tapak, dan penggunaannya terhad dalam peralatan yang memerlukan sokongan yang tidak teratur atau integrasi saluran paip dalaman.
Kedua, ketumpatan tinggi membawa kepada beban berat pada peralatan
Sukar untuk dikendalikan dan dipasang: Ketumpatan granit adalah lebih kurang 2.6-3.0 g/cm³, dan beratnya ialah 1.5-2 kali ganda daripada besi tuang di bawah isipadu yang sama. Sebagai contoh, berat asas granit untuk mesin fotolitografi boleh mencapai 5 hingga 10 tan, memerlukan peralatan angkat khusus dan asas kalis kejutan, yang meningkatkan kos pembinaan kilang dan penggunaan peralatan.
Selang tindak balas dinamik: Inersia tinggi mengehadkan pecutan bahagian bergerak peralatan (seperti robot pemindahan wafer). Dalam senario di mana mula dan berhenti pantas diperlukan (seperti peralatan pemeriksaan berkelajuan tinggi), ia boleh menjejaskan rentak pengeluaran dan mengurangkan kecekapan.
Ketiga, kos pembaikan dan lelaran adalah tinggi
Kecacatan sukar dibaiki: Jika kehausan permukaan atau kerosakan perlanggaran berlaku semasa penggunaan, ia perlu dikembalikan ke kilang untuk dibaiki melalui peralatan pengisaran profesional, yang tidak boleh dikendalikan dengan cepat di tapak. Sebaliknya, komponen logam boleh dibaiki serta-merta melalui kaedah seperti kimpalan titik dan pelapisan laser, menyebabkan masa henti yang lebih singkat.
Kitaran lelaran reka bentuk adalah panjang: Perbezaan dalam urat granit semulajadi boleh menyebabkan sedikit turun naik dalam sifat bahan (seperti pekali pengembangan terma dan nisbah redaman) bagi kelompok yang berbeza. Jika reka bentuk peralatan berubah, sifat bahan perlu dipadankan semula, dan kitaran pengesahan penyelidikan dan pembangunan agak panjang.
iv. Sumber Terhad dan Cabaran Alam Sekitar
Batu asli tidak boleh diperbaharui: Granit berkualiti tinggi (seperti "Jinan Green" dan "Sesame Black" yang digunakan dalam semikonduktor) bergantung pada urat tertentu, mempunyai rizab terhad dan perlombongannya dihadkan oleh dasar perlindungan alam sekitar. Dengan pengembangan industri semikonduktor, mungkin terdapat risiko bekalan bahan mentah yang tidak stabil.
Memproses isu pencemaran: Semasa proses pemotongan dan pengisaran, sejumlah besar habuk granit (mengandungi silikon dioksida) terhasil. Jika tidak dikendalikan dengan betul, ia boleh menyebabkan silikosis. Selain itu, air sisa perlu dirawat dengan pemendapan sebelum dibuang, meningkatkan pelaburan perlindungan alam sekitar.
lima. Keserasian yang tidak mencukupi dengan proses baru muncul
Had persekitaran vakum: Sesetengah proses semikonduktor (seperti salutan vakum dan litografi rasuk elektron) memerlukan mengekalkan keadaan vakum yang tinggi di dalam peralatan. Walau bagaimanapun, liang mikro pada permukaan granit boleh menyerap molekul gas, yang perlahan-lahan dilepaskan dan menjejaskan kestabilan tahap vakum. Oleh itu, rawatan ketumpatan permukaan tambahan (seperti impregnasi resin) adalah perlu.
Isu keserasian elektromagnet: Granit ialah bahan penebat. Dalam senario di mana nyahcas elektrik statik atau perisai elektromagnet diperlukan (seperti platform penjerapan elektrostatik wafer), salutan logam atau filem konduktif perlu dikompaun, meningkatkan kerumitan struktur dan kos.
Strategi tindak balas industri
Walaupun kekurangan yang disebutkan di atas, industri semikonduktor telah menebus sebahagian daripada kekurangan granit melalui inovasi teknologi:

Reka bentuk struktur komposit: Ia mengguna pakai gabungan "asas granit + bingkai logam", dengan mengambil kira kedua-dua ketegaran dan ringan (contohnya, pengeluar mesin fotolitografi tertentu membenamkan struktur sarang lebah aloi aluminium dalam asas granit, mengurangkan berat sebanyak 40%).
Bahan alternatif sintetik tiruan: Membangunkan komposit matriks seramik (seperti seramik silikon karbida) dan batu tiruan berasaskan resin epoksi untuk mensimulasikan kestabilan terma dan rintangan getaran granit, sambil meningkatkan fleksibiliti pemprosesan.
Teknologi pemprosesan pintar: Dengan memperkenalkan algoritma AI untuk mengoptimumkan laluan pemprosesan, simulasi tekanan untuk meramalkan risiko retak, dan menggabungkan pengesanan dalam talian untuk melaraskan parameter dalam masa nyata, kadar sekerap pemprosesan telah dikurangkan daripada 5% kepada di bawah 1%.
Ringkasan
Kelemahan granit dalam industri semikonduktor pada asasnya berpunca daripada permainan antara sifat bahan semula jadi dan permintaan industri. Dengan kemajuan teknologi dan pembangunan bahan alternatif, senario aplikasinya mungkin mengecut secara beransur-ansur ke arah "komponen rujukan teras yang tidak boleh ditukar ganti" (seperti rel panduan hidrostatik untuk mesin fotolitografi dan platform pengukuran ultra-ketepatan), sementara secara beransur-ansur memberi laluan kepada bahan kejuruteraan yang lebih fleksibel dalam komponen struktur bukan kritikal. Pada masa hadapan, cara mengimbangi prestasi, kos dan kemampanan akan menjadi subjek yang terus diterokai oleh industri.