Pooljuhtide tööstuses kehtivate rangete suure täpsuse ja töökindluse nõuete kohaselt on graniit küll üks põhimaterjale, kuid sellel on ka teatud piirangud. Järgnevalt on toodud peamised puudused ja väljakutsed praktilises rakenduses:
Esiteks on materjal väga habras ja seda on raske töödelda.
Pragunemise oht: Graniit on sisuliselt looduslik kivi, mille sees on looduslikud mikropraod ja mineraalosakeste piirid ning see on tüüpiliselt habras materjal. Ülitäpse töötlemise (näiteks nanoskaala lihvimise ja keerukate kõverate pindade töötlemise) korral, kui jõud on ebaühtlane või töötlemisparameetrid on sobimatud, tekivad probleemid nagu mõranemine ja mikropragude levik, mis viib tooriku praakimiseni.
Madal töötlemise efektiivsus: hapraks purunemise vältimiseks on vaja spetsiaalseid protsesse, näiteks teemantlihvketastega madala kiirusega lihvimist ja magnetoreoloogilist poleerimist. Töötlemistsükkel on 30–50% pikem kui metallmaterjalidel ja seadmete investeerimiskulud on suured (näiteks viieteljelise ühenduskeskuse hind ületab 10 miljonit jüaani).
Keeruliste konstruktsioonide piirangud: õõnsate kergkonstruktsioonide tootmine valamise, sepistamise ja muude protsesside abil on keeruline. Seda kasutatakse enamasti lihtsate geomeetriliste kujundite, näiteks plaatide ja aluste puhul ning selle rakendusala on piiratud seadmetes, mis vajavad ebakorrapäraseid tugesid või sisemist torujuhtme integreerimist.
Teiseks, suur tihedus koormab seadmeid tugevalt.
Raske käsitseda ja paigaldada: graniidi tihedus on ligikaudu 2,6–3,0 g/cm³ ja selle kaal on sama mahu juures 1,5–2 korda suurem kui malmil. Näiteks fotolitograafiamasina graniidist aluse kaal võib ulatuda 5–10 tonnini, mis nõuab spetsiaalset tõsteseadet ja põrutuskindlat vundamenti, mis suurendab tehase ehituse ja seadmete kasutuselevõtu kulusid.
Dünaamiline reageerimisviivitus: suur inerts piirab seadmete liikuvate osade (nt kiibiülekande robotite) kiirendust. Kiire käivitamise ja seiskamise korral (nt kiirete kontrollseadmete puhul) võib see mõjutada tootmisrütmi ja vähendada efektiivsust.
Kolmandaks, remondi ja iteratsiooni maksumus on kõrge
Defekte on raske parandada: kui kasutamise ajal tekib pinnakulumine või kokkupõrkekahjustus, tuleb see tehasesse tagastada parandamiseks professionaalsete lihvimisseadmetega, millega ei saa kohapeal kiiresti hakkama. Seevastu metallkomponente saab kohe parandada selliste meetoditega nagu punktkeevitus ja laserkatmine, mille tulemuseks on lühem seisakuaeg.
Projekteerimise iteratsioonitsükkel on pikk: looduslike graniidi soonte erinevused võivad põhjustada erinevate partiide materjali omaduste (nt soojuspaisumisteguri ja sumbuvusteguri) väikeseid kõikumisi. Kui seadme konstruktsioon muutub, tuleb materjali omadused uuesti sobitada ning uurimis- ja arendustegevuse kontrollitsükkel on suhteliselt pikk.
IV. Piiratud ressursid ja keskkonnaprobleemid
Looduskivi ei ole taastuv: kvaliteetne graniit (näiteks pooljuhtides kasutatav „Jinan Green” ja „Sesame Black”) tugineb spetsiifilistele soontele, selle varud on piiratud ja selle kaevandamist piiravad keskkonnakaitsepoliitikad. Pooljuhtide tööstuse laienemisega võib kaasneda ebastabiilse toorainevarustuse oht.
Töötlemisega seotud saasteprobleemid: Lõikamis- ja lihvimisprotsesside käigus tekib suures koguses graniidist tolmu (mis sisaldab ränidioksiidi). Kui seda ei käidelda õigesti, võib see põhjustada silikoosi. Lisaks tuleb reovett enne ärajuhtimist setitamise teel töödelda, mis suurendab keskkonnakaitsealaseid investeeringuid.
Viis. Ebapiisav ühilduvus tekkivate protsessidega
Vaakumkeskkonna piirangud: Mõned pooljuhtprotsessid (näiteks vaakumkatmine ja elektronkiirlitograafia) nõuavad seadme sees kõrge vaakumseisundi säilitamist. Graniidi pinnal olevad mikropoorid võivad aga adsorbeerida gaasimolekule, mis aeglaselt vabanevad ja mõjutavad vaakumi stabiilsust. Seetõttu on vajalik täiendav pinna tihendamine (näiteks vaiguga immutamine).
Elektromagnetilise ühilduvuse probleemid: Graniit on isoleeriv materjal. Juhtudel, kus on vaja staatilist elektrit või elektromagnetilist varjestust (näiteks vahvlite elektrostaatilise adsorptsiooni platvormidel), tuleb lisada metallkatteid või juhtivaid kilesid, mis suurendab konstruktsiooni keerukust ja kulusid.
Tööstusharu reageerimisstrateegia
Vaatamata ülalmainitud puudustele on pooljuhtide tööstus graniidi puudujäägid osaliselt kompenseerinud tehnoloogilise innovatsiooni abil:
Komposiitkonstruktsiooni disain: see kasutab graniidist aluse + metallraami kombinatsiooni, võttes arvesse nii jäikust kui ka kerget kaalu (näiteks teatud fotolitograafiamasinate tootja paigaldab graniidist alusesse alumiiniumisulamist kärgstruktuuri, vähendades kaalu 40%).
Kunstlikud sünteetilised alternatiivmaterjalid: arendada keraamilisi maatrikskomposiite (näiteks ränikarbiidkeraamikat) ja epoksüvaigul põhinevaid tehiskive, et simuleerida graniidi termilist stabiilsust ja vibratsioonikindlust, suurendades samal ajal töötlemise paindlikkust.
Intelligentne töötlemistehnoloogia: tehisintellekti algoritmide kasutuselevõtuga töötlemistee optimeerimiseks, pinge simulatsiooniga pragude riski ennustamiseks ja võrgutuvastuse kombineerimisega parameetrite reaalajas kohandamiseks on töötlemispraagi määr vähenenud 5%-lt alla 1%-ni.
Kokkuvõte
Graniidi puudujäägid pooljuhtide tööstuses tulenevad peamiselt mängust selle looduslike omaduste ja tööstuslike nõudmiste vahel. Tehnoloogia arenedes ja alternatiivsete materjalide väljatöötamisega võivad selle rakendusalad järk-järgult kitseneda "asendamatute põhikomponentide" (näiteks fotolitograafiamasinate hüdrostaatilised juhtsiinid ja ülitäpsed mõõtmisplatvormid) suunas, andes samal ajal järk-järgult teed paindlikumatele insenermaterjalidele mitte-kriitilistes konstruktsioonielementides. Tulevikus on jõudluse, kulude ja jätkusuutlikkuse tasakaalustamine teema, mida tööstus jätkuvalt uurib.
Postituse aeg: 24. mai 2025