Under de strenge krav til høj præcision og høj pålidelighed i halvlederindustrien, selvom granit er et af kernematerialerne, medfører dets egenskaber også visse begrænsninger. Følgende er dets væsentligste ulemper og udfordringer i praktiske anvendelser:
For det første er materialet meget sprødt og vanskeligt at bearbejde
Risiko for revnedannelse: Granit er i bund og grund en natursten med naturlige mikrorevner og mineralpartikelgrænser indeni, og det er et typisk sprødt materiale. Ved ultrapræcisionsbearbejdning (såsom nanoslibning og kompleks bearbejdning af buede overflader) er der en ujævn kraft eller uhensigtsmæssige bearbejdningsparametre, der kan forårsage problemer som afskalning og spredning af mikrorevner, hvilket fører til skrotning af emnet.
Lav bearbejdningseffektivitet: For at undgå sprødbrud kræves der særlige processer såsom lavhastighedsslibning med diamantslibeskiver og magnetorheologisk polering. Bearbejdningscyklussen er 30% til 50% længere end for metalmaterialer, og investeringsomkostningerne i udstyret er høje (for eksempel overstiger prisen på et femakset koblingsbearbejdningscenter 10 millioner yuan).
Begrænsninger i komplekse strukturer: Det er vanskeligt at producere hule letvægtsstrukturer gennem støbning, smedning og andre processer. Det bruges mest i simple geometriske former såsom plader og baser, og dets anvendelse er begrænset i udstyr, der kræver uregelmæssige understøtninger eller intern rørledningsintegration.
For det andet fører høj tæthed til tung belastning på udstyret
Vanskelig at håndtere og installere: Granits densitet er cirka 2,6-3,0 g/cm³, og dens vægt er 1,5-2 gange støbejerns under samme volumen. For eksempel kan vægten af en granitbase til en fotolitografimaskine nå op på 5 til 10 tons, hvilket kræver dedikeret løfteudstyr og stødsikre fundamenter, hvilket øger omkostningerne ved fabrikskonstruktion og implementering af udstyr.
Dynamisk responsforsinkelse: Høj inerti begrænser accelerationen af bevægelige dele af udstyret (såsom waferoverføringsrobotter). I scenarier, hvor hurtig start og stop er påkrævet (såsom højhastighedsinspektionsudstyr), kan det påvirke produktionsrytmen og reducere effektiviteten.
For det tredje er omkostningerne til reparation og iteration høje
Defekter er vanskelige at reparere: Hvis der opstår overfladeslid eller kollisionsskader under brug, skal det returneres til fabrikken for reparation ved hjælp af professionelt slibeudstyr, hvilket ikke kan håndteres hurtigt på stedet. I modsætning hertil kan metalkomponenter repareres øjeblikkeligt ved hjælp af metoder som punktsvejsning og laserbeklædning, hvilket resulterer i kortere nedetid.
Design-iterationscyklussen er lang: Forskellene i naturlige granitårer kan forårsage små udsving i materialeegenskaberne (såsom termisk udvidelseskoefficient og dæmpningsforhold) for forskellige partier. Hvis udstyrsdesignet ændres, skal materialeegenskaberne justeres, og verifikationscyklussen for forskning og udvikling er relativt lang.
Iv. Begrænsede ressourcer og miljømæssige udfordringer
Natursten er ikke-fornyelig: Granit af høj kvalitet (såsom "Jinan Green" og "Sesame Black", der anvendes i halvledere) er afhængig af specifikke årer, har begrænsede reserver, og udvindingen er begrænset af miljøbeskyttelsespolitikker. Med udvidelsen af halvlederindustrien kan der være risiko for ustabil råvareforsyning.
Problemer med forurening i forbindelse med forarbejdning: Under skære- og slibeprocesser produceres en stor mængde granitstøv (indeholdende siliciumdioxid). Hvis det ikke håndteres korrekt, kan det forårsage silikose. Derudover skal spildevandet behandles ved sedimentation, før det udledes, hvilket øger investeringerne i miljøbeskyttelse.
Fem. Utilstrækkelig kompatibilitet med nye processer
Begrænsninger i vakuummiljøet: Nogle halvlederprocesser (såsom vakuumbelægning og elektronstrålelitografi) kræver opretholdelse af en høj vakuumtilstand inde i udstyret. Mikroporerne på granitoverfladen kan dog adsorbere gasmolekyler, som langsomt frigives og påvirker vakuumgradens stabilitet. Derfor er yderligere overfladefortætningsbehandling (såsom harpiksimprægnering) nødvendig.
Problemer med elektromagnetisk kompatibilitet: Granit er et isolerende materiale. I scenarier, hvor statisk elektricitetsafladning eller elektromagnetisk afskærmning er påkrævet (såsom elektrostatiske adsorptionsplatforme til wafers), skal metalbelægninger eller ledende film sammensættes, hvilket øger den strukturelle kompleksitet og omkostninger.
Strategi for branchens reaktion
Trods de ovennævnte mangler har halvlederindustrien delvist kompenseret for granitens mangler gennem teknologisk innovation:
Kompositstrukturdesign: Den anvender kombinationen af "granitbase + metalramme", der tager hensyn til både stivhed og letvægt (for eksempel indlejrer en bestemt fotolitografimaskineproducent en bikagestruktur af aluminiumslegering i granitbasen, hvilket reducerer vægten med 40%).
Kunstige syntetiske alternative materialer: Udvikling af keramiske matrixkompositter (såsom siliciumcarbidkeramik) og epoxyharpiksbaserede kunststen for at simulere granits termiske stabilitet og vibrationsmodstand, samtidig med at forarbejdningsfleksibiliteten forbedres.
Intelligent behandlingsteknologi: Ved at introducere AI-algoritmer til at optimere behandlingsforløbet, stresssimulering til at forudsige revnerisici og kombinere online detektion til at justere parametre i realtid, er skrotprocenten i behandlingen reduceret fra 5 % til under 1 %.
Oversigt
Granits mangler i halvlederindustrien stammer i det væsentlige fra spillet mellem dens naturlige materialegenskaber og industrielle krav. Med teknologiens fremskridt og udviklingen af alternative materialer kan dens anvendelsesscenarier gradvist skrumpe ind i retning af "uerstattelige kernereferencekomponenter" (såsom hydrostatiske føringsskinner til fotolitografimaskiner og ultrapræcisionsmålingsplatforme), samtidig med at det gradvist viger pladsen for mere fleksible ingeniørmaterialer i ikke-kritiske strukturelle komponenter. I fremtiden vil det være et emne, som industrien fortsat vil udforske, hvordan man balancerer ydeevne, omkostninger og bæredygtighed.
Udsendelsestidspunkt: 24. maj 2025