Þrátt fyrir strangar kröfur um mikla nákvæmni og mikla áreiðanleika í hálfleiðaraiðnaðinum, þá hafa eiginleikar þess einnig ákveðnar takmarkanir í för með sér, þótt granít sé eitt af kjarnaefnunum. Eftirfarandi eru helstu ókostir þess og áskoranir í hagnýtum tilgangi:
Í fyrsta lagi er efnið mjög brothætt og erfitt að vinna úr því
Hætta á sprungum: Granít er í raun náttúrusteinn með náttúrulegum örsprungum og agnamörkum steinefna að innan og er dæmigert brothætt efni. Í nákvæmri vinnslu (eins og nanóslípun og flókinni sveigðri yfirborðsvinnslu), ef krafturinn er ójafn eða vinnslubreyturnar eru óviðeigandi, eru vandamál eins og flísun og örsprungumyndun líkleg til að koma upp, sem leiðir til þess að vinnustykkið brotnar.
Lágt vinnsluhagkvæmni: Til að koma í veg fyrir brothætt brot þarf sérstakar aðferðir eins og lághraða slípun með demantslíphjólum og segulfræðilegri fægingu. Vinnsluferlið er 30% til 50% lengra en fyrir málmefni og fjárfestingarkostnaður búnaðar er hár (til dæmis er verð á fimmása tengibúnaði yfir 10 milljónir júana).
Takmarkanir flókinna burðarvirkja: Erfitt er að framleiða hol létt burðarvirki með steypu, smíði og öðrum ferlum. Það er aðallega notað í einföldum rúmfræðilegum formum eins og plötum og botnum, og notkun þess er takmörkuð í búnaði sem krefst óreglulegrar undirstöðu eða innri samþættingar pípulagna.
Í öðru lagi leiðir mikil þéttleiki til mikillar álags á búnaðinn
Erfitt í meðhöndlun og uppsetningu: Þéttleiki graníts er um það bil 2,6-3,0 g/cm³ og þyngd þess er 1,5-2 sinnum meiri en steypujárns við sama rúmmál. Til dæmis getur þyngd granítgrunns fyrir ljósritunarvél náð 5 til 10 tonnum, sem krefst sérstaks lyftibúnaðar og höggheldra undirstöðu, sem eykur kostnað við verksmiðjubyggingu og uppsetningu búnaðar.
Kraftmikil svörunartöf: Mikil tregða takmarkar hröðun hreyfanlegra hluta búnaðarins (eins og flutningsvélmenni fyrir skífur). Í aðstæðum þar sem hraðrar ræsingar og stöðvunar er krafist (eins og hraðskoðunarbúnaður) getur það haft áhrif á framleiðslutakt og dregið úr skilvirkni.
Í þriðja lagi er kostnaður við viðgerðir og endurtekningar hár
Gallar eru erfiðir við að gera við: Ef yfirborðsslit eða árekstrarskemmdir verða við notkun þarf að skila þeim aftur í verksmiðjuna til viðgerðar með faglegum slípibúnaði, sem ekki er hægt að gera fljótt við á staðnum. Aftur á móti er hægt að gera við málmhluti strax með aðferðum eins og punktsuðu og leysigeislaklæðningu, sem leiðir til styttri niðurtíma.
Hönnunarferlið er langt: Mismunur á náttúrulegum granítæðum getur valdið smávægilegum sveiflum í efniseiginleikum (eins og varmaþenslustuðli og dempunarhlutfalli) mismunandi framleiðslulota. Ef hönnun búnaðar breytist þarf að endurstilla efniseiginleikana og rannsóknar- og þróunarferlið er tiltölulega langt.
Iv. Takmarkaðar auðlindir og umhverfisáskoranir
Náttúrulegur steinn er ekki endurnýjanlegur: Hágæða granít (eins og „Jinan Green“ og „Sesame Black“ sem notuð eru í hálfleiðara) byggir á sérstökum æðum, hefur takmarkaðar birgðir og námugröftur þess er takmarkaður af umhverfisverndarstefnu. Með stækkun hálfleiðaraiðnaðarins getur verið hætta á óstöðugu hráefnisframboði.
Mengun við vinnslu: Við skurð- og kvörnunarferlið myndast mikið magn af granítryki (sem inniheldur kísildíoxíð). Ef það er ekki meðhöndlað rétt getur það valdið kísilbólgu. Þar að auki þarf að meðhöndla skólpið með botnfellingu áður en það er losað, sem eykur fjárfestingu í umhverfisvernd.
Fimm. Ónægjandi samhæfni við nýjar ferla
Takmarkanir á lofttæmisumhverfi: Sumar hálfleiðaraaðferðir (eins og lofttæmishúðun og rafeindageislaþjöppun) krefjast þess að viðhalda háu lofttæmi inni í búnaðinum. Hins vegar geta örholur á yfirborði granítsins sogað upp gassameindir, sem losna hægt og hafa áhrif á stöðugleika lofttæmisins. Því er nauðsynlegt að meðhöndla yfirborðið frekar með þéttingu (eins og með plastefnisþjöppun).
Rafsegulsviðssamhæfi: Granít er einangrandi efni. Í aðstæðum þar sem þörf er á stöðurafmagnslosun eða rafsegulvörn (eins og rafsegulsviðsupptöku á skífum) þarf að blanda saman málmhúðun eða leiðandi filmum, sem eykur flækjustig og kostnað við byggingu.
Viðbragðsáætlun iðnaðarins
Þrátt fyrir ofangreinda annmarka hefur hálfleiðaraiðnaðurinn að hluta til bætt upp fyrir annmarka granítsins með tækninýjungum:
Hönnun samsettrar uppbyggingar: Hún notar samsetningu af „granítgrunni + málmgrind“ og tekur mið af bæði stífleika og léttleika (til dæmis setur framleiðandi ljósmyndavéla álhýðisbyggingu inn í granítgrunninn, sem dregur úr þyngd um 40%).
Tilbúinn valkostur við gerviefni: Þróaðu keramikgrunnssamsetningar (eins og kísilkarbíðkeramik) og epoxy-plastefnisbundna gervisteina til að líkja eftir hitastöðugleika og titringsþoli graníts, en um leið auka sveigjanleika í vinnslu.
Greind vinnslutækni: Með því að kynna gervigreindarreiknirit til að hámarka vinnsluferilinn, spennuhermun til að spá fyrir um sprunguhættu og sameina netgreiningu til að aðlaga breytur í rauntíma, hefur vinnsluhlutfallið lækkað úr 5% í undir 1%.
Yfirlit
Ókostir graníts í hálfleiðaraiðnaðinum stafa aðallega af samspili náttúrulegra efniseiginleika þess og iðnaðarkröfum. Með framþróun tækni og þróun annarra efna gætu notkunarmöguleikar þess smám saman minnkað í átt að „óbætanlegum kjarnaviðmiðunaríhlutum“ (eins og vatnsstöðugum leiðarteinum fyrir ljósritunarvélar og afar nákvæmum mælipöllum), en smám saman víkja fyrir sveigjanlegri verkfræðiefnum í óþarfa byggingaríhlutum. Í framtíðinni mun iðnaðurinn halda áfram að skoða hvernig hægt er að halda jafnvægi á afköstum, kostnaði og sjálfbærni.
Birtingartími: 24. maí 2025