Berdasarkan persyaratan ketat presisi tinggi dan keandalan tinggi dalam industri semikonduktor, meskipun granit merupakan salah satu bahan inti, sifat-sifatnya juga membawa keterbatasan tertentu. Berikut ini adalah kelemahan dan tantangan utamanya dalam aplikasi praktis:
Pertama, materialnya sangat rapuh dan sulit diproses
Risiko retak: Granit pada dasarnya adalah batu alam dengan retakan mikro alami dan batas partikel mineral di dalamnya, dan merupakan material rapuh yang umum. Dalam pemesinan ultra-presisi (seperti penggilingan skala nano dan pemrosesan permukaan lengkung yang kompleks), jika gaya tidak merata atau parameter pemrosesan tidak tepat, masalah seperti terkelupasnya dan penyebaran retakan mikro cenderung terjadi, yang menyebabkan terkikisnya benda kerja.
Efisiensi pemrosesan rendah: Untuk menghindari patah getas, diperlukan proses khusus seperti penggilingan kecepatan rendah dengan roda gerinda berlian dan pemolesan magnetorheological. Siklus pemrosesan 30% hingga 50% lebih lama daripada bahan logam, dan biaya investasi peralatan tinggi (misalnya, harga pusat permesinan hubungan lima sumbu melebihi 10 juta yuan).
Keterbatasan struktur kompleks: Sulit untuk menghasilkan struktur berongga dan ringan melalui pengecoran, penempaan, dan proses lainnya. Sebagian besar digunakan dalam bentuk geometris sederhana seperti pelat dan alas, dan penerapannya terbatas pada peralatan yang memerlukan penyangga tidak beraturan atau integrasi pipa internal.
Kedua, kepadatan yang tinggi menyebabkan beban yang berat pada peralatan
Sulit ditangani dan dipasang: Kepadatan granit sekitar 2,6-3,0 g/cm³, dan beratnya 1,5-2 kali lipat dari besi cor dengan volume yang sama. Misalnya, berat dasar granit untuk mesin fotolitografi dapat mencapai 5 hingga 10 ton, yang memerlukan peralatan pengangkat khusus dan fondasi antiguncangan, yang meningkatkan biaya konstruksi pabrik dan penyebaran peralatan.
Kelambatan respons dinamis: Inersia tinggi membatasi percepatan komponen peralatan yang bergerak (seperti robot pemindah wafer). Dalam skenario yang mengharuskan memulai dan menghentikan dengan cepat (seperti peralatan inspeksi berkecepatan tinggi), hal ini dapat memengaruhi ritme produksi dan mengurangi efisiensi.
Ketiga, biaya perbaikan dan iterasi tinggi
Cacat sulit diperbaiki: Jika terjadi keausan permukaan atau kerusakan akibat benturan selama penggunaan, kerusakan tersebut harus dikembalikan ke pabrik untuk diperbaiki melalui peralatan penggilingan profesional, yang tidak dapat ditangani dengan cepat di lokasi. Sebaliknya, komponen logam dapat segera diperbaiki melalui metode seperti pengelasan titik dan pelapisan laser, sehingga waktu henti lebih singkat.
Siklus iterasi desain panjang: Perbedaan urat granit alami dapat menyebabkan sedikit fluktuasi pada sifat material (seperti koefisien ekspansi termal dan rasio redaman) dari berbagai kelompok. Jika desain peralatan berubah, sifat material perlu disesuaikan kembali, dan siklus verifikasi penelitian dan pengembangan relatif panjang.
Iv. Keterbatasan Sumber Daya dan Tantangan Lingkungan
Batu alam tidak dapat diperbarui: Granit berkualitas tinggi (seperti "Jinan Green" dan "Sesame Black" yang digunakan dalam semikonduktor) bergantung pada urat tertentu, memiliki cadangan terbatas, dan penambangannya dibatasi oleh kebijakan perlindungan lingkungan. Dengan perluasan industri semikonduktor, mungkin ada risiko pasokan bahan baku yang tidak stabil.
Masalah pencemaran akibat pemrosesan: Selama proses pemotongan dan penggilingan, sejumlah besar debu granit (mengandung silikon dioksida) dihasilkan. Jika tidak ditangani dengan benar, debu tersebut dapat menyebabkan silikosis. Selain itu, air limbah perlu diolah dengan sedimentasi sebelum dibuang, sehingga meningkatkan investasi perlindungan lingkungan.
Lima. Kompatibilitas yang kurang dengan proses yang sedang berkembang
Keterbatasan lingkungan vakum: Beberapa proses semikonduktor (seperti pelapisan vakum dan litografi berkas elektron) memerlukan pemeliharaan kondisi vakum tinggi di dalam peralatan. Namun, pori-pori mikro pada permukaan granit dapat menyerap molekul gas, yang dilepaskan secara perlahan dan memengaruhi stabilitas derajat vakum. Oleh karena itu, diperlukan perlakuan pemadatan permukaan tambahan (seperti impregnasi resin).
Masalah kompatibilitas elektromagnetik: Granit adalah bahan isolasi. Dalam skenario di mana pelepasan listrik statis atau pelindung elektromagnetik diperlukan (seperti platform penyerapan elektrostatik wafer), pelapis logam atau film konduktif perlu dicampur, sehingga meningkatkan kompleksitas dan biaya struktural.
Strategi respons industri
Meskipun terdapat kekurangan yang disebutkan di atas, industri semikonduktor telah menutupi sebagian kekurangan granit melalui inovasi teknologi:
Desain struktur komposit: Mengadopsi kombinasi "dasar granit + rangka logam", dengan mempertimbangkan kekakuan dan ringan (misalnya, produsen mesin fotolitografi tertentu menanamkan struktur sarang lebah paduan aluminium di dasar granit, mengurangi berat hingga 40%).
Bahan alternatif sintetis buatan: Mengembangkan komposit matriks keramik (seperti keramik silikon karbida) dan batu buatan berbasis resin epoksi untuk mensimulasikan stabilitas termal dan ketahanan getaran granit, sekaligus meningkatkan fleksibilitas pemrosesan.
Teknologi pemrosesan cerdas: Dengan memperkenalkan algoritma AI untuk mengoptimalkan jalur pemrosesan, simulasi tegangan untuk memprediksi risiko retak, dan menggabungkan deteksi daring untuk menyesuaikan parameter secara real time, tingkat pembuangan pemrosesan telah berkurang dari 5% menjadi di bawah 1%.
Ringkasan
Kekurangan granit dalam industri semikonduktor pada dasarnya berasal dari permainan antara sifat material alaminya dan tuntutan industri. Dengan kemajuan teknologi dan pengembangan material alternatif, skenario aplikasinya mungkin secara bertahap menyusut ke arah "komponen referensi inti yang tak tergantikan" (seperti rel pemandu hidrostatik untuk mesin fotolitografi dan platform pengukuran ultra-presisi), sementara secara bertahap memberi jalan bagi material rekayasa yang lebih fleksibel dalam komponen struktural yang tidak kritis. Di masa mendatang, bagaimana menyeimbangkan kinerja, biaya, dan keberlanjutan akan menjadi subjek yang terus dieksplorasi oleh industri.
Waktu posting: 24-Mei-2025