Di bawah persyaratan ketat presisi tinggi dan keandalan tinggi dalam industri semikonduktor, meskipun granit merupakan salah satu material inti, sifat-sifatnya juga memiliki 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 yang umumnya rapuh. 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 keretakan dan penyebaran retakan mikro rentan terjadi, yang menyebabkan benda kerja terkikis.
Efisiensi pemrosesan rendah: Untuk menghindari patah getas, diperlukan proses khusus seperti penggilingan kecepatan rendah dengan roda gerinda berlian dan pemolesan magnetorheologis. Siklus pemrosesan 30% hingga 50% lebih lama daripada material logam, dan biaya investasi peralatannya tinggi (misalnya, harga pusat permesinan linkage lima sumbu melebihi 10 juta yuan).
Keterbatasan struktur kompleks: Sulit untuk menghasilkan struktur ringan berongga melalui pengecoran, penempaan, dan proses lainnya. Material ini sebagian besar digunakan pada bentuk geometris sederhana seperti pelat dan alas, dan penerapannya terbatas pada peralatan yang membutuhkan penyangga tidak beraturan atau integrasi pipa internal.
Kedua, kepadatan yang tinggi menyebabkan beban berat pada peralatan
Sulit ditangani dan dipasang: Kepadatan granit sekitar 2,6-3,0 g/cm³, dan beratnya 1,5-2 kali lipat besi cor dengan volume yang sama. Misalnya, berat alas granit untuk mesin fotolitografi dapat mencapai 5 hingga 10 ton, sehingga membutuhkan peralatan pengangkat khusus dan fondasi tahan guncangan, yang meningkatkan biaya konstruksi pabrik dan penempatan peralatan.
Lag respons dinamis: Inersia tinggi membatasi akselerasi komponen peralatan yang bergerak (seperti robot transfer wafer). Dalam skenario yang memerlukan start dan stop 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, komponen tersebut harus dikembalikan ke pabrik untuk diperbaiki menggunakan 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 operasional 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 batch. 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 terbarukan: 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 ekspansi industri semikonduktor, terdapat risiko pasokan bahan baku yang tidak stabil.
Masalah polusi akibat pemrosesan: Selama proses pemotongan dan penggilingan, sejumlah besar debu granit (mengandung silikon dioksida) dihasilkan. Jika tidak ditangani dengan benar, debu ini dapat menyebabkan silikosis. Selain itu, air limbah perlu diolah dengan sedimentasi sebelum dibuang, sehingga meningkatkan investasi dalam perlindungan lingkungan.
Lima. Kompatibilitas yang tidak memadai 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 kemudian dilepaskan secara perlahan dan memengaruhi stabilitas tingkat vakum. Oleh karena itu, diperlukan perlakuan pemadatan permukaan tambahan (seperti impregnasi resin).
Masalah kompatibilitas elektromagnetik: Granit merupakan material isolasi. Dalam skenario di mana pelepasan muatan listrik statis atau pelindung elektromagnetik diperlukan (seperti platform adsorpsi elektrostatik wafer), lapisan logam atau film konduktif perlu ditambahkan, 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 keseimbangan antara sifat material alaminya dan kebutuhan industri. Dengan kemajuan teknologi dan pengembangan material alternatif, skenario aplikasinya mungkin secara bertahap menyusut menuju "komponen referensi inti yang tak tergantikan" (seperti rel pemandu hidrostatik untuk mesin fotolitografi dan platform pengukuran ultra-presisi), sementara secara bertahap digantikan oleh material rekayasa yang lebih fleksibel dalam komponen struktural non-kritis. Di masa depan, bagaimana menyeimbangkan kinerja, biaya, dan keberlanjutan akan menjadi subjek yang terus dieksplorasi oleh industri ini.
Waktu posting: 24 Mei 2025