સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં ગ્રેનાઈટના ગેરફાયદા શું છે?

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતાની કડક આવશ્યકતાઓ હેઠળ, ગ્રેનાઈટ મુખ્ય સામગ્રીઓમાંની એક હોવા છતાં, તેના ગુણધર્મો પણ ચોક્કસ મર્યાદાઓ લાવે છે. વ્યવહારિક એપ્લિકેશનોમાં તેના મુખ્ય ગેરફાયદા અને પડકારો નીચે મુજબ છે:
પ્રથમ, સામગ્રી ખૂબ જ બરડ અને પ્રક્રિયા કરવામાં મુશ્કેલ છે.
ક્રેકીંગનું જોખમ: ગ્રેનાઈટ મૂળભૂત રીતે કુદરતી સૂક્ષ્મ તિરાડો અને અંદર ખનિજ કણોની સીમાઓ ધરાવતો કુદરતી પથ્થર છે, અને તે એક લાક્ષણિક બરડ સામગ્રી છે. અતિ-ચોકસાઇવાળા મશીનિંગમાં (જેમ કે નેનોસ્કેલ ગ્રાઇન્ડીંગ અને જટિલ વક્ર સપાટી પ્રક્રિયા), જો બળ અસમાન હોય અથવા પ્રોસેસિંગ પરિમાણો અયોગ્ય હોય, તો ચિપિંગ અને માઇક્રોક્રેક પ્રચાર જેવી સમસ્યાઓ થવાની સંભાવના રહે છે, જેના કારણે વર્કપીસ સ્ક્રેપ થઈ જાય છે.

ઓછી પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા: બરડ ફ્રેક્ચર ટાળવા માટે, ડાયમંડ ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ્સ સાથે ઓછી ગતિએ ગ્રાઇન્ડીંગ અને મેગ્નેટોરિયોલોજિકલ પોલિશિંગ જેવી ખાસ પ્રક્રિયાઓ જરૂરી છે. પ્રક્રિયા ચક્ર ધાતુની સામગ્રી કરતા 30% થી 50% લાંબુ છે, અને સાધનોના રોકાણ ખર્ચ વધારે છે (ઉદાહરણ તરીકે, પાંચ-અક્ષીય લિંકેજ મશીનિંગ સેન્ટરની કિંમત 10 મિલિયન યુઆનથી વધુ છે).
જટિલ માળખાકીય મર્યાદાઓ: કાસ્ટિંગ, ફોર્જિંગ અને અન્ય પ્રક્રિયાઓ દ્વારા હોલો લાઇટવેઇટ સ્ટ્રક્ચર્સનું ઉત્પાદન કરવું મુશ્કેલ છે. તેનો ઉપયોગ મોટે ભાગે પ્લેટ્સ અને બેઝ જેવા સરળ ભૌમિતિક આકારોમાં થાય છે, અને તેનો ઉપયોગ એવા સાધનોમાં મર્યાદિત છે જેને અનિયમિત સપોર્ટ અથવા આંતરિક પાઇપલાઇન એકીકરણની જરૂર હોય છે.
બીજું, ઊંચી ઘનતા સાધનો પર ભારે ભારણ લાવે છે
હેન્ડલ અને ઇન્સ્ટોલ કરવામાં મુશ્કેલ: ગ્રેનાઈટની ઘનતા આશરે 2.6-3.0 g/cm³ છે, અને તેનું વજન સમાન વોલ્યુમ હેઠળ કાસ્ટ આયર્ન કરતા 1.5-2 ગણું છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન માટે ગ્રેનાઈટ બેઝનું વજન 5 થી 10 ટન સુધી પહોંચી શકે છે, જેના માટે સમર્પિત લિફ્ટિંગ સાધનો અને શોક-પ્રૂફ ફાઉન્ડેશનની જરૂર પડે છે, જે ફેક્ટરી બાંધકામ અને સાધનોના જમાવટનો ખર્ચ વધારે છે.
ગતિશીલ પ્રતિભાવ વિલંબ: ઉચ્ચ જડતા સાધનોના ગતિશીલ ભાગો (જેમ કે વેફર ટ્રાન્સફર રોબોટ્સ) ના પ્રવેગને મર્યાદિત કરે છે. જ્યાં ઝડપી શરૂઆત અને બંધ જરૂરી હોય તેવા સંજોગોમાં (જેમ કે હાઇ-સ્પીડ નિરીક્ષણ સાધનો), તે ઉત્પાદન લયને અસર કરી શકે છે અને કાર્યક્ષમતા ઘટાડી શકે છે.
ત્રીજું, સમારકામ અને પુનરાવર્તનનો ખર્ચ ઊંચો છે
ખામીઓનું સમારકામ મુશ્કેલ છે: જો ઉપયોગ દરમિયાન સપાટી પર ઘસારો અથવા અથડામણથી નુકસાન થાય છે, તો તેને વ્યાવસાયિક ગ્રાઇન્ડીંગ સાધનો દ્વારા સમારકામ માટે ફેક્ટરીમાં પરત કરવાની જરૂર છે, જે સ્થળ પર ઝડપથી સંભાળી શકાતી નથી. તેનાથી વિપરીત, સ્પોટ વેલ્ડીંગ અને લેસર ક્લેડીંગ જેવી પદ્ધતિઓ દ્વારા ધાતુના ઘટકોનું તાત્કાલિક સમારકામ કરી શકાય છે, જેના પરિણામે ડાઉનટાઇમ ઓછો થાય છે.
ડિઝાઇન પુનરાવર્તન ચક્ર લાંબો છે: કુદરતી ગ્રેનાઈટ નસોમાં તફાવત વિવિધ બેચના સામગ્રી ગુણધર્મો (જેમ કે થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક અને ભીનાશ ગુણોત્તર) માં થોડો વધઘટ લાવી શકે છે. જો સાધનોની ડિઝાઇન બદલાય છે, તો સામગ્રી ગુણધર્મોને ફરીથી મેચ કરવાની જરૂર છે, અને સંશોધન અને વિકાસ ચકાસણી ચક્ર પ્રમાણમાં લાંબો છે.
IV. મર્યાદિત સંસાધનો અને પર્યાવરણીય પડકારો
કુદરતી પથ્થર નવીનીકરણીય નથી: ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રેનાઈટ (જેમ કે સેમિકન્ડક્ટરમાં વપરાતા "જીનાન ગ્રીન" અને "સેસેમ બ્લેક") ચોક્કસ નસો પર આધાર રાખે છે, મર્યાદિત અનામત ધરાવે છે અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણ નીતિઓ દ્વારા તેનું ખાણકામ પ્રતિબંધિત છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના વિસ્તરણ સાથે, અસ્થિર કાચા માલના પુરવઠાનું જોખમ હોઈ શકે છે.
પ્રક્રિયા પ્રદૂષણ સમસ્યાઓ: કટીંગ અને ગ્રાઇન્ડીંગ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન, મોટી માત્રામાં ગ્રેનાઈટ ધૂળ (સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ ધરાવતી) ઉત્પન્ન થાય છે. જો યોગ્ય રીતે સંભાળવામાં ન આવે તો, તે સિલિકોસિસનું કારણ બની શકે છે. વધુમાં, ગંદા પાણીને છોડતા પહેલા સેડિમેન્ટેશન દ્વારા ટ્રીટ કરવાની જરૂર છે, જેનાથી પર્યાવરણીય સંરક્ષણ રોકાણમાં વધારો થાય છે.
પાંચ. ઉભરતી પ્રક્રિયાઓ સાથે અપૂરતી સુસંગતતા
શૂન્યાવકાશ પર્યાવરણ મર્યાદાઓ: કેટલીક સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓ (જેમ કે શૂન્યાવકાશ કોટિંગ અને ઇલેક્ટ્રોન બીમ લિથોગ્રાફી) માટે સાધનોની અંદર ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ સ્થિતિ જાળવવાની જરૂર પડે છે. જો કે, ગ્રેનાઈટની સપાટી પરના સૂક્ષ્મ છિદ્રો ગેસના અણુઓને શોષી શકે છે, જે ધીમે ધીમે મુક્ત થાય છે અને શૂન્યાવકાશ ડિગ્રીની સ્થિરતાને અસર કરે છે. તેથી, વધારાની સપાટી ઘનતા સારવાર (જેમ કે રેઝિન ગર્ભાધાન) જરૂરી છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા સમસ્યાઓ: ગ્રેનાઈટ એક ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રી છે. જ્યાં સ્ટેટિક ઇલેક્ટ્રિસિટી ડિસ્ચાર્જ અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શિલ્ડિંગ જરૂરી હોય તેવા સંજોગોમાં (જેમ કે વેફર ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણ પ્લેટફોર્મ), મેટલ કોટિંગ્સ અથવા વાહક ફિલ્મોને સંયોજન કરવાની જરૂર પડે છે, જેનાથી માળખાકીય જટિલતા અને ખર્ચમાં વધારો થાય છે.
ઉદ્યોગ પ્રતિભાવ વ્યૂહરચના
ઉપરોક્ત ખામીઓ હોવા છતાં, સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગે તકનીકી નવીનતા દ્વારા ગ્રેનાઈટની ખામીઓને આંશિક રીતે પૂર્ણ કરી છે:

સંયુક્ત રચના ડિઝાઇન: તે "ગ્રેનાઈટ બેઝ + મેટલ ફ્રેમ" ના સંયોજનને અપનાવે છે, જેમાં કઠોરતા અને હળવા વજન બંનેને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ચોક્કસ ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન ઉત્પાદક ગ્રેનાઈટ બેઝમાં એલ્યુમિનિયમ એલોય હનીકોમ્બ સ્ટ્રક્ચર એમ્બેડ કરે છે, જેનાથી વજન 40% ઘટે છે).
કૃત્રિમ કૃત્રિમ વૈકલ્પિક સામગ્રી: ગ્રેનાઈટની થર્મલ સ્થિરતા અને કંપન પ્રતિકારનું અનુકરણ કરવા માટે સિરામિક મેટ્રિક્સ કમ્પોઝીટ (જેમ કે સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ) અને ઇપોક્સી રેઝિન-આધારિત કૃત્રિમ પત્થરો વિકસાવો, જ્યારે પ્રક્રિયા સુગમતામાં વધારો કરો.
બુદ્ધિશાળી પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી: પ્રોસેસિંગ પાથને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે AI અલ્ગોરિધમ્સ, ક્રેક જોખમોની આગાહી કરવા માટે સ્ટ્રેસ સિમ્યુલેશન અને વાસ્તવિક સમયમાં પરિમાણોને સમાયોજિત કરવા માટે ઑનલાઇન શોધને જોડીને, પ્રોસેસિંગ સ્ક્રેપ રેટ 5% થી ઘટાડીને 1% ની નીચે કરવામાં આવ્યો છે.
સારાંશ
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં ગ્રેનાઈટની ખામીઓ મુખ્યત્વે તેના કુદરતી સામગ્રી ગુણધર્મો અને ઔદ્યોગિક માંગ વચ્ચેના રમતમાંથી ઉદ્ભવે છે. ટેકનોલોજીની પ્રગતિ અને વૈકલ્પિક સામગ્રીના વિકાસ સાથે, તેના ઉપયોગના દૃશ્યો ધીમે ધીમે "બદલી ન શકાય તેવા મુખ્ય સંદર્ભ ઘટકો" (જેમ કે ફોટોલિથોગ્રાફી મશીનો અને અલ્ટ્રા-પ્રિસિઝન માપન પ્લેટફોર્મ માટે હાઇડ્રોસ્ટેટિક માર્ગદર્શિકા રેલ્સ) તરફ સંકોચાઈ શકે છે, જ્યારે ધીમે ધીમે બિન-નિર્ણાયક માળખાકીય ઘટકોમાં વધુ લવચીક એન્જિનિયરિંગ સામગ્રીને માર્ગ આપે છે. ભવિષ્યમાં, પ્રદર્શન, ખર્ચ અને ટકાઉપણું કેવી રીતે સંતુલિત કરવું તે એક વિષય હશે જેનો ઉદ્યોગ અન્વેષણ કરવાનું ચાલુ રાખશે.