अर्धचालक उद्योग में ग्रेनाइट के नुकसान क्या हैं?

सेमीकंडक्टर उद्योग में उच्च परिशुद्धता और उच्च विश्वसनीयता की सख्त आवश्यकताओं के तहत, हालांकि ग्रेनाइट मुख्य सामग्रियों में से एक है, इसके गुण कुछ सीमाएँ भी लाते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसके मुख्य नुकसान और चुनौतियाँ निम्नलिखित हैं:
सबसे पहले, यह सामग्री अत्यधिक भंगुर है और इसे संसाधित करना कठिन है
दरार पड़ने का जोखिम: ग्रेनाइट मूल रूप से एक प्राकृतिक पत्थर है जिसके अंदर प्राकृतिक सूक्ष्म दरारें और खनिज कण सीमाएँ होती हैं, और यह एक विशिष्ट भंगुर पदार्थ है। अल्ट्रा-प्रिसिज़न मशीनिंग (जैसे नैनोस्केल ग्राइंडिंग और जटिल घुमावदार सतह प्रसंस्करण) में, यदि बल असमान है या प्रसंस्करण पैरामीटर अनुपयुक्त हैं, तो चिपिंग और माइक्रोक्रैक प्रसार जैसी समस्याएँ होने की संभावना होती है, जिससे वर्कपीस के स्क्रैपिंग की संभावना बढ़ जाती है।

कम प्रसंस्करण दक्षता: भंगुर फ्रैक्चर से बचने के लिए, हीरे के पीसने वाले पहियों और मैग्नेटोरियोलॉजिकल पॉलिशिंग के साथ कम गति वाली पीसने जैसी विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। प्रसंस्करण चक्र धातु सामग्री की तुलना में 30% से 50% लंबा है, और उपकरण निवेश लागत अधिक है (उदाहरण के लिए, पांच-अक्ष लिंकेज मशीनिंग केंद्र की कीमत 10 मिलियन युआन से अधिक है)।
जटिल संरचना की सीमाएँ: कास्टिंग, फोर्जिंग और अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से खोखले हल्के ढांचे का निर्माण करना मुश्किल है। इसका उपयोग ज्यादातर प्लेटों और आधारों जैसे सरल ज्यामितीय आकृतियों में किया जाता है, और इसका अनुप्रयोग उन उपकरणों में सीमित है जिन्हें अनियमित समर्थन या आंतरिक पाइपलाइन एकीकरण की आवश्यकता होती है।
दूसरा, उच्च घनत्व के कारण उपकरण पर भारी भार पड़ता है
संभालना और स्थापित करना मुश्किल: ग्रेनाइट का घनत्व लगभग 2.6-3.0 ग्राम/सेमी³ है, और इसका वजन समान आयतन के तहत कच्चे लोहे के वजन का 1.5-2 गुना है। उदाहरण के लिए, फोटोलिथोग्राफी मशीन के लिए ग्रेनाइट बेस का वजन 5 से 10 टन तक पहुंच सकता है, जिसके लिए समर्पित उठाने वाले उपकरण और शॉक-प्रूफ नींव की आवश्यकता होती है, जिससे कारखाने के निर्माण और उपकरण की तैनाती की लागत बढ़ जाती है।
गतिशील प्रतिक्रिया अंतराल: उच्च जड़त्व उपकरण के गतिशील भागों (जैसे वेफर ट्रांसफर रोबोट) के त्वरण को सीमित करता है। ऐसे परिदृश्यों में जहां तेजी से शुरू और बंद करना आवश्यक है (जैसे उच्च गति निरीक्षण उपकरण), यह उत्पादन लय को प्रभावित कर सकता है और दक्षता को कम कर सकता है।
तीसरा, मरम्मत और पुनरावर्तन की लागत अधिक है
दोषों की मरम्मत करना मुश्किल है: यदि उपयोग के दौरान सतह पर घिसाव या टक्कर से नुकसान होता है, तो इसे पेशेवर पीसने वाले उपकरणों के माध्यम से मरम्मत के लिए कारखाने में वापस लाना पड़ता है, जिसे साइट पर जल्दी से संभाला नहीं जा सकता। इसके विपरीत, धातु के घटकों को स्पॉट वेल्डिंग और लेजर क्लैडिंग जैसे तरीकों से तुरंत मरम्मत की जा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप डाउनटाइम कम होता है।
डिजाइन पुनरावृत्ति चक्र लंबा है: प्राकृतिक ग्रेनाइट नसों में अंतर विभिन्न बैचों के सामग्री गुणों (जैसे थर्मल विस्तार गुणांक और भिगोना अनुपात) में मामूली उतार-चढ़ाव का कारण बन सकता है। यदि उपकरण डिजाइन बदलता है, तो सामग्री गुणों को फिर से मिलान करने की आवश्यकता होती है, और अनुसंधान और विकास सत्यापन चक्र अपेक्षाकृत लंबा होता है।
सीमित संसाधन और पर्यावरणीय चुनौतियाँ
प्राकृतिक पत्थर गैर-नवीकरणीय है: उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेनाइट (जैसे कि "जिनान ग्रीन" और "सेसम ब्लैक" का उपयोग अर्धचालकों में किया जाता है) विशिष्ट नसों पर निर्भर करता है, सीमित भंडार है और इसका खनन पर्यावरण संरक्षण नीतियों द्वारा प्रतिबंधित है। सेमीकंडक्टर उद्योग के विस्तार के साथ, अस्थिर कच्चे माल की आपूर्ति का जोखिम हो सकता है।
प्रसंस्करण प्रदूषण के मुद्दे: काटने और पीसने की प्रक्रिया के दौरान, बड़ी मात्रा में ग्रेनाइट धूल (सिलिकॉन डाइऑक्साइड युक्त) का उत्पादन होता है। यदि ठीक से संभाला नहीं जाता है, तो यह सिलिकोसिस का कारण बन सकता है। इसके अलावा, अपशिष्ट जल को निर्वहन से पहले अवसादन द्वारा उपचारित करने की आवश्यकता होती है, जिससे पर्यावरण संरक्षण निवेश में वृद्धि होती है।
पांच. उभरती प्रक्रियाओं के साथ अपर्याप्त अनुकूलता
वैक्यूम पर्यावरण की सीमाएँ: कुछ अर्धचालक प्रक्रियाओं (जैसे वैक्यूम कोटिंग और इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी) को उपकरण के अंदर एक उच्च वैक्यूम अवस्था बनाए रखने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, ग्रेनाइट की सतह पर मौजूद सूक्ष्म छिद्र गैस के अणुओं को सोख सकते हैं, जो धीरे-धीरे निकलते हैं और वैक्यूम डिग्री की स्थिरता को प्रभावित करते हैं। इसलिए, अतिरिक्त सतह सघनता उपचार (जैसे राल संसेचन) आवश्यक है।
विद्युतचुंबकीय अनुकूलता के मुद्दे: ग्रेनाइट एक इन्सुलेटिंग सामग्री है। ऐसे परिदृश्यों में जहां स्थैतिक बिजली निर्वहन या विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण की आवश्यकता होती है (जैसे कि वेफर इलेक्ट्रोस्टैटिक सोखना प्लेटफ़ॉर्म), धातु कोटिंग्स या प्रवाहकीय फिल्मों को मिश्रित करने की आवश्यकता होती है, जिससे संरचनात्मक जटिलता और लागत बढ़ जाती है।
उद्योग प्रतिक्रिया रणनीति
उपर्युक्त कमियों के बावजूद, सेमीकंडक्टर उद्योग ने तकनीकी नवाचार के माध्यम से ग्रेनाइट की कमियों को आंशिक रूप से पूरा किया है:

समग्र संरचना डिजाइन: यह "ग्रेनाइट आधार + धातु फ्रेम" के संयोजन को अपनाता है, जिसमें कठोरता और हल्केपन दोनों को ध्यान में रखा जाता है (उदाहरण के लिए, एक निश्चित फोटोलिथोग्राफी मशीन निर्माता ग्रेनाइट आधार में एक एल्यूमीनियम मिश्र धातु छत्ते की संरचना को एम्बेड करता है, जिससे वजन 40% कम हो जाता है)।
कृत्रिम सिंथेटिक वैकल्पिक सामग्री: प्रसंस्करण लचीलेपन को बढ़ाते हुए ग्रेनाइट की तापीय स्थिरता और कंपन प्रतिरोध का अनुकरण करने के लिए सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक) और एपॉक्सी रेजिन-आधारित कृत्रिम पत्थरों का विकास करना।
बुद्धिमान प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी: प्रसंस्करण पथ को अनुकूलित करने के लिए एआई एल्गोरिदम को शुरू करने, दरार जोखिमों की भविष्यवाणी करने के लिए तनाव सिमुलेशन, और वास्तविक समय में मापदंडों को समायोजित करने के लिए ऑनलाइन पता लगाने के संयोजन से, प्रसंस्करण स्क्रैप दर 5% से घटकर 1% से नीचे आ गई है।
सारांश
सेमीकंडक्टर उद्योग में ग्रेनाइट की कमियाँ मूलतः इसके प्राकृतिक पदार्थ गुणों और औद्योगिक माँगों के बीच के खेल से उत्पन्न होती हैं। प्रौद्योगिकी की उन्नति और वैकल्पिक सामग्रियों के विकास के साथ, इसके अनुप्रयोग परिदृश्य धीरे-धीरे "अपूरणीय कोर संदर्भ घटकों" (जैसे फोटोलिथोग्राफी मशीनों और अल्ट्रा-प्रिसिजन मापन प्लेटफ़ॉर्म के लिए हाइड्रोस्टेटिक गाइड रेल) ​​की ओर सिकुड़ सकते हैं, जबकि धीरे-धीरे गैर-महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटकों में अधिक लचीली इंजीनियरिंग सामग्रियों को रास्ता दे सकते हैं। भविष्य में, प्रदर्शन, लागत और स्थिरता को कैसे संतुलित किया जाए, यह एक ऐसा विषय होगा जिस पर उद्योग लगातार खोज करता रहेगा।