لطالما كان الجرانيت مادة شائعة الاستخدام في صناعة أشباه الموصلات لخصائصه الميكانيكية الممتازة، واستقراره الحراري، وانخفاض معامل تمدده الحراري. ومع ذلك، ومع تزايد الطلب على دقة وإنتاجية أعلى، برزت مواد بديلة كخيارات فعّالة لتصنيع مكونات معدات أشباه الموصلات. في هذه المقالة، سنستكشف بعض المواد البديلة لأجزاء الجرانيت في معدات أشباه الموصلات، ونقارن مزاياها وعيوبها.
مواد بديلة لأجزاء الجرانيت
1. مواد الزجاج والسيراميك
اكتسبت مواد الزجاج والسيراميك، مثل زيرودور وسيرفيت، استخدامًا واسع النطاق في صناعة أشباه الموصلات نظرًا لانخفاض معامل تمددها الحراري، الذي يُقارب معامل السيليكون. وبالتالي، تُوفر هذه المواد استقرارًا حراريًا أفضل ودقةً مُحسّنة في عملية تصنيع أشباه الموصلات. يتميز زيرودور، على وجه الخصوص، بدرجة عالية من التجانس والاستقرار، مما يجعله مناسبًا لتصنيع معدات الطباعة الحجرية.
المزايا:
- معامل التمدد الحراري منخفض
- دقة عالية واستقرار
- مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية
العيوب:
- تكلفة أعلى مقارنة بالجرانيت
- هشة نسبيًا، وقد تشكل تحديات في التصنيع والمعالجة
2. السيراميك
تتميز المواد الخزفية، مثل أكسيد الألومنيوم (Al2O3)، وكربيد السيليكون (SiC)، ونتريد السيليكون (Si3N4)، بخواص ميكانيكية ممتازة، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة، ومعامل تمدد حراري منخفض. هذه الخصائص تجعل السيراميك مثاليًا لأجزاء معدات أشباه الموصلات التي تتطلب ثباتًا حراريًا ودقة عالية، مثل مراحل الرقاقات وأجزاء التوصيل.
المزايا:
- ثبات حراري وقوة عالية
- معامل التمدد الحراري منخفض
- مقاومة عالية للتآكل والخمول الكيميائي
العيوب:
- يمكن أن تكون هشة وعرضة للتشقق، خاصة أثناء التشغيل والتداول
- يمكن أن تكون عملية تشغيل وتلميع السيراميك صعبة وتستغرق وقتًا طويلاً
3. المعادن
استُخدمت مواد معدنية، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم، في بعض أجزاء معدات أشباه الموصلات نظرًا لقابليتها الممتازة للتشغيل الآلي ومتانتها العالية. وتُستخدم عادةً في التطبيقات التي لا تتطلب استقرارًا حراريًا عاليًا، مثل أجزاء الغرف، والوصلات، وأنابيب التغذية.
المزايا:
- قابلية جيدة للتشغيل الآلي واللحام
- قوة عالية ومرونة
- تكلفة منخفضة مقارنة ببعض المواد البديلة
العيوب:
- معامل التمدد الحراري العالي
- غير مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية بسبب مشاكل التمدد الحراري
- عرضة للتآكل والتلوث
خاتمة:
باختصار، في حين كان الجرانيت خيارًا شائعًا لقطع غيار معدات أشباه الموصلات، ظهرت مواد بديلة، لكل منها مزايا وعيوب فريدة. تتميز مواد الزجاج والسيراميك بدقة عالية وثباتها، إلا أنها قد تكون هشة. أما السيراميك، فهو قوي ويتمتع بثبات حراري ممتاز، ولكنه قد يكون هشًا أيضًا، مما يزيد من صعوبة تصنيعه. المعادن غير مكلفة، وقابلة للتشكيل، وقابلة للسحب، إلا أن معامل تمددها الحراري أعلى، وهي عرضة للتآكل والتلوث. عند اختيار مواد معدات أشباه الموصلات، من الضروري مراعاة المتطلبات الخاصة بكل تطبيق، واختيار مواد تحقق التوازن بين التكلفة والأداء والموثوقية.
وقت النشر: ١٩ مارس ٢٠٢٤