เครื่องมือวัดเซรามิกส์รุ่นใหม่กำลังจะพลิกโฉมขอบเขตของความแม่นยำสูงพิเศษหรือไม่?

ในห้องโถงอันเงียบสงบของห้องปฏิบัติการสอบเทียบ ห้องคลีนรูมสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ และห้องมาตรวิทยาการบินและอวกาศ การปฏิวัติอย่างเงียบๆ กำลังดำเนินอยู่ การปฏิวัตินี้ไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยซอฟต์แวร์หรือเซ็นเซอร์เพียงอย่างเดียว แต่ขับเคลื่อนด้วยวัสดุที่เป็นรากฐานของการวัดนั่นเอง แนวหน้าของการเปลี่ยนแปลงนี้คือเครื่องมือวัดเซรามิกขั้นสูง รวมถึงไม้บรรทัดเซรามิกแบบตรงที่มีความเสถียรสูง และไม้บรรทัดซิลิคอนคาร์ไบด์ (Si-SiC) รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความแม่นยำสูงและแข็งแกร่งเป็นพิเศษ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่แค่เครื่องมือ แต่เป็นตัวขับเคลื่อนยุคใหม่ที่ความเสถียร ความสามารถในการทำซ้ำ และความเป็นกลางทางความร้อนเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้

กว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา หินแกรนิตสีดำครองตลาดวัสดุสำหรับการวัดความแม่นยำสูง คุณสมบัติเด่นคือการลดการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติ การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความเรียบที่ดีเยี่ยม ทำให้เป็นวัสดุที่นิยมใช้สำหรับแผ่นพื้นผิว สี่เหลี่ยม และขอบตรง อย่างไรก็ตาม เมื่ออุตสาหกรรมต่างๆ ก้าวไปสู่ความคลาดเคลื่อนระดับต่ำกว่าไมครอนและแม้กระทั่งระดับนาโนเมตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการพิมพ์หินเซมิคอนดักเตอร์ เลนส์อวกาศ และการคำนวณควอนตัม ข้อจำกัดของหินแกรนิตก็เริ่มปรากฏชัดเจนมากขึ้น มันมีน้ำหนักมาก เกิดการบิ่นเล็กน้อยได้ง่ายเมื่อสัมผัสซ้ำๆ และถึงแม้จะมีชื่อเสียงที่ดี แต่ก็ยังคงแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระยะยาวภายใต้แรงกดหรือความผันผวนของสภาพแวดล้อม

ขอแนะนำเซรามิกส์วิศวกรรม: ไม่ใช่เครื่องปั้นดินเผาเปราะบางอย่างที่เราคุ้นเคย แต่เป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง เนื้อเดียวกัน และมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งผลิตขึ้นภายใต้ความร้อนและความดันสูง ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ มีสองประเภทที่โดดเด่นสำหรับการใช้งานด้านมาตรวิทยา ได้แก่ อลูมินาบริสุทธิ์สูง (Al₂O₃) และซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ยึดติดด้วยปฏิกิริยา (Si-SiC) แม้ว่าทั้งสองประเภทจะให้การปรับปรุงอย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุแบบดั้งเดิม แต่ก็มีบทบาทที่แตกต่างกัน และเมื่อใช้ร่วมกันแล้ว พวกมันแสดงถึงความก้าวหน้าล่าสุดของสิ่งที่เป็นไปได้ในด้านมาตรวิทยาเชิงมิติ

ยกตัวอย่างเช่น ไม้บรรทัดวัดความตรงแบบใช้ลมเซรามิก ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้กับแท่นวางแบบใช้ลมหรือเครื่องวัดการรบกวนทางแสง เครื่องมือนี้ต้องการความตรงที่เกือบสมบูรณ์แบบ มวลน้อยที่สุด และไม่มีการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ผลิตจากวัสดุอลูมินาไม้บรรทัดเซรามิก—ด้วยการกลึงให้เรียบและตรงภายใน ±0.5 µm ตลอดความยาว 500 มม. และขัดเงาให้มีความหยาบผิวต่ำกว่า Ra 0.02 µm—จึงให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำตามต้องการ ความหนาแน่นต่ำ (~3.6 g/cm³) ช่วยลดแรงเฉื่อยในระบบการวัดแบบไดนามิก ในขณะที่ลักษณะที่ไม่เป็นแม่เหล็กและไม่นำไฟฟ้าช่วยขจัดสัญญาณรบกวนในสภาพแวดล้อมทางอิเล็กทรอนิกส์หรือแม่เหล็กที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง ในเครื่องมือตรวจสอบเวเฟอร์หรือชุดสอบเทียบเลเซอร์แทร็กเกอร์ ซึ่งแม้แต่การโค้งงอเพียงไมครอนก็อาจทำให้ผลลัพธ์คลาดเคลื่อนได้ ไม้บรรทัดเซรามิกแบบวัดความตรงด้วยอากาศจะให้จุดอ้างอิงที่เสถียรและเฉื่อย ซึ่งยังคงความถูกต้องแม่นยำแม้ในสภาวะอุณหภูมิผันผวนและรอบการทำงานต่างๆ

แต่เมื่อต้องการความแข็งแกร่งและความนำความร้อนสูงสุด เช่น ในการจัดแนวกระจกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ หรือการวัดขนาดโพรงเลเซอร์กำลังสูง วิศวกรจะหันมาใช้ชิ้นส่วนทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าและทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (Si-SiC) ที่มีความแม่นยำสูง Si-SiC เป็นหนึ่งในวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่รู้จัก โดยมีค่าโมดูลัสของยัง (Young's modulus) มากกว่า 400 GPa ซึ่งมากกว่าเหล็กถึงสามเท่า และมีค่าการนำความร้อนเทียบเท่ากับอะลูมิเนียม ที่สำคัญคือ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของมันสามารถออกแบบให้ตรงกับค่าของกระจกออปติคอลหรือแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนได้ ทำให้เกิดการขยายตัวที่แตกต่างกันเกือบเป็นศูนย์ในชุดประกอบแบบไฮบริด ชิ้นส่วน Si-SiC ทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ใช้เป็นตัวอ้างอิงหลักในเครื่องมือลิโทกราฟี EUV จะไม่เพียงแต่รักษารูปทรงไว้เท่านั้น แต่ยังต้านทานการบิดเบี้ยวจากความร้อนเฉพาะจุดหรือการสั่นสะเทือนได้อีกด้วย

สิ่งที่ทำให้ความสำเร็จเหล่านี้เป็นไปได้ไม่ใช่แค่เพียงวัสดุ แต่เป็นการเชี่ยวชาญในการผลิตเครื่องมือวัดเซรามิก ตัวอย่างเช่น การขึ้นรูป Si-SiC อย่างแม่นยำนั้นต้องใช้ล้อเจียรเพชร แพลตฟอร์ม CNC ระดับไมครอน และกระบวนการขัดหลายขั้นตอนที่ดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมอุณหภูมิ แม้แต่ความเครียดตกค้างเพียงเล็กน้อยจากการเผาผนึกที่ไม่เหมาะสมก็อาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวหลังการขึ้นรูปได้ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมมีเพียงผู้ผลิตระดับโลกไม่กี่รายเท่านั้นที่บูรณาการการสังเคราะห์วัสดุ การขึ้นรูปที่แม่นยำ และการวัดขั้นสุดท้ายไว้ในที่เดียวกัน ซึ่งเป็นความสามารถที่แยกผู้ผลิตระดับการวัดที่แท้จริงออกจากผู้จำหน่ายเซรามิกทั่วไป

ที่บริษัท ZHONGHUI INTELLIGENT MANUFACTURING (JINAN) GROUP CO., LTD (ZHHIMG) การบูรณาการในแนวดิ่งนี้เป็นหัวใจสำคัญของพันธกิจของเรา เครื่องมือวัดเซรามิกของเรา—รวมถึงไม้บรรทัดวัดระยะแบบตรงเซรามิกที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน DIN 874 เกรด AA และชิ้นงานรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความแม่นยำสูงจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (Si-Si-C) ที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐาน PTB และ NIST—ผลิตในห้องคลีนรูม ISO Class 7 โดยใช้โปรโตคอลการเผาผนึกและการตกแต่งที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเรา ชิ้นส่วนทุกชิ้นผ่านการตรวจสอบด้วยอินเตอร์เฟอโรเมตริกอย่างเต็มรูปแบบ การตรวจสอบความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต (ความเรียบ ความขนาน ความตั้งฉาก) ด้วยเครื่อง CMM และการทดสอบความสมบูรณ์ของพื้นผิวก่อนจัดส่ง ผลลัพธ์ที่ได้คือชิ้นงานระดับอ้างอิงที่ไม่เพียงแต่ตรงตามข้อกำหนดเท่านั้น แต่ยังเหนือกว่าข้อกำหนดเหล่านั้นอย่างสม่ำเสมอในทุกชุดการผลิต

ความต้องการประสิทธิภาพในระดับนี้กำลังเพิ่มสูงขึ้น ในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ระบบการพิมพ์หินด้วยแสง EUV และค่า NA สูง ต้องการโครงสร้างการจัดตำแหน่งที่เสถียรภายในระดับหลายสิบนาโนเมตรในระยะทางระดับเมตร ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากปราศจากคุณสมบัติการทำงานร่วมกันทางความร้อนและเชิงกลของ Si-SiC ในด้านอวกาศ โครงสร้างรองรับทางแสงของดาวเทียมที่ทำจากเซรามิกช่วยให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพในวงโคจรแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง แม้แต่ในสาขาที่กำลังพัฒนา เช่น การตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงหรือการพัฒนาเครื่องนาฬิกาอะตอม ซึ่งความเสถียรระดับพิโคเมตรมีความสำคัญ วัตถุวัดทางมาตรวิทยาที่ทำจากเซรามิกและ Si-SiC ก็กำลังกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

ที่สำคัญ เครื่องมือเหล่านี้ยังช่วยแก้ปัญหาเรื่องความยั่งยืนและต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของอีกด้วย แม้ว่าการลงทุนเริ่มต้นในเครื่องวัดความแม่นยำรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความแม่นยำสูงอาจสูงกว่าเครื่องวัดที่ทำจากหินแกรนิต แต่ก็มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถึง 5-10 เท่าในสภาพแวดล้อมที่มีการใช้งานสูง ไม่ต้องใช้น้ำมันหล่อลื่น ทนต่อตัวทำละลายและพลาสมาทั่วไป และไม่จำเป็นต้องปรับเทียบใหม่เนื่องจากการดูดซับความชื้น ซึ่งแตกต่างจากเหล็กหล่อหรือแม้แต่หินแกรนิตบางชนิด สำหรับผู้จัดการด้านคุณภาพที่ดำเนินงานภายใต้มาตรฐาน AS9100, ISO 13485 หรือ SEMI ความน่าเชื่อถือนี้จะส่งผลให้ลดเวลาหยุดทำงาน ลดจำนวนข้อบกพร่องจากการตรวจสอบ และเพิ่มความเชื่อมั่นของลูกค้าโดยตรง

นอกจากนี้ ความสวยงามและความลงตัวในการใช้งานของเครื่องมือเหล่านี้ก็ไม่ควรถูกมองข้าม ไม้บรรทัดสี่เหลี่ยม Si-SiC ขัดเงาเป็นประกายแวววาวเหมือนโลหะ แต่มีน้ำหนักเบากว่าเหล็ก ไม้บรรทัดเซรามิกแบบปรับองศาได้ให้ความรู้สึกแข็งแรง แต่ยกขึ้นได้อย่างง่ายดาย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบด้วยมือในพื้นที่แคบ คุณสมบัติที่เน้นมนุษย์เป็นศูนย์กลางเหล่านี้มีความสำคัญในห้องปฏิบัติการจริง ที่ซึ่งหลักสรีรศาสตร์และความง่ายในการใช้งานส่งผลต่อขั้นตอนการทำงานประจำวัน

ดังนั้น เครื่องมือวัดเซรามิกกำลังกำหนดนิยามใหม่ของความแม่นยำสูงพิเศษหรือไม่ คำตอบอยู่ที่ข้อมูล และรายชื่อผู้นำระดับโลกที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งกำหนดให้ใช้เซรามิกเป็นมาตรฐาน ตั้งแต่สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติที่ตรวจสอบมาตรฐานความยาวรุ่นใหม่ ไปจนถึงซัพพลายเออร์ระดับ Tier 1 ที่รับรองชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงนั้นชัดเจน: เมื่อต้องการลดความไม่แน่นอนให้เหลือน้อยที่สุด วิศวกรจะไว้วางใจเซรามิกที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม

และในขณะที่อุตสาหกรรมต่างๆ ยังคงเดินหน้าอย่างไม่หยุดยั้งไปสู่การควบคุมในระดับอะตอม ความจริงข้อหนึ่งที่ปฏิเสธไม่ได้ก็คือ อนาคตของการวัดจะไม่ถูกแกะสลักจากหินหรือหล่อด้วยโลหะ แต่จะถูกเผาผนึก ขัด และขัดเงาในวัสดุเซรามิกและซิลิคอนคาร์ไบด์

บริษัท จงฮุย อินเทลลิเจนท์ แมนูแฟคเจอริ่ง (จินาน) กรุ๊ป จำกัด (ZHHIMG) เป็นผู้นำนวัตกรรมระดับโลกด้านโซลูชันการวัดความแม่นยำสูงพิเศษจากเซรามิกและซิลิคอนคาร์ไบด์ โดยเชี่ยวชาญด้านเครื่องมือวัดเซรามิก ไม้บรรทัดวัดระยะแบบตรงเซรามิก และชิ้นส่วนทรงสี่เหลี่ยมและทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าความแม่นยำสูงจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (Si-SiC) ZHHIMG ส่งมอบชิ้นงานคุณภาพระดับห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองอย่างครบถ้วนสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ผลิตภัณฑ์ของเราได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001, ISO 14001 และ CE จึงได้รับความไว้วางใจจากองค์กรเทคโนโลยีชั้นนำทั่วโลก สำรวจกลุ่มผลิตภัณฑ์การวัดขั้นสูงของเราได้ที่www.zhhimg.com.