كيف يتم صناعة الرقائق الالكترونية

ما هي الرقائق الإلكترونية

الرقائق الإلكترونية هي قطع صغيرة مصنوعة من السيليكون  ، يتم تغليفها في حاوية من

البلاستيك

او الخزف تسمى الحزمة ، وتعمل الرقائق الإلكترونية على تضخيم الإشارات الكهربائية ، او تعمل كمفتاح تشغيل / ايقاف في تطبيقات الحاسب الآلي (الكمبيوتر) ، ومن الممكن أن تكون الرقاقة عبارة عن ترانزستور واحد ، او دائرة متكاملة تضم مجموعة مترابطة من الترانزستورات.

والترانزستورات تعتبر أهم عنصر في

الدائرة

الإلكترونية ، وهي الرقائق الإلكترونية التي تعمل كصمامات تسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد ، وتتكون الدائرة الإلكترونية من عناصر أخرى تكون سلبية بجانب الترانزستورات مثل ؛ المكثفات والمقاومات ، حيث تعمل المقاومين على توفير كمية محددة من المقاومة للتيار بينما تقوم المكثفات بتخزين الشحنة الكهربائية ، وهناك عنصر في الدائرة الإلكترونية يعمل على تخزين الطاقة في شكل مجال مغناطيسي يسمى بالمحرّض.

كيف تعمل الرقائق الإلكترونية

تتكون الرقاقة من مادة أشباه الموصلات ويتم دمجها في الدوائر المتكاملة ، وكذلك فإنها تتكون من ذاكرة الوصول العشوائي ووحدات المعالجة ، وتعتبر عملية تصنيع الرقاقات الإلكترونية عملية في غاية الدقة ، فيتم إجراؤها في غرفة نظيفة منعا لأي خلل في الشريحة ممكن أن يحدث بسبب

التلوث

المجهري.

يتم استخدام الرقاقات الإلكترونية  السيارات والأجهزة اليومية مثل ؛ تشغيل الهواتف الذكية ، وأجهزة Ultrabook ، والأجهزة اللوحية ، والحوسبة عالية الأداء ، والانترنت وكذلك مراكز البيانات ، وهناك أكثر من نوع المعالج ، حيث تجد المعالج الاكثر تطورا يحتوي على المليارات من الترانزستورات المرتبطة ببعضها عن طريق اسلاك رفيعة من النحاس ، هذه الترانزستورات تعمل كمفتاح تشغيل / ايقاف من أجل التحكم في كمية

الكهرباء

المتدفقة ، وذلك من خلال الرقاقة الإلكترونية بهدف ارسال واستلام ومعالجة المعلومات.

وتتكون الرقاقة مما يأتي :

• 
  السيليكون
  
  ؛ وعنصر السيليكون من أشباه الموصلات الطبيعية ، وهو المكون الرئيسي في رمال شاطئ
  
  البحر
  
  ، ويتواجد السيليكون بوفرة على سطح الأرض ، ومن أجل استخدام السيليكون في صنع الرقائق الالكترونية ، يتم تنقيته وصهره ثم تبريده ، من أجل تشكيل سبيكة من السيليكون ، ومن ثم تقطيعها على شكل أقراص وهي ما تسمى بالرقائق ، ويتم تصنيع كافة الرقائق في نفس
  
  الوقت
  
  على شكل شبكة على سطح الرقاقة ، ويتم ذلك في منشأة تصنيع خاصة.
• 
  الرقاقة
  
  ؛ عبارة عن جهاز معقد ، يبدو مسطح الشكل ، إلا أنه عبارة عن هيكل يكون ثلاثي الابعاد من الممكن أن تشتمل الرقاقة على ما يقرب من ثلاثين طبقة من الدوائر الإلكترونية المعقدة ، مع العلم أن الرقاق تشكل لب كل جهاز حاسوب ، ويتم تصنيع الرقائق الإلكترونية على دفعات من الرقائق في غرف عالية النظافة ، وتكون هذه الغرف نظيفة بدرجة كبيرة مقارنة بغرف عمليات المستشفيات ، أثناء عملية تصنيع الرقاقات الإلكترونية يقوم فنيو المعمل بارتداء بدلات خاصة يتم تصميمها خصيصاً من أجل الحفاظ على الملوثات بعيدا عن الرقاقات مثل الشعر والوبر ، وتسمى هذه البدلات ببدلات الارنب.

ما قبل تصنيع الرقاقات الإلكترونية

من أجل صناعة الرقائق الإلكترونية ، يحل أن تمر الشريحة او الرقاقة بعدة خطوات ومكونات وهي ما سوف نشرحه فيما يلي : [1]

تجهيز السيليكون

يتم استخراج السيليكون من الرمال ، وبالأخص رمال السيليكا المستخدمة خصيصا لصنع الرقائق الإلكترونية ، كما يتم استخراجها بتراكيز عالية من الكوارتز او ما يسمى بثاني أكسيد السيليكون ، وتصل تركيزاته إلى 95%.

تبدأ عملية تجهيز السيليكون من أجل صناعة الرقائق الإلكترونية بتسخين الرمال عن طريق الكربون كعامل اختزال من أجل إنتاج أول أكسيد الكربون والسيليكون ، ومن الممكن أن يكون ناتج عملية الاحتلال هذه نقي بنسبة 99% وهو السيليكون المعدني (MG-Si) ، ثم تستمر المعالجة حتى يتم الحصول على السيليكون ذو النقاء الالكتروني العالي.

ومن الشروط اللازمة في السيليكون المستخدم في الدوائر الإلكترونية ، بجانب كونه نقيا بدرجة عالية ، يحب ان يتكون من بلورة كاملة يتم زرعها عن طريق وضع بلورة بذرة صغيرة تلامس سطح خزان من السيليكون المصهور ، ونظرًا لأن بلورة البذور يتم سحبها ببطء بعيدًا عن الذوبان ، فإن ذرات السيليكون تتمدد على السطح السفلي ، وتتطابق مع الشبكة البلورية للبذرة وتمددها بشكل تام ، منتجة كرة كبيرة على شكل اسطوانة يتم تقطيعها إلى شرائح بسمك أقل من واحد

ملي

متر ، ثم يتم تلميع اسطح الرقائق بشكل أملس ذريًا ، ويتم تشكيل الحواف لإزالة التشققات والرقائق.

طريقة تصميم الرقاقة الالكترونية

يتم استخدام مواصفات تصميم الرقاقة بحيث تتضمن هذه المواصفات حجم الرقاقة ، وعدد الترانزستورات واختبارها ، وعوامل الإنتاج من أجل إنشاء تمثيلات رمزية للترانزستورات والتوصيلات التي تتحكم في تدفق الكهرباء عبر الشريحة ، ومن ثم يقوم المصممون بصنع أنماط لكل طبقة تسمى الأقنعة ، مستخدمين محطات عمل التصميم بمساعدة

الكمبيوتر

(CAD) لإجراء عمليات محاكاة واختبارات شاملة لوظائف الرقاقة ، ومن أجل تصميم شريحة واختبارها وجعلها جاهزة للتصنيع فإن الأمر يتطلب مئات الأشخاص.

تصنيع الرقاقة الالكترونية

يتم استخدام وصفة معينة لصنع الرقاقة وفقا لاستخدامها المقترَح ، وتستخدم عملية الطباعة الليثوغرافية الضوئية من أجل تشكيل ترانزستورات ذات طبقات ودوائر كهربائية متعددة على رقاقة واحدة ، ويتم عمل مئات المعالجات المتطابقة على دفعات على رقاقة واحدة من السيليكون ، فبمجرد أن يكتمل تصنيع جميع الطبقات ، يقوم الحاسوب بإجراء عملية تسمى

اختبار

فرز الرقاقات ، حيث يضمن الاختبار أن تعمل الرقائق وفقًا لمواصفات التصميم.

طريقة تغليف الرقاقة الالكترونية

بعد الانتهاء من عملية التصنيع يأتي الوقت لعملية التعبئة والتغليف ، وفيها يتم العمل على ؛

• تقطيع الرقاقة إلى قطع فردية يطلق عليها اسم يموت.
• تعبئة القالب بين ركيزة وموزع حراري لتشكيل معالج مكتمل ، حيث تحمي العبوة القالب وتوفر توصيلات طاقة وتوصيلات كهربائية ضرورية عند وضعها مباشرة في لوحة دوائر الكمبيوتر أو الاجهزة المحمولة.

استخدامات الرقائق الإلكترونية

نظرا لصغر حجم الرقاقات الالكترونية فقد تم استخدامها في العديد من المخترعات في الحياة اليومية منها ؛[2]

• ادوات التحكم في
  
  السيارات
  
  ، وأجهزة الكمبيوتر ، والتلفزيون ، والميكروويف ، والأجهزة المحمولة ، ومحطات اللعب والهواتف المحمولة ، والكاميرات.
• شحن المعدات ، والطائرات الهوائية ، والمركبات الفضائية.
• تبديل دوائر الهاتف ومعالجة البيانات.
• المعدات العسكرية.
• الساعة الرقمية.
• الآلة الحاسبة.
• مضخمات الطاقة.
• مضخمات الإشارة الصغيرة.
• مكبرات الصوت التنفيذية.
• مضخمات الميكروويف.
• مكبرات الصوت RF و IF.
• مقارنات الجهد.
• مستقبلات الراديو.
• الجهد المنظم.