كيف يتم صناعة الرقائق الالكترونية؟

كيف تتم صناعة الرقائق الالكترونية؟

خالد نعمان‌
خالد نعمان‌

تم التدقيق بواسطة: فريق أراجيك

5 د

هل سمعت يوماً عن جهاز كمبيوتر من الأربعينيات يسمى ENIAC، لقد كان بنفس الطول والوزن تقريباً مثل ثلاث إلى أربع حافلات ذات طابقين وتحتوي على 18000 مفتاح إلكتروني مزعج يعرف باسم الأنابيب المفرغة، وعلى الرغم من حجمه الهائل، إلا أنه كان أقل قوة بآلاف المرات من جهاز كمبيوتر محمول حديث، وأصغر بحوالي 100 مرة، وهذا ما جعله يبدو وكأنه خدعة سحرية، ضغط المزيد والمزيد من الطاقة في مساحة أقل وأقل، مما جعل اختراع الرقائق الالكترونية ممكناً في عام 1958، لكن السؤال ما هي الرقائق الإلكترونية وكيف تعمل وكيف يتم صناعة الرقائق الالكترونية؟ وفيم تستخدم، عزيزي القارئ قام فريق موسوعة أراجيك بالإجابة عن هذه الأسئلة في ما يلي تابع معنا.


ما هي الرقائق الإلكترونية؟

في مجال الإلكترونيات، تتكون الرقاقة من مادة شبه موصلة مقطوعة من رقاقة أكبر من مادة لا يزيد حجمها عن بضعة ملليمترات من جانب واحد، وعلى هذه الرقاقة، قد يتم حفر ترانزستور أو دائرة متكاملة ولكنها تشغل فقط واحداً من الألف من البوصة من سطح الشريحة.


ما هي الرقائق الإلكترونية؟

وتعرف برقاقة الكمبيوتر، وتسمى أيضًا رقاقة أو دائرة متكاملة أو رقاقة صغيرة من مادة أشباه الموصلات مدمجة في دوائر متكاملة، وتتكون الرقائق من وحدات المعالجة والذاكرة للكمبيوتر الحديثة.

ذو صلة

ما قبل تصنيع الرقاقات الإلكترونية

صناعة الرقائق دقيقة للغاية وعادة ما يتم إجراؤها في غرفة نظيفة، حيث يمكن حتى للتلوث المجهري أن يجعل الشريحة معيبة، ومع تقلص مكونات الترانزستور، تضاعف العدد لكل شريحة كل 18 شهراً وهي ظاهرة تُعرف باسمقانون مور، من بضعة آلاف في عام 1971م وهي أول شريحة لشركة إنتل إلى أكثر من 10 مليارات في عام 2016، وجعلت تقنية النانو الترانزستورات أصغر حجماً والرقائق في المقابل أكثر قوة مع تقدم التكنولوجيا.
يتم تصنيع الدوائر المتكاملة في ظروف نظيفة بدقة؛ يجب على العمال ارتداء بدلات الأرنب مثل هذه لمنعهم من تلويث الرقائق التي يصنعونها، وهذا هو مصنع إنتل لتصنيع الرقائق
طريقة تصميم الرقاقة الالكترونية.

ما قبل تصنيع الرقاقات الإلكترونية

طريقة تصميم الرقاقة الالكترونية

تحتوي معظم الدوائر المتكاملة للرقاقة على وظائف منطقية رقمية، بعضها تناظري فقط، وفي حين أن البعض الآخر هو تناظري ورقمي مختلط الوضع، كما تُستخدم الرقائق الرقمية في معالجات الكمبيوتر والذاكرة ووظائف معالجة المنطق والمعلومات الأخرى.
وقد تحتوي رقاقة واحدة على حفنة أو آلاف الترانزستورات، ويبلغ سمكها 1/16 بوصة مربعة × 1/30 بوصة مربعة فقط. قد تحتوي الرقائق الأكبر حجما بحجم طابع البريد على ملايين الترانزستورات، وقد يوجد جهاز كمبيوتر بأكمله على شريحة واحدة مثل ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط والساعة ووحدة التحكم في الإدخال والإخراج ووحدة المعالجة المركزية.

طريقة تصميم الرقاقة الالكترونية

أنواع صانعي الرقائق

تقوم الشركات المصنعة للأجهزة المتكاملة (IDMs) مثل Intel و Samsung بتصميم وتصنيع الرقائق، ومن ناحية أخرى، فإن المسابك هي شركات تصنع الرقائق بموجب عقود مع شركات أخرى، TSMC و GLOBALFOUNDRIES و UMC هي أمثلة على هذا النوع من صانع الرقائق، والنوع الثالث من شركات تصنيع الرقائق هو "شركة أشباه الموصلات fabless" مثل Qualcomm و NVidia و AMD، الذين يتجنبون التكاليف المرتفعة لبناء وصيانة مرافق الإنتاج من خلال التركيز فقط على تصميم الرقائق. قد تقوم هذه الشركات بزراعة إنتاجها في مسبك.


كيف يتم صناعة الرقائق الالكترونية؟

على الرغم من أن صنع شريحة معقدة ومعقدة للغاية، إلا أنه لا يوجد سوى ست خطوات منفصلة مبسطة إلى حد كبير، إليك كيفية عمل العملية:


صنع الرقائق

نزرع بلورات السيليكون النقية إلى أسطوانات طويلة ونقطعها (مثل السلامي) إلى رقائق رقيقة، سيتم تقطيع كل منها في النهاية إلى العديد من الرقائق.


الإخفاء

نقوم بتسخين الرقاقات لتغطيتها بثاني أكسيد السيليكون ونستخدم الضوء فوق البنفسجي (الأزرق) لإضافة طبقة واقية صلبة تسمى مقاومة الضوء.


النقش

نستخدم مادة كيميائية لإزالة بعض من مقاوم الضوء، مما يجعل نوعا من نمط القالب يوضح المكان الذي نريد فيه مناطق من السيليكون من النوع n والنوع p.


المنشطات

نقوم بتسخين الرقائق المحفورة بغازات تحتوي على شوائب لصنع مناطق من السيليكون من النوع n و p، وقد يتبع ذلك المزيد من الإخفاء والحفر.


الاختبار

يتم تشغيل أسلاك التوصيل المعدنية الطويلة من آلة اختبار يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر إلى المحطات الموجودة على كل شريحة، وأي رقائق لا تعمل يتم تمييزها ورفضها.


التعبئة والتغليف

يتم قطع جميع الرقائق التي تعمل بشكل جيد من الرقاقة وتعبئتها في كتل واقية من البلاستيك، جاهزة للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى.


استخدامات الرقائق الإلكترونية

استخدامات الرقائق الإلكترونية

تستخدم في الكثير من المجالات ومنها


الإلكترونيات الاستهلاكية

 تعمل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ووحدات التحكم في الألعاب وأجهزة الميكروويف والثلاجات باستخدام مكونات أشباه الموصلات مثل الرقائق المتكاملة والثنائيات والترانزستورات، ويعد الطلب الكبير على هذه الأجهزة جزءاً من سبب وجود فترات انتظار طويلة للعديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية حالياً.


الأنظمة المضمنة

 هي أجهزة كمبيوتر صغيرة تشكل جزاً من آلة أكبر، ويمكنهم التحكم في الجهاز والسماح بتفاعل المستخدم، وتشمل الأنظمة المدمجة التي نستخدمها عادةً أنظمة التدفئة المركزية والساعات الرقمية وأنظمة GPS وأجهزة تتبع اللياقة البدنية وأجهزة التلفزيون وأنظمة إدارة المحرك في المركبات.


الموصلية الحرارية

 تتمتع بعض أشباه الموصلات بموصلية حرارية عالية، لذا يمكن استخدامها كعامل تبريد في بعض التطبيقات الكهرو حرارية.


الإضاءة وشاشات LED

يمكن لبعض أشباه الموصلات، المتوفرة عادة في صورة سائلة أو غير متبلورة كغشاء رقيق، أن تنتج الضوء وتستخدم في مصابيح LED و OLED.


الخلايا الشمسية

 السيليكون هو أيضاً أشباه الموصلات الأكثر استخداماً في إنتاج خلايا الألواح الشمسية.

ما هي مشكلة الرقائق الإلكترونية؟

أدى النقص في رقائق السيليكون إلى ارتفاع أسعار مكونات الكمبيوتر والأدوات الإلكترونية التي تتضمن روابط الكمبيوتر، باستخدام تقنية شرائح الكمبيوتر الثورية من السيليكون، قد نتمكن من إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية بثمن بخس وبشكل متكرر في المستقبل،  وقامت جامعة ملبورن بالتحقيق في هذا النهج.
يمكن لنهج رقائق الكمبيوتر السيليكون أن يولد تكوينات واسعة النطاق من الجسيمات المرقمة التي يمكن معالجتها ورؤيتها لتغيير حالاتها الكمومية وربطها وقراءتها، سيسمح هذا للمهندسين بتصميم وظائف المنطق الكمي بين مجموعات واسعة من الجسيمات دون الذرية مع الحفاظ على عمليات دقيقة للغاية في جميع أنحاء النظام بأكمله.

طريقة تغليف الرقاقة الالكترونية

تصنع العبوات الإلكترونية أحيانًا عن طريق تصنيع كتل صلبة من المعدن، عادةً من الألومنيوم، إلى أشكال معقدة، كما إنها شائعة إلى حد ما في مجموعات الميكروويف للاستخدام في الفضاء، حيث تتطلب خطوط النقل الدقيقة أشكالًا معدنية معقدة، جنباً إلى جنب مع العلب المغلقة بإحكام.

وفي الختام، تعتبر الرقائق الإلكترونية وقود التطور والتكنلوجية ومفتاح سرعة العصر، نتمنى ان تكونوا قد استفدتم من هذا المقال وتعرفتم على كيف يتم صناعة الرقائق الالكترونية.

هل أعجبك المقال؟