لماذا رقاقة السيليكون دائرية؟
تعتبر رقائق السيليكون ضرورية في صناعة أشباه الموصلات. فهي بمثابة الركيزة التي تُبنى عليها الأجهزة الإلكترونية الدقيقة - مثل المعالجات الدقيقة والذاكرة وأجهزة الاستشعار. أحد الأسئلة التي تُطرح غالبًا هو: لماذا تكون رقائق السيليكون دائرية (مستديرة) بدلاً من المربع أو أي شكل آخر؟ تشرح هذه المقالة الأسباب الفيزيائية، وعملية التصنيع، والأسباب الاقتصادية والبنيوية وراء الشكل الدائري، مع الإشارة إلى موردين متقدمين مثل البلوتونيوم.
1. نمو البلورات: السبيكة أسطوانية الشكل
نقطة البداية هي بلورة بذرة يتم غمرها في السيليكون المنصهر فائق النقاء. باستخدام عمليات مثل طريقة نمو تشوكرالسكييتم سحب البذرة أثناء الدوران، مما يتسبب في تصلب السيليكون المنصهر في سبيكة أحادية البلورة (تسمى أيضًا كرة). ولأن البذرة و/أو البوتقة تدوران، فإن الهندسة الطبيعية المتكونة هي أسطواني.
من تلك السبيكة الأسطوانية تقطع شرائح (رقائق). كل ما عليك فعله هو تقطيع الأقراص من الأسطوانة. وبالتالي فإن الرقائق دائرية بطبيعتها الأصلية.
2. التوحيد والمزايا الميكانيكية والحرارية
الشكل الدائري يساعد في توزيع موحد للإجهاد ودرجة الحرارة. حواف الدائرة كلها على نفس المسافة من المركز؛ ولا توجد زوايا حادة. تميل الزوايا الحادة إلى تركيز الضغط، مما يؤدي إلى تشققات أو عيوب محتملة. وخاصة في درجات الحرارة العالية، أو المناولة الميكانيكية، أو أثناء التلميع/المعالجات الكيميائية، تكون الحواف المستديرة أكثر قوة.
أثناء العمليات مثل طلاء المقاومة الضوئية، والحفر، والترسيب، والغزل وما إلى ذلك، غالبًا ما تدور الرقاقات. تدور الرقاقة المستديرة بسلاسة أكبر، مع توزيع شعاعي أكثر انتظامًا للسوائل أو المواد الكيميائية أو الحرارة. قد تؤدي الزوايا الموجودة على الرقاقة غير الدائرية إلى تعقيد تدفق السوائل، وقد تؤدي إلى عدم التجانس.
3. التصنيع وكفاءة التكلفة
وبما أن السبيكة أسطوانية الشكل، فإن صنع رقائق دائرية يتجنب الحاجة إلى قطع أجزاء كبيرة من المادة فقط لتشكيلها على شكل مربع، وهو ما من شأنه أن يهدر السيليكون ويزيد التكلفة.
إن الأدوات والمعدات المستخدمة في عملية تصنيع أشباه الموصلات ــ النشر، والتلميع، والتسوية الكيميائية الميكانيكية، والطباعة الحجرية ــ مصممة للرقائق المستديرة. والتحول إلى أشكال أخرى يتطلب إعادة تصميم الكثير من الأدوات والبنية الأساسية. وهذه تكلفة كبيرة، والفائدة (إن وجدت) لم تفوق التكلفة حتى الآن.
4. اعتبارات النفايات والعائد
على الرغم من أن الرقائق المستديرة تؤدي إلى "خسائر في الحافة" (بعض المناطق حول المحيط التي لا يمكن الحصول على قوالب كاملة منها)، فإن هذه الخسائر تفوقها مزايا الشكل الدائري. العديد من القوالب مربعة أو مستطيلة، لذلك توجد منطقة "ميتة" حول الحافة؛ ولكن بالنسبة للرقاقة المستديرة مقابل المربعة، فإن التنازل لصالح المستديرة بسبب شكل السبيكة، والتوحيد، والاستقرار الميكانيكي، والتكلفة المنخفضة.
5. اعتماد المسار التاريخي ومعايير الصناعة
كانت الرقائق الدائرية هي المعيار لعقود من الزمن، منذ أن تم تطوير طرق مثل czochralski. تحدد هيئات الصناعة المعايير (على سبيل المثال المعايير شبه القياسية) لأقطار الرقائق (100 مم، 150 مم، 200 مم، 300 مم، وما إلى ذلك)، والمسطحة أو الشق للتوجيه، وما إلى ذلك.
وبما أن عمليات التصنيع، والمعالجة، والنقل، والروبوتات، وأدوات المعالجة كلها مُحسَّنة لهذه الأحجام والأشكال، فإن التغيير إلى شكل مختلف يعني إعادة التجهيز والتكيف ومشاكل التوافق المحتملة.
6. ماذا عن البدائل؟
رقائق مربعة أو مستطيلة يمكن أن يقلل هذا من هدر الحواف، ويحزم القوالب بشكل أكثر "إحكامًا" من الناحية النظرية. ولكن الزوايا هشة، وأكثر عرضة للتقطيع والكسر. كما أن ضغوط المناولة والتمدد الحراري أكثر تعقيدًا.
سداسي وقد تم أخذ الأشكال في الاعتبار من حيث المفهوم (على سبيل المثال، تحسين كفاءة التعبئة)، ولكن مرة أخرى فإن السبائك أسطوانية الشكل، وتتطلب إعادة هندسة كبيرة، ولا تزال الزوايا تشكل مشاكل. وحتى الآن لم يحدث تحول كبير في ممارسات الصناعة.
7. بلوتوسيمي: إنتاج متقدم ورقائق دائرية عالية الدقة / صويا
وهنا الطريقة البلوتونيوم يناسب هذا:
باعتبارها شركة تقدم رقائق السيليكون عالية الجودة ومنتجات soi (السيليكون على العازل)، تستفيد شركة البلوتونيوم من عمليات الإنتاج المتقدمة لتقديم رقائق ذات دقة عالية في السمك، والتسطيح، وكثافة العيوب، والاتجاه.
نظرًا لأن معايير الصناعة والمعدات مصممة للرقائق الدائرية، فإن خبرة Plutosemi في إنتاج الرقائق المستديرة ورقائق الصويا تعني التوافق مع المصانع العالمية وسلسلة التوريد والمستخدمين النهائيين.
تتمتع شركة بلوتوسيمي بمكانة جيدة لتقديم رقائق مصممة خصيصًا لتطبيقات متنوعة: من CMOS القياسية، وأجهزة الميكانيكا الكهرومغناطيسية، وأجهزة الاستشعار، إلى الأجهزة المتقدمة التي تحتاج إلى تحملات ضيقة للغاية. يسمح استخدام إنتاج الرقائق القائم على الدائرة بتحقيق إنتاجية مثالية، ومشاكل ميكانيكية أقل، ومعالجة أفضل. لمزيد من التفاصيل، يمكنك تصفح عروض منتجات بلوتوسيمي على https://www.البلوتونيومtech.com.
8. الملخص
باختصار، رقائق السيليكون دائرية لأن:
يؤدي نمو البلورات إلى إنتاج سبائك أسطوانية، مما يجعل الأقراص طبيعية.
تعمل الرقائق الدائرية على توزيع الضغط ودرجة الحرارة بشكل أكثر توازناً؛ كما أنها تتجنب الزوايا الضعيفة.
تكون عمليات التصنيع والمناولة والطلاء (الغزل وما إلى ذلك) أكثر تجانسًا مع الأشكال الدائرية.
إن التوازن بين كفاءة التكلفة ونفايات المواد يفضل الأشكال الدائرية على الأشكال الأخرى.
تتم بناء معايير الصناعة والبنية الأساسية حول الرقائق المستديرة.
في حين أن "هدر الحافة" موجود، فإن الفوائد الإجمالية تجعل شكل الرقاقة المستديرة مثاليًا بالنظر إلى التقنيات وسلاسل التوريد الحالية.