رقاقة (إلكترونيات)

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 20 صور
الموسوعة الحرة
رقائق سيليكون مصقولة مقاس 12 بوصة و 6 بوصات
الدوائر المتكاملة واسعة النطاق المصنعة على رقاقة سيليكون مقاس 12 بوصة
رقائق الطاقة الشمسية على ناقل
رقاقة شمسية مكتملة
  • أعلى اليسار: رقائق سيليكون مصقولة بقياس 12 بوصة و6 بوصات. تم تحديد اتجاهها البلوري بواسطة شقوق وقطع مسطحة. أعلى اليمين: دوائر متكاملة واسعة النطاق (VLSI) مصنعة على رقاقة سيليكون بقياس 12 بوصة (300  مم)، قبل التقطيع والتغليف .
  • أسفل اليسار: صورة ثلاثية الأبعاد لرقائق الطاقة الشمسية على سير ناقل. أسفل اليمين: رقائق الطاقة الشمسية المكتملة.

في مجال الإلكترونيات ، الرقاقة (وتسمى أيضًا شريحة أو ركيزة ) [ 1 ] هي شريحة رقيقة من أشباه الموصلات ، مثل السيليكون البلوري (c-Si، السيليكون)، وتستخدم في تصنيع الدوائر المتكاملة ، وفي الخلايا الكهروضوئية ، لتصنيع الخلايا الشمسية .

تُستخدم الرقاقة كركيزة للأجهزة الإلكترونية الدقيقة المُدمجة فيها وفوقها. وتخضع لعدة عمليات تصنيع دقيقة ، مثل التطعيم ، وزرع الأيونات ، والحفر ، وترسيب الأغشية الرقيقة لمواد مختلفة، والنقش الضوئي . وفي النهاية، تُفصل الدوائر الدقيقة الفردية عن طريق تقطيع الرقاقة وتُغلّف كدائرة متكاملة.

تاريخ

في صناعة أشباه الموصلات، ظهر مصطلح "الرقاقة" في خمسينيات القرن العشرين لوصف شريحة دائرية رقيقة من مادة شبه موصلة، عادةً من الجرمانيوم أو السيليكون. ويعود الشكل الدائري المميز لهذه الرقائق إلى سبائك أحادية البلورة تُنتج عادةً باستخدام طريقة تشوخرالسكي . مع ذلك، فقد طُرحت رقائق السيليكون لأول مرة في أربعينيات القرن العشرين. [ 2 ] [ 3 ]

بحلول عام 1960، كانت رقائق السيليكون تُصنع في الولايات المتحدة من قبل شركات مثل MEMC و SunEdison . وفي عام 1965، قام المهندسون الأمريكيون إريك أو. إرنست، ودونالد جيه. هيرد، وجيرارد سيلي، أثناء عملهم في شركة IBM ، بتقديم براءة اختراع رقم US3423629A [ 4 ] لأول جهاز تغليف عالي السعة .

إنتاج

تشكيل

طريقة تشوخرالسكي

تُصنع الرقائق من مادة أحادية البلورة عالية النقاء، [ 5 ] وخالية تقريبًا من العيوب ، بنسبة نقاء 99.9999999% ( 9N ) أو أعلى. [ 5 ] تُعرف إحدى طرق تشكيل الرقائق البلورية بطريقة تشوخرالسكي ، التي ابتكرها الكيميائي البولندي يان تشوخرالسكي . في هذه الطريقة، تُشكّل سبيكة أسطوانية من أشباه الموصلات أحادية البلورة عالية النقاء، مثل السيليكون أو الجرمانيوم ، تُسمى " الكرة" ، عن طريق سحب بلورة بذرة من المصهور . [ 6 ] [ 7 ] يمكن إضافة ذرات شوائب مانحة، مثل البورون أو الفوسفور في حالة السيليكون، إلى المادة الأصلية المنصهرة بكميات دقيقة لتطعيم البلورة ، وبالتالي تحويلها إلى شبه موصل خارجي من النوع n أو النوع p .

تُقطع البلورة بعد ذلك بمنشار رقائق (نوع من المناشير السلكية )، ثم تُشَكَّل لتحسين استوائها، وتُخَرَّ كيميائيًا لإزالة أي تلف بلوريّ ناتج عن عمليات التصنيع، وأخيرًا تُصَقَّل لتشكيل الرقائق. [ 8 ] يبلغ حجم رقائق الخلايا الكهروضوئية 100-200  مم مربع، وسمكها 100-500  ميكرومتر. [ 9 ] تستخدم الإلكترونيات رقائق بأحجام  تتراوح أقطارها من 100 إلى 450 مم. أكبر الرقائق المصنعة يبلغ قطرها 450  مم، [ 10 ] ولكنها ليست شائعة الاستخدام بعد.

التنظيف، والتشكيل، والنقش

تُنظف الرقاقات باستخدام أحماض مخففة لإزالة الجزيئات غير المرغوب فيها. توجد عدة إجراءات تنظيف قياسية لضمان خلو سطح رقاقة السيليكون من أي تلوث. تُعد عملية التنظيف بتقنية RCA من أكثر الطرق فعالية . عند استخدامها في الخلايا الشمسية ، تُصنع الرقاقات بنسيج خشن لزيادة مساحة السطح وبالتالي كفاءتها. يُزال زجاج الفوسفوسيليكات (PSG ) الناتج من حافة الرقاقة أثناء عملية الحفر . [ 11 ]

خصائص الرقاقة

أحجام الرقائق القياسية

ركيزة السيليكون

تتوفر رقائق السيليكون بأقطار متنوعة تتراوح من 25.4  مم (  بوصة واحدة) إلى 300  مم (11.8  بوصة). [ 12 ] [ 13 ] تُعرف مصانع تصنيع أشباه الموصلات ، أو ما يُسمى اختصارًا بـ "المصانع" ، بقطر الرقائق التي تُجهز لإنتاجها. وقد ازداد القطر تدريجيًا لتحسين الإنتاجية وخفض التكلفة، حيث تستخدم أحدث المصانع حاليًا رقائق بقطر 300 مم ، مع وجود مقترح لاعتماد رقائق بقطر 450 مم . [ 14 ] [ 15 ] أجرت شركات إنتل ، وTSMC ، وسامسونج أبحاثًا منفصلة لتطوير مصانع " نموذجية " (بحثية) بقطر 450 مم ، على الرغم من وجود عقبات كبيرة لا تزال قائمة. [ 16 ]

رقائق السيليكون بأحجام 2 بوصة (51 مم) ، و4 بوصات (100 مم) ، و 6 بوصات (150 مم) ، و 8 بوصات (200 مم).    
حجم الرقاقةالسماكة النموذجيةسنة الإصدار [ 12 ]الوزن لكل رقاقة100  مم، شريحتان لكل رقاقة
بوصة واحدة (25 مم) 1960
2 بوصة (51 مم) 275 ميكرومتر19699
3 بوصة (76 مم) 375  ميكرومتر197229
4 بوصة (100 مم) 525  ميكرومتر197610 غرامات [ 17 ]56
4.9  بوصة (125  مم)625  ميكرومتر198195
150  مم (5.9  بوصة، ويشار إليها عادة باسم "6 بوصة")675  ميكرومتر1983144
200  مم (7.9  بوصة، ويشار إليها عادة باسم "8 بوصة")725  ميكرومتر.199253 غرامًا [ 17 ]269
300  مم (11.8  بوصة، ويشار إليها عادة باسم "12 بوصة")775  ميكرومتر1999125 غرام [ 17 ]640
450  مم (17.7  بوصة) (مقترح) [ 18 ]925  ميكرومتر–342 غرام [ 17 ]1490
675  ملم (26.6  بوصة) (نظريًا) [ 19 ]مجهول–مجهول3427

تختلف سماكة الرقاقات المصنعة باستخدام مواد أخرى غير السيليكون عن سماكة رقاقة السيليكون ذات القطر نفسه. وتُحدد سماكة الرقاقة بقوة المادة المستخدمة؛ إذ يجب أن تكون الرقاقة سميكة بما يكفي لتحمل وزنها دون أن تتشقق أثناء النقل. وتتعلق السماكات المذكورة في الجداول بفترة بدء استخدام هذه العملية، وقد لا تكون دقيقة في الوقت الحالي؛ فعلى سبيل المثال، تُستخدم عملية IBM BiCMOS7WL على رقاقات بقطر 8 بوصات، لكن  سماكة هذه الرقاقات لا تتجاوز 200 ميكرومتر. ويزداد وزن الرقاقة مع زيادة سماكتها ومربع قطرها. ولا يعني تاريخ بدء استخدام هذه العملية بالضرورة أن المصانع ستُحدّث معداتها فورًا، بل إن العديد منها لا يُكلّف نفسه عناء التحديث. وبدلًا من ذلك، تميل الشركات إلى التوسع وبناء خطوط إنتاج جديدة بالكامل باستخدام تقنيات أحدث، مما يُبقي على نطاق واسع من التقنيات قيد الاستخدام في الوقت نفسه.

ركيزة نتريد الغاليوم

عادةً ما يكون لرقائق ركائز نيتريد الغاليوم (GaN) مسارات زمنية مستقلة خاصة بها، موازية لركائز السيليكون ولكنها متأخرة عنها بفارق كبير، بينما تسبق الركائز الأخرى. وقد أعلنت شركة إنفينون في سبتمبر 2024 عن أول رقاقة في العالم مصنوعة من نيتريد الغاليوم بقطر 300 مم، مما يشير إلى إمكانية تشغيل أول مصنع في المستقبل القريب لإنتاج رقائق نيتريد الغاليوم تجاريًا بقطر 300 مم. [ 20 ]

ركيزة كربيد السيليكون

في غضون ذلك، أعلنت شركة ST Microelectronics في يوليو 2021 عن أول رقائق سيليكون كاربيد (SiC) بحجم 200 مم في العالم. [ 21 ] ولا يُعرف ما إذا كان إنتاج رقائق SiC بحجم 200 مم قد دخل حيز الإنتاج الكمي بحلول عام 2024، حيث أن أكبر مصانع رقائق SiC المستخدمة في الإنتاج التجاري عادةً ما تظل بحجم 150 مم.

السيليكون على الياقوت

تقنية السيليكون على الياقوت (SOS) هي نوع محدد من تقنية السيليكون على العازل (SOI)، حيث تكون الركيزة العازلة من الياقوت والطبقة العلوية النشطة من السيليكون. [ 22 ] ويمكن تعديل طبقات الترسيب والتطعيم حسب الحاجة. يبلغ الحد الأقصى لحجم رقائق السيليكون على العازل في الإنتاج التجاري 150 مم اعتبارًا من عام 2024.

ركيزة زرنيخيد الغاليوم

تميل رقائق GaAs إلى أن تكون 150 مم كحد أقصى، في الإنتاج التجاري اعتبارًا من عام 2024. [ 23 ]

ركيزة نتريد الألومنيوم

تُستخدم رقائق نيتريد الألومنيوم (AlN) عادةً بأحجام 50 مم أو 2 بوصة في الإنتاج التجاري، بينما يجري تطوير رقائق بأحجام 100 مم أو 4 بوصات اعتبارًا من عام 2024 من قِبل موردي الرقائق مثل أساهي كاساي. مع ذلك، فإن وجود رقاقة في السوق لا يعني بالضرورة وجود معدات معالجة لإنتاج الرقائق عليها، بل إن تطوير هذه المعدات غالبًا ما يتأخر حتى يظهر طلب المستهلكين النهائيين. وحتى بعد تطوير المعدات (لسنوات)، قد يستغرق الأمر سنوات أخرى حتى تتمكن مصانع أشباه الموصلات من معرفة كيفية استخدامها بكفاءة.

ركيزة من الماس

تميل رقائق الماس إلى أن تكون 50-55 ملم أو ~2 بوصة في إنتاج النماذج الأولية، بينما يتم استهداف الإنتاج التجاري اعتبارًا من عام 2026. [ 24 ]

الزيادات التاريخية في حجم الرقاقات

يمكن لوحدة واحدة من خطوات تصنيع الرقاقات ، كخطوة الحفر مثلاً، إنتاج عدد أكبر من الرقائق يتناسب طردياً مع زيادة مساحة الرقاقة، بينما ترتفع تكلفة هذه الوحدة بوتيرة أبطأ من نمو مساحة الرقاقة. وكان هذا هو الأساس الذي بُني عليه أساس زيادة حجم الرقاقات. بدأ التحول  من رقاقات 200 مم إلى  رقاقات 300 مم في أوائل عام 2000، مما أدى إلى خفض سعر الرقاقة الواحدة بنسبة تتراوح بين 30 و40%. وتتيح الرقاقات ذات الأقطار الأكبر إمكانية وضع عدد أكبر من الرقائق في الرقاقة الواحدة.

الخلايا الكهروضوئية

 يجري التخلص التدريجي من حجم رقاقة M1 (156.75 مم) في الصين اعتبارًا من عام 2020. وقد ظهرت أحجام رقائق غير قياسية متنوعة، لذا  تتواصل الجهود لاعتماد معيار M10 (182 مم) بشكل كامل. وكما هو الحال في عمليات تصنيع أشباه الموصلات الأخرى، كان خفض التكاليف هو الدافع الرئيسي وراء هذه المحاولة لزيادة الحجم، على الرغم من الاختلافات في عمليات تصنيع أنواع الأجهزة المختلفة.

التوجه البلوري

بنية بلورية مكعبة ماسية لخلية وحدة السيليكون
يمكن استخدام الأسطح المستوية للدلالة على التشويب والتوجه البلوري . يمثل اللون الأحمر المادة التي تمت إزالتها.

تُصنع الرقائق من بلورات ذات بنية بلورية منتظمة ، حيث يتميز السيليكون ببنية مكعبة ماسية بمسافة شبكية تبلغ 5.430710 أنغستروم (0.5430710  نانومتر). [ 25 ] عند تقطيعها إلى رقائق، يُحاذى سطحها في أحد الاتجاهات النسبية المعروفة باسم اتجاهات البلورة. يُحدد الاتجاه بواسطة مؤشر ميلر ، حيث تُعدّ الأوجه (100) أو (111) الأكثر شيوعًا في السيليكون. [ 25 ] يُعدّ الاتجاه مهمًا لأن العديد من الخصائص البنيوية والإلكترونية للبلورة الأحادية شديدة التباين . تعتمد أعماق زرع الأيونات على اتجاه بلورة الرقاقة، حيث يوفر كل اتجاه مسارات نقل مميزة. [ 26 ]

يحدث انقسام الرقاقة عادةً في اتجاهات محددة بدقة. يسمح شق الرقاقة على طول مستويات الانقسام بتقطيعها بسهولة إلى رقائق فردية (" رقائق ") بحيث يمكن فصل مليارات عناصر الدوائر الفردية الموجودة على رقاقة متوسطة إلى العديد من الدوائر الفردية.

شقوق التوجيه البلوري

تحتوي الرقاقات التي يقل قطرها عن 200  مم على أسطح مستوية مقطوعة على جانب واحد أو أكثر، تشير إلى المستويات البلورية للرقاقة (عادةً ما يكون السطح {110}). في الرقاقات من الأجيال السابقة، كان زوج من الأسطح المستوية بزوايا مختلفة يشير أيضًا إلى نوع التطعيم (انظر الرسم التوضيحي للاطلاع على الاصطلاحات).  تستخدم الرقاقات التي يبلغ قطرها 200 مم فأكثر شقًا صغيرًا واحدًا لتحديد اتجاه الرقاقة، دون أي مؤشر مرئي لنوع التطعيم. أما الرقاقات التي يبلغ قطرها 450 مم فهي خالية من الشقوق، وتعتمد على بنية محفورة بالليزر على سطح الرقاقة لتحديد الاتجاه. [ 27 ]

التنشيط بالشوائب

لا تُصنع رقائق السيليكون عادةً من السيليكون النقي بنسبة 100%، بل تُشكّل بتركيز شوائب أولي يتراوح بين 10¹³ و10¹⁶ ذرة لكل سنتيمتر مكعب من البورون أو الفوسفور أو الزرنيخ أو الأنتيمون ، تُضاف إلى المصهور وتُحدد نوع الرقاقة، إما من النوع السالب (n) أو النوع الموجب (p). [ 28 ] ومع ذلك، بالمقارنة مع الكثافة الذرية للسيليكون أحادي البلورة البالغة 5× 10²² ذرة لكل سنتيمتر مكعب ، فإن هذا يُعطي نقاءً يزيد عن 99.9999%. كما يمكن تزويد الرقائق في البداية بتركيز معين من الأكسجين البيني . ويُحرص على تقليل التلوث بالكربون والمعادن إلى أدنى حد ممكن. [ 29 ] ويجب الحفاظ على تركيز المعادن الانتقالية ، على وجه الخصوص، أقل من أجزاء في المليار للتطبيقات الإلكترونية. [ 30 ]

رقائق السيليكون بقطر 450 مم

التحديات

هناك مقاومة كبيرة  للانتقال إلى رقائق السيليكون بقطر 450 مم، على الرغم من التحسن المحتمل في الإنتاجية، وذلك بسبب المخاوف من عدم كفاية العائد على الاستثمار. كما توجد مشكلات تتعلق بزيادة التباين بين الرقائق/من حافة إلى حافة، بالإضافة إلى عيوب الحواف الإضافية. ومن المتوقع أن تكلف رقائق السيليكون بقطر 450 مم أربعة أضعاف تكلفة رقائق السيليكون بقطر 300 مم، وأن ترتفع تكاليف المعدات بنسبة تتراوح بين 20 و50%. [ 31 ] وتؤدي تكلفة معدات تصنيع أشباه الموصلات الأعلى للرقائق الأكبر حجمًا إلى زيادة تكلفة مصانع تصنيع أشباه الموصلات بقطر 450 مم. وقد ادعى خبير الطباعة الحجرية كريس ماك في عام 2012 أن السعر الإجمالي للرقاقة الواحدة لرقائق السيليكون بقطر 450 مم سينخفض ​​بنسبة 10-20% فقط مقارنةً برقائق السيليكون بقطر 300 مم، لأن أكثر من 50% من إجمالي تكاليف معالجة الرقائق مرتبطة بالطباعة الحجرية. إن التحول إلى رقاقات سيليكون أكبر حجمًا (450 مم) لن يُخفّض سعر الشريحة إلا في عمليات التصنيع مثل الحفر، حيث ترتبط التكلفة بعدد الرقاقات وليس مساحتها. أما تكلفة عمليات مثل الطباعة الحجرية فهي تتناسب طرديًا مع مساحة الرقاقة، ولن تُقلّل الرقاقات الأكبر حجمًا من مساهمة الطباعة الحجرية في تكلفة الشريحة. [ 32 ]    

خططت شركة نيكون لتسليم معدات الطباعة الحجرية بقياس 450 مم في عام 2015، على أن يبدأ الإنتاج بكميات كبيرة في عام 2017. [ 33 ] [ 34 ] وفي نوفمبر 2013، أوقفت شركة ASML تطوير معدات الطباعة الحجرية بقياس 450 مم، مشيرةً إلى عدم وضوح توقيت طلب مصنعي الرقائق. [ 35 ]

في عام 2012، شكّلت مجموعة تضمّ جامعة ولاية نيويورك ( جامعة ولاية نيويورك للعلوم التطبيقية / كلية علوم وهندسة النانو (CNSE))، وشركات إنتل، وTSMC، وسامسونج، وآي بي إم، وجلوبال فاوندريز ، ونيكون، شراكة بين القطاعين العام والخاص تُعرف باسم "اتحاد 450 مم العالمي" (G450C، على غرار SEMATECH ). ووضعت هذه الشراكة خطةً مدتها خمس سنوات (تنتهي في عام 2016) لتطوير "بنية تحتية فعّالة من حيث التكلفة لتصنيع الرقائق، ونماذج أولية للمعدات، وأدوات تُمكّن من انتقال الصناعة بشكل منسق إلى مستوى رقائق 450 مم". [ 36 ] [ 37 ] وفي منتصف عام 2014، أعلنت كلية علوم وهندسة النانو (CNSE) أنها ستكشف النقاب عن أولى رقائق 450 مم ذات النقوش الكاملة في معرض SEMICON West. [ 38 ] وفي أوائل عام 2017، بدأ اتحاد 450 مم العالمي (G450C) بتفكيك أنشطته المتعلقة بأبحاث رقائق 450 مم لأسباب غير مُعلنة. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] تكهنت مصادر مختلفة بأن انهيار المجموعة جاء بعد اتهامات بالتلاعب في العطاءات وُجهت إلى آلان إي. كالويروس ، الذي كان آنذاك الرئيس التنفيذي لجامعة ولاية نيويورك للفنون التطبيقية. [ 41 ] [ 40 ] [ 42 ] وقد يكون إدراك الصناعة أن تحسين التصنيع باستخدام شاشة 300 مم أقل تكلفة من الانتقال المكلف إلى شاشة 450 مم قد لعب دورًا أيضًا. [ 41 ]

 لم يُحدد جدول زمني لإنتاج كاميرات 450 مم. في عام 2012، كان من المتوقع أن يبدأ إنتاج هذه الكاميرات في عام 2017، وهو ما لم يتحقق. [ 43 ] [ 44 ] صرّح مارك دوركان، الرئيس التنفيذي لشركة مايكرون تكنولوجي آنذاك ، في فبراير 2014، بأنه يتوقع  تأجيل اعتماد كاميرات 450 مم إلى أجل غير مسمى أو إيقافه نهائيًا. وأضاف: "لست مقتنعًا بأن كاميرات 450 مم ستُطرح في الأسواق، ولكن حتى لو طُبقت، فسيكون ذلك في المستقبل البعيد. لا توجد حاجة ملحة لشركة مايكرون، على الأقل خلال السنوات الخمس القادمة، لإنفاق مبالغ طائلة على كاميرات 450 مم." [ 45 ]

«هناك حاجة لاستثمارات ضخمة في قطاع المعدات لتحقيق ذلك. أما القيمة النهائية - بحيث يشتري العملاء هذه المعدات - فأعتقد أنها محل شك». [ 46 ] في مارس 2014، توقعت شركة إنتل  نشر تقنية 450 مم بحلول عام 2020 (بنهاية هذا العقد). [ 47 ] أفاد مارك لابيدوس من موقع semiengineering.com في منتصف عام 2014 أن مصنعي الرقائق الإلكترونية أرجأوا اعتماد تقنية 450  مم «للمستقبل المنظور». ووفقًا لهذا التقرير، توقع بعض المراقبين أن يبدأ الإنتاج بين عامي 2018 و2020، بينما لم يتوقع جي. دان هاتشيسون، الرئيس التنفيذي لشركة VLSI Research، أن تبدأ مصانع رقائق 450 مم الإنتاج قبل عامي 2020 و2025. [ 48 ]

تطلّب الانتقال إلى حجم 300  مم تغييرات جذرية، حيث استُخدمت رقاقات السيليكون بحجم 300 مم في مصانع مؤتمتة بالكامل  ، بينما استُخدمت  رقاقات السيليكون بحجم 200 مم في مصانع مؤتمتة جزئيًا. ويعود ذلك جزئيًا إلى أن وزن حاوية رقاقات السيليكون بحجم 300  مم يبلغ حوالي 7.5 كيلوغرامات [ 49 ] عند تحميلها بـ 25  رقاقة سيليكون بحجم 300 مم، في حين يبلغ وزن حاوية رقاقات السيليكون أحادية الطبقة (SMIF) حوالي 4.8 كيلوغرامات [ 50 ] [ 51 ] [ 17 ] عند تحميلها بـ 25  رقاقة سيليكون بحجم 200 مم، مما يتطلب ضعف الجهد البدني من عمال المصنع، ويزيد من إجهادهم. تحتوي حاويات رقاقات السيليكون بحجم 300 مم على مقابض لتسهيل نقلها يدويًا. أما حاويات رقاقات السيليكون بحجم 450 مم، فتزن 45 كيلوغرامًا [ 52 ] عند تحميلها بـ 25  رقاقة سيليكون بحجم 450 مم، مما يستدعي استخدام الرافعات لنقلها يدويًا [ 53 ] ، وبالتالي لم تعد المقابض موجودة في هذه الحاويات. تُنقل وحدات FOUP باستخدام أنظمة مناولة المواد من شركتي موراتيك أو دايفوكو . وقد أُجريت هذه الاستثمارات الضخمة خلال فترة الركود الاقتصادي الذي أعقب فقاعة الإنترنت ، مما أدى إلى مقاومة شديدة للترقية إلى حجم 450  مم ضمن الإطار الزمني الأصلي. عند الانتقال إلى حجم 450  مم، ستكون سبائك البلورات أثقل بثلاثة أضعاف (بوزن إجمالي يبلغ طنًا متريًا)، وستستغرق وقتًا أطول للتبريد من ضعفين إلى أربعة أضعاف، كما سيتضاعف وقت المعالجة. باختصار، يتطلب تطوير رقائق السيليكون بحجم 450 مم جهودًا هندسية كبيرة، ووقتًا طويلًا، وتكاليف باهظة للتغلب على هذه التحديات. 

تقدير عدد القوالب التحليلي

لتقليل تكلفة تصنيع كل شريحة ، يسعى المصنّعون إلى زيادة عدد الشرائح التي يمكن إنتاجها من رقاقة واحدة؛ وتكون الشرائح دائمًا مربعة أو مستطيلة الشكل نظرًا لقيود تقطيع الرقاقات . عمومًا، تُعدّ هذه مشكلة معقدة حسابيًا ، ولا يوجد لها حل تحليلي، إذ تعتمد على مساحة الشرائح ونسبة أبعادها (مربعة أو مستطيلة)، بالإضافة إلى اعتبارات أخرى مثل عرض خط القطع أو مسار المنشار، والمساحة الإضافية التي تشغلها هياكل المحاذاة والاختبار . (بتبسيط المشكلة بحيث يكون عرض خط القطع ومسار المنشار صفرًا، وتكون الرقاقة دائرية تمامًا بدون أسطح مستوية، وتكون نسبة أبعاد الشرائح مربعة، نصل إلى مسألة دائرة جاوس ، وهي مسألة رياضية مفتوحة لم تُحل بعد ).

لاحظ أن الصيغ التي تقدر إجمالي عدد الرقاقات لكل رقاقة ( DPW ) تأخذ في الاعتبار فقط عدد الرقاقات الكاملة التي يمكن وضعها على الرقاقة؛ ولا تأخذ حسابات إجمالي عدد الرقاقات لكل رقاقة في الاعتبار فقدان الإنتاجية بين تلك الرقاقات الكاملة بسبب العيوب أو المشكلات البارامترية.

خريطة رقاقة توضح الرقاقات ذات النقوش الكاملة، والرقاقات ذات النقوش الجزئية التي لا تقع بالكامل داخل الرقاقة

ومع ذلك، يمكن تقدير عدد عيوب الرقاقة الإجمالية بدءًا من التقريب من الدرجة الأولى أو دالة الجزء الصحيح لنسبة مساحة الرقاقة إلى مساحة الشريحة.

دPدبليو=⌊πر2S⌋=⌊πد24S⌋{\displaystyle DPW=\left\lfloor {\frac {\pi r^{2}}{S}}\right\rfloor =\left\lfloor {\frac {\pi d^{2}}{4S}}\right\rfloor }،

أين

  • د{\displaystyle d}قطر الرقاقة (عادةً بالمليمتر)
  • S{\displaystyle S}حجم كل قالب (مم 2 ) بما في ذلك عرض خط التحديد (أو في حالة ممر المنشار، عرض القطع بالإضافة إلى التفاوت المسموح به).

تنص هذه الصيغة ببساطة على أن عدد الرقاقات التي يمكن وضعها على الرقاقة لا يمكن أن يتجاوز مساحة الرقاقة مقسومة على مساحة كل رقاقة على حدة. وستُبالغ هذه الصيغة دائمًا في تقدير إجمالي عدد الرقاقات المطبوعة على الرقاقة في أفضل الحالات، لأنها تشمل مساحة الرقاقات المطبوعة جزئيًا والتي لا تستقر بالكامل على سطح الرقاقة (انظر الشكل). ولا تُمثل هذه الرقاقات المطبوعة جزئيًا دوائر متكاملة كاملة ، لذا لا يُمكن بيعها عادةً كأجزاء وظيفية.

تُضيف التحسينات المُدخلة على هذه الصيغة البسيطة عادةً تصحيحًا للحواف، لمراعاة وجود أجزاء من الرقاقة على الحافة، والذي يكون أكثر أهمية بشكل عام عندما تكون مساحة الرقاقة كبيرة مقارنةً بالمساحة الكلية للرقاقة. أما في الحالة الحدية الأخرى (الرقاقات متناهية الصغر أو الرقاقات متناهية الكبر)، فيكون تصحيح الحواف ضئيلاً للغاية.

يأخذ عامل التصحيح أو مصطلح التصحيح عمومًا أحد الأشكال التي ذكرها دي فريس: [ 54 ]

دPدبليو=πد24S-πد2S{\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}} - {\frac {\displaystyle \pi d}{\sqrt {2S}}}}(نسبة المساحة – المحيط / (طول قطر القالب))
أودPدبليو=(πد24S)خبرة⁡(-2S/د){\displaystyle DPW=\left({\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\right)\exp(-2{\sqrt {S}}/d)}(نسبة المساحة مضروبة في عامل أسي)
أودPدبليو=πد24S(1-2Sد)2{\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\left(1-{\frac {\displaystyle 2{\sqrt {S}}}{d}}\right)^{2}}(نسبة المساحة مضروبة في عامل متعدد الحدود).

تُظهر الدراسات التي تقارن هذه الصيغ التحليلية بنتائج الحسابات المباشرة أنه يمكن جعل الصيغ أكثر دقة، ضمن نطاقات عملية لأحجام القوالب ونسب الأبعاد، عن طريق ضبط معاملات التصحيحات إلى قيم أعلى أو أقل من الواحد، وعن طريق استبدال بُعد القالب الخطيS{\displaystyle {\sqrt {S}}}مع(ح+دبليو)/2{\displaystyle (H+W)/2}(متوسط ​​طول الجانب) في حالة القوالب ذات نسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة: [ 54 ]

دPدبليو=πد24S-0.58*πدS{\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}-0.58^{*}{\frac {\displaystyle \pi d}{\sqrt {S}}}}
أودPدبليو=(πد24S)خبرة⁡(-2.32*S/د){\displaystyle DPW=\left({\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\right)\exp(-2.32^{*}{\sqrt {S}}/d)}
أودPدبليو=πد24S(1-1.16*Sد)2{\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\left(1-{\frac {\displaystyle 1.16^{*}{\sqrt {S}}}{d}}\right)^{2}}.

أشباه الموصلات المركبة

على الرغم من أن السيليكون هو المادة السائدة في صناعة رقائق السيليكون المستخدمة في الإلكترونيات ، فقد استُخدمت أيضًا مواد أخرى من مركبات III-V أو II-VI . يُعد زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، وهو شبه موصل من III-V يُنتج بطريقة تشوخرالسكي، ونيتريد الغاليوم (GaN)، وكربيد السيليكون (SiC) من المواد الشائعة في صناعة رقائق السيليكون، حيث يُستخدم نيتريد الغاليوم والياقوت على نطاق واسع في تصنيع مصابيح LED . [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لابلانت، فيليب أ. (2005). "رقاقة" . قاموس شامل للهندسة الكهربائية ( الطبعة الثانية). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي . ص 739. ISBN   978-0-8493-3086-5.
  2. ↑ راينهارد فولكل (2012). "تصنيع البصريات الدقيقة على مستوى الرقاقة" . تقنيات بصرية متقدمة . 1 (3): 135. Bibcode : 2012AdOT....1..135V . doi : 10.1515/aot-2012-0013 . S2CID 137606531 . 
  3. ↑ ت. دوي؛ إ. د. مارينسكو؛ شوهي كوروكاوا (2012). التطورات في تقنيات التلميع الكيميائي الميكانيكي، الفصل 6 - تقدم صناعات أشباه الموصلات والسيليكون - أسواق أشباه الموصلات المتنامية ومناطق الإنتاج . إلسيفير. الصفحات 297-304 . doi : 10.1016/B978-1-4377-7859-5.00006-5 . 
  4. ↑ "جهاز وطريقة الترسيب الطبقي عالي السعة" . google.com .
  5. 1 2 سيمي سورس 2006: ملحق لمجلة سيميكوندكتور إنترناشونال. ديسمبر 2005. قسم المراجع: كيفية صنع رقاقة. مقتبس من ديزاين نيوز. مجموعة ريد للإلكترونيات.
  6. ↑ ليفي، رولاند ألبرت (1989). مواد وعمليات الإلكترونيات الدقيقة . سبرينغر. ص 1-2 . ISBN  978-0-7923-0154-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2008 .
  7. 1 2 جروفينور، سي. (1989). مواد الإلكترونيات الدقيقة . مطبعة سي آر سي. ص 113-123 . ISBN  978-0-85274-270-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2008 .
  8. ↑ نيشي، يوشيو (2000). دليل تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات . مطبعة سي آر سي. الصفحات 67-71 . ISBN  978-0-8247-8783-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2008 .
  9. ↑ "معلمات الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-06-2019 .
  10. ↑ "تطور رقاقة السيليكون" . F450C .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  11. ↑ "العملية الرطبة" . أومرون للأتمتة الصناعية . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2008 .
  12. 1 2 "تطور رقاقة السيليكون | F450C" . F450C . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-12-2015 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  13. ↑ "رقاقة السيليكون" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 فبراير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2008 .
  14. ↑ "إنتل وسامسونج وTSMC يتوصلون إلى اتفاق بشأن تقنية 450 مم" . intel.com .
  15. ↑ العروض التقديمية/PDF/FEP.pdf عرض تقديمي لـ ITRS (PDF)
  16. ↑ لابيدوس، مارك (14 يناير 2009). "جدل حول مصانع أشباه الموصلات بحجم 450 مم يظهر من جديد" . مجلة EE Times . أسبنكور . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2021. كما ورد، تسعى كل من إنتل وTSMC وسامسونج بشكل منفصل إلى إطلاق نماذج أولية لمصانع أشباه الموصلات بحجم 450 مم بحلول عام 2012 .
  17. 1 2 3 4 5 "أنظمة معالجة رقائق السيليكون بقطر 450 مم" . 7 ديسمبر 2013. مؤرشف من الأصل في 7 ديسمبر 2013.
  18. ↑ لابيدوس، مارك. "الصناعة تتفق على أول معيار لرقاقة السيليكون بقطر 450 مم" . EETimes .
  19. ↑ "تطور AMHS" . www.daifuku.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-04-08 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-12-02 .
  20. ↑ "شركة إنفينون تكشف النقاب عن أول تقنية رقاقة طاقة GaN بحجم 12 بوصة في العالم" .
  21. ↑ "شركة STMicroelectronics تصنع أول رقائق كربيد السيليكون بحجم 200 مم" . 27 يوليو 2021.
  22. ↑ "مقارنة رقائق السيليكون على العازل (SOI) برقائق السيليكون: ما هو الأفضل لمشروع أشباه الموصلات الخاص بك؟" . www.samaterials.com . تاريخ الاطلاع: 19 ديسمبر 2025 .
  23. ↑ "دور تصنيع 200 مم في تمكين صناعة أشباه الموصلات بقيمة تريليون دولار" . 10 أبريل 2024.
  24. ↑ "كسر الحاجز الحراري: شركتا Element Six وOrbray تحققان إنجازًا بارزًا في إنتاج الماس الصناعي أحادي البلورة على مستوى الرقاقة" . TechCrunch . 21 نوفمبر 2025. تاريخ الاطلاع: 22 نوفمبر 2025 .
  25. 1 2 أومارا، ويليام سي. (1990). دليل تكنولوجيا أشباه الموصلات السيليكونية . ويليام أندرو إنك. الصفحات 349-352 . ISBN  978-0-8155-1237-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2008 .
  26. ↑ نيشي، يوشيو (2000). دليل تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات . بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 108-109 . ISBN  978-0-8247-8783-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2008 .
  27. ↑ فول، هيلموت (أكتوبر 2019). "رقائق مسطحة" . جامعة كيل . تم الاسترجاع في 23 فبراير 2008 .
  28. ↑ ويدمان، ديتريش (2000). تكنولوجيا الدوائر المتكاملة . سبرينغر. ص 39. ISBN  978-3-540-66199-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2008 .
  29. ↑ ليفي، رولاند ألبرت (1989). مواد وعمليات الإلكترونيات الدقيقة . سبرينغر. الصفحات 6-7 ، 13. ISBN  978-0-7923-0154-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2008 .
  30. ↑ روكيت، أنجوس (2008). علم مواد أشباه الموصلات . سبرينغر. ص 13. ISBN  978-0-387-25653-5.
  31. ↑ ستيف شولز (5 ديسمبر 2012). "ميزة التعاون: تأثير تصميم الانتقال 450 مم" . EETimes . تم الاسترجاع في 8 مارس 2022 .
  32. ↑ "ليثوغورو | تأملات عالم نبيل" . life.lithoguru.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2018 .
  33. ↑ «نيكون تُعيّن رئيس قسم معدات الدقة رئيسًا جديدًا» (بيان صحفي). اليابان: شركة نيكون كوربوريشن، سيميكونبورتال. 20 مايو 2014. تخطط نيكون لطرح أنظمة طباعة ضوئية على رقائق السيليكون بقطر 450 مم للإنتاج بكميات كبيرة في عام 2017.
  34. ↑ لابيدوس، مارك (13 سبتمبر 2013). "خارطة طريق الطباعة الحجرية لا تزال غامضة" . semiengineering.com . مجموعة سبيرلينغ الإعلامية . تم الاطلاع عليه في 14 يوليو 2014. خططت شركة نيكون لشحن "أدوات التعلم المبكر" بحلول عام 2015. وقال حامد زارينغهلام، نائب الرئيس التنفيذي في شركة نيكون بريسيجن: "كما ذكرنا سابقًا، سنقوم بالشحن لتلبية طلبات العملاء في عام 2015" .
  35. ↑ "نموذج التقرير السنوي لشركة ASML لعام 2013 (20-F)" (XBRL) . هيئة الأوراق المالية والبورصات الأمريكية. 11 فبراير 2014. في نوفمبر 2013، وبعد قرار عملائنا، قررت ASML تعليق تطوير أنظمة الطباعة الحجرية 450 مم حتى يتضح طلب العملاء والتوقيت المرتبط بهذا الطلب. 
  36. ↑ "G450C: اتحاد عالمي لتقنية 450 مم" . أبحاث VLSI . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-07-2021 .
  37. ↑ "الطريق الوعر إلى 450 مم" . هندسة أشباه الموصلات . 17-05-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-07-2021 .
  38. ↑ "الكشف عن أول رقائق سيليكون بنمط كامل بقطر 450 مم في العالم في معرض سيميكون ويست | معهد جامعة ولاية نيويورك للفنون التطبيقية" . sunypoly.edu . تاريخ الاطلاع: 26 يوليو 2021 .
  39. ↑ "تعليق مشروع 450mm رسميًا | 450mm.com" . 450mm . 17 يناير 2017. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2021 .
  40. 1 2 روليسون، لاري (10 يناير 2017). "مستقبل برنامج 450 ملم في جامعة ولاية نيويورك للفنون التطبيقية في مهب الريح" . تايمز يونيون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2021 .
  41. 1 2 3 روليسون، لاري (14 يناير 2017). "نيويورك: لم يكن سبب توقف إنتاج G450C هو المال" . تايمز يونيون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2021 .
  42. ↑ "تم تعليق مشروع 450 مم رسميًا..." . 17 يناير 2017. مؤرشف من الأصل في 26 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه في 26 يوليو 2021 .
  43. ↑ ديلان ماكغراث (10 يوليو 2012). "أول مصانع رقائق السيليكون بحجم 450 مم ستبدأ الإنتاج في عام 2017، بحسب محلل" . إي إي تايمز . تاريخ الاسترجاع: 8 مارس 2022 .
  44. ↑ "عملية بناء مصنع 450 مم جارية على قدم وساق"" . EETimes. 2013-08-15 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-03-08 . "
  45. ↑ مانرز، ديفيد (11 فبراير 2014). "الرئيس التنفيذي لشركة مايكرون: قد لا يتحقق إنتاج 450 مم أبدًا" . إلكترونيكس ويكلي . تاريخ الاسترجاع: 3 فبراير 2022 .
  46. ↑ "الرئيس التنفيذي لشركة مايكرون: قد لا يتحقق حجم 450 مم أبدًا" . electronicsweekly.com . 11 فبراير 2014.
  47. ↑ «إنتل تقول إن تقنية 450 مم ستُستخدم في وقت لاحق من هذا العقد» . 18 مارس 2014. مؤرشف من الأصل في 13 مايو 2014. تم الاطلاع عليه في 31 مايو 2014 . 
  48. ↑ لابيدوس، مارك (15 مايو 2014). "هل انتهى عصر تقنية 450 مم؟" . semiengineering.com . كاليفورنيا: Sperling Media Group LLC. مؤرشف من الأصل في 5 يونيو 2014. تم الاطلاع عليه في 4 يونيو 2014. أجلت شركة إنتل وبقية شركات الصناعة التحول إلى مصانع أشباه الموصلات بتقنية 450 مم في المستقبل المنظور، مما دفع الكثيرين إلى التساؤل: هل انتهى عصر تقنية 450 مم؟ الجواب: تقنية 450 مم في حالة ركود حاليًا.   
  49. ↑ " MW 300GT | علب الرقائق | شركة شين-إيتسو بوليمر المحدودة" . www.shinpoly.co.jp
  50. ↑ "شركة SMIF Pod-Chung King Enterprise المحدودة" . www.ckplas.com .
  51. ↑ "وافر كاسيت - شركة تشونغ كينغ إنتربرايز المحدودة" . www.ckplas.com .
  52. ↑ "التميز عن الآخرين على 450 مم | أخبار وتحليلات 450 مم" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-05-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-05-2019 .
  53. ↑ "عربات رفع غرف الأبحاث النظيفة من إتش-سكوير إرجوليفت" . www.h-square.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-05-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-05-2019 .
  54. 1 2 ديرك ك. دي فريس (2005). "دراسة صيغ إجمالي عدد الرقاقات لكل شريحة". معاملات IEEE في تصنيع أشباه الموصلات . 18 (فبراير 2005): 136-139 . doi : 10.1109/TSM.2004.836656 . S2CID 32016975 . 
  • تطور رقاقة السيليكون بواسطة F450C - رسم بياني حول تاريخ رقاقة السيليكون.