كيف تصبح صخرة وحدة المعالجة المركزية للهاتف الذكي
الرسوم التوضيحية: مختبر البصريات
إذا كنت تريد ذلك تعرف على النطاق العالمي حقًا لصناعة الإلكترونيات ، لا تنظر إلى أبعد من هاتفك الذكي. المعالج الذي يعمل على تشغيله كصخرة متواضعة ، وبحلول الوقت الذي وجد فيه طريقه إلى جهازك ، ربما رأى العالم أكثر مما لديك. على طول الطريق ، تعرض لبعض العمليات الأكثر تطوراً من الناحية التكنولوجية والحراسة عن كثب على هذا الكوكب. تعال ونحن نتراجع عن هذا الركوب المذهل الذي تبلغ مساحته 30،000 كيلومتر.
1. كوارتز
بدأ معالج الهواتف الذكية رحلته في الركن الشمالي الغربي من إسبانيا ، في مينا سيرابال ، منجم الكوارتز بالقرب من مدينة سانتياغو دي كومبوستيلا. الكوارتز – أو أكثر تقنيًا ، ثاني أكسيد السيليكون أو السيليكا – هو المكون الرئيسي للرمال. ولكن في Serrabal يمكن أن تأتي في قطع ضخمة ضعف عرض الهاتف الذكي. يقوم مشغل المناجم Ferroglobe بتشغيل نظام آلي لفرز السيليكا حسب الحجم. بعد غسل القطع ومعالجتها ، يتوجه الكبار إلى ساحل المحيط الأطلسي للخطوة التالية في الرحلة.
2. المعدن السيليكون
بعد ساعة من الشاحنة ، تصل صخور الكوارتز المصغرة إلى سابون ، مصنع فيروجلوب الذي تبلغ مساحته 125000 متر مربع في مقاطعة كورونيا الساحلية. هنا سيتم خلط الكوارتز مع رقائق الخشب المجففة وتسخينها إلى 1500 إلى 2000 درجة مئوية في ثلاثية من أفران القوس الكهربائي التي تستخدم أقطاب ضخمة تم اختراعها في هذا النبات في التسعينيات. داخل الفرن ، يحدث التفاعل الذي يمزق الأكسجين من السيليكا ويتمسك به الكربون من الخشب. والنتيجة هي المعادن السيليكون وأول أكسيد الكربون.
3. polysilicon المنقى
يبلغ نقي السيليكون الناتج بنحو 98 في المائة ، وهذا ليس جيدًا بما فيه الكفاية. يجب أن يكون ما لا يقل عن 99.9999999 في المئة ليصبح معالجًا دقيقًا ، والذي سيتطلب بعض الكيمياء القوية. لذلك هو خارج إلى Wacker Chemie ، في Burghausen ، ألمانيا. هنا ، يخضع المعدن لما يسمى بعملية Siemens: تم استحمامه في حمض الهيدروكلوريك ويتفاعل لتشكيل غاز الهيدروجين وسائل يسمى Trichlorosilane. ستكون أي شوائب في السائل ، ثم يتم تشغيلها من خلال عملية تقطير متعددة الخطوات تفصل بين الترايكلوروسيلان النقي عن أي شيء غير مرغوب فيه. بمجرد الوصول إلى النقاء المطلوب ، يتم عكس التفاعل: عند 1،150 درجة مئوية ، يتم تفاعل ثلاثي كلوروسيلان بالهيدروجين لإيداع بلورات متعددة من السيليكون ، تسمى البوليسيليكون ، ويتم امتصاص غاز حمض الهيدروكلوريك الناتج. يشكل polysilicon قضبان سميكة حول عناصر التدفئة. بمجرد تبريده وإزالته من غرفة التفاعل ، يتم تحطيم polysilicon للشحن.
4. رقائق السيليكون
يتكون السيليكون الفائق من العديد من البلورات في اتجاهات مختلفة. ولكن يجب أن تصنع المعالجات الدقيقة من بلورة واحدة. لذا فإن المواد قد تهاجر إلى شيرمان ، تكساس ، حيث افتتحت Globalwafers مؤخرًا مصنعًا سيليكون سليكون بقيمة 3.5 مليار دولار أمريكي. هنا يتم وضع polysilicon من خلال ما يسمى طريقة Czochralski (CZ). في بوتقة الكوارتز عالية النقاء ، يتم تسخين polysilicon إلى حوالي 1425 درجة مئوية ويذوب. ثم يتم غمس بلورة البذور ذات الاتجاه البلوري الدقيق في الذوبان ، ومرسومة ببطء لأعلى ، وتناوب. افعل كل ذلك بالضبط إلى اليمين ، وسوف تقوم بسحب سبيكة من السيليكون البلوري النقي الذي يبلغ طوله 300 ملليمتر وطوله عدة أمتار. المناشير المتخصصة ثم تقطيع هذا الدعامة من النقاء شبه الموصل إلى رقائق أقل من 1 ملليمتر. يتم تنظيف الرقاقات ، مصقول ، وأحيانًا تتم معالجتها ، قبل التوجه إلى رقاقة القوات المسلحة البوروندية.
5. رقائق معالجة
الآن ، لقد تم إيقاف تشغيله إلى Tainan ، في جنوب تايوان ، حيث ستقوم TSMC’s Fab 18 بتحويل هذه الرقاقات إلى أحدث معالجات الهواتف الذكية. إنها عملية معقدة للغاية ، تتضمن بعض المعدات الأكثر تعقيدًا وتكلفة على هذا الكوكب ، بما في ذلك أنظمة الطباعة الحجرية EUV التي يمكن أن تكلف 300 مليون دولار لكل منها. في FAB 18 ، ستمر كل رقاقة شهورًا من التعذيب الدقيق بشكل رائع لإنتاج الترانزستورات والأسلاك التي تشكل المعالجات. ستطبع الإشعاع فوق البنفسجي المتطرف أنماطًا عليها ، وسوف تُصنّع الأيونات الساخنة في سطحها ، وسوف تزيد التفاعلات الكيميائية الدقيقة لبعض الأجزاء طبقة ذرية واحدة في وقت واحد ، وسوف تقوم الأحماض بإبعاد الهياكل على نطاق النانومتر ، وستكون المعادن صفيحة للكهروكيميائيات وتتخلى عنها في أماكن أخرى. النتيجة: رقاقة مليئة بالمعالجات المتطابقة.
6. رقائق معبأة
مدهش مثل هذه المعالجات ، لا يمكنك استخدامها في هذا النموذج. يحتاجون أولاً إلى تعبئتها. بالنسبة للسيليكون الخاص بنا ، سيحدث ذلك في منشأة ASE في بينانغ ، ماليزيا. توفر الحزمة الشريحة حماية ميكانيكية ، وسيلة لإزالة الحرارة ، وطريقة لتوصيل الأجزاء على نطاق الميكرومتر بالرقاقة بألواح الدائرة الملليمتر. للقيام بذلك ، يتم تصنيف الرقاقات أولاً في رقائق. ثم يتم ربط الكرات الصغيرة من اللحام ، وبعض عشرات من أجهزة قياس الميكرومتر عبر الرقائق. تتم محاذاة مطبات اللحام مع الأجزاء المقابلة من الحزمة ، ويتم ذوبان الجزأين معًا. أصبح من الشائع أن يتم دمج أجزاء متعددة من السيليكون داخل نفس الحزمة ، إما مكدسة فوق بعضها البعض أو تم وضعها بجوار بعضها البعض على قطعة من السيليكون منفصل تسمى interposer. تتبع خطوات أخرى للعملية ، والجزء المعبأ جاهز الآن لخطوته التالية.
التجارة العالمية
في عام 2023 ، شكلت الإلكترونيات خمس قيمة التجارة العالمية
شكر وتقدير: كانت هذه الرحلة مستوحاة من فصل في إد كونواي عالم المواد: المواد الخام الست التي تشكل الحضارة الحديثة (ألفريد أ. كنوبف ، 2023).
