التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) لمعدات أشباه الموصلات: النظافة، والأسطح المعزولة بالفراغ، والمواد التي لا تشوبها شائبة

تُمرر أدوات أشباه الموصلات الرقاقات عبر غرف التفريغ وخطوط الغاز ومراحل التصنيع الدقيقة، وردية تلو الأخرى. كل جزء مُصنّع داخل هذه الأدوات يؤدي وظيفة صامتة: يعمل بنفس الطريقة في كل مرة، ولا يترك أي أثر. يبدو الأمر بسيطًا. ولهذا السبب يُعدّ مورّدو أشباه الموصلات من بين أكثر مشتري خدمات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) تطلبًا، ولهذا السبب أيضًا قد يفشل جزء اجتاز الفحص في مكان آخر هنا.

ما الذي يتم تشكيله داخل أداة أشباه الموصلات

القائمة أطول مما يتوقعه المراقبون الخارجيون: مكونات حجرة التفريغ، وأذرع معالجة الرقاقات، ووحدات التوزيع، ومشعبات توزيع الغاز، وألواح التبريد، وأغلفة المستشعرات، ودبابيس الرفع، وأجزاء الأقطاب الكهربائية. والقاسم المشترك بينها هو أنها تعمل في بيئة ذات تفريغ عالٍ أو هواء جاف ونظيف، ومن المتوقع أن تتحمل آلاف الدورات دون أن تتساقط منها جزيئات أو يحدث تسريب.

يتم تحديد المواد قبل بدء عملية التصنيع.

لا يُعد اختيار المواد في هذه الصناعة مسألة تفضيل، بل هو مواصفة أساسية. يُستخدم الألمنيوم 6061-T6 و7075 في معظم أعمال الهياكل والتصنيع في بيئات الفراغ نظرًا لسهولة تشكيلهما وانخفاض انبعاث الغازات منهما. أما الفولاذ المقاوم للصدأ 304L و316L فيُستخدم في الأجزاء التي تتعرض لغازات العمليات أو عمليات التنظيف المكثفة. ويُستخدم كل من PEEK وPTFE كعوازل، ومثبتات للرقائق، وأجزاء قابلة للتآكل، بينما يُستخدم النحاس عالي النقاء (OFHC) في المناطق التي يمر بها التيار الكهربائي.

لكل مادة عيوبها. فالألومنيوم يتلطخ ويترك نتوءات تتحول إلى جزيئات. أما مادة PEEK، إذا تم تشكيلها بشكل خاطئ، فإنها تنصهر وتتلطخ بدلاً من أن تُقطع، والعازل المتلطخ يفشل في اختبارات السلامة الكهربائية والنظافة. لذا، يجب على الورشة التعامل مع كل مادة كتخصص مستقل، لا كمجرد بند في قائمة الأسعار.

المشاكل التي تظهر أثناء التجميع، وليس عند الآلة

• نتوءات في الثقوب المتقاطعة والجيوب المغلقة. تتعامل مصانع رقائق السيليكون مع الجزيئات السائبة كما لو كانت خطر حريق. حتى النتوءات المتبقية داخل منفذ غير مرئي تجد طريقها للخروج لاحقًا.

• أسطح منع التسرب. يجب أن تكون أخاديد حلقات منع التسرب وأسطح شفة التفريغ ذات خشونة سطحية تتراوح بين 0.4 و 0.8، مع عدم وجود أي آثار أدوات تعبر مسار منع التسرب. السطح الذي يبدو جيدًا تحت المصباح يُظهر تسربًا عند إجراء اختبار تسرب الهيليوم.

• استواء ألواح التبريد وأسطح ظرف التثبيت. تعمل عملية الطحن على تخفيف الإجهاد الداخلي وانحناء الألواح. ويتمثل الحل في سلسلة من الخطوات: التخشين المتحكم به، وتخفيف الإجهاد، ثم القطع النهائي الذي يزيل الحركة.

• تثبيت ميزات تحديد المواقع. يتم الحفاظ على هندسة معالجة الرقاقة عند حوالي ±0.005 مم، ويجب أن تظل كذلك في جميع أنحاء الدفعة بأكملها.

النظافة عملية مستمرة، وليست مجرد مسحة نهائية.

تحتوي القطع المصنعة آليًا على الزيت، وبقايا سائل التبريد، والرقائق، وبصمات الأصابع. أما في قطع أشباه الموصلات، فلا يُقبل أي من ذلك، لذا تُحدد عملية التنظيف وتُنفذ وتُتحقق منها: إزالة الشحوم، ثم التنظيف بالموجات فوق الصوتية، ثم فحص موثق. تُضاف فواصل الحواف إلى الرسم كميزات حقيقية، وليست مجرد ميزة إضافية. يُعد التغليف جزءًا من العمل: تُغلق القطع بإحكام، ويتم التعامل معها باستخدام القفازات، وتُشحن لتصل جاهزة للتجميع في غرف نظيفة.

ما نقوم به في KGL

تقوم شركة KGL بتصنيع قطع غيار صناعة أشباه الموصلات من سبائك الألومنيوم والبلاستيك الهندسي، بما في ذلك POM وPEEK وPEI، باستخدام مراكز CNC ثلاثية ورباعية وخماسية المحاور، مع الحفاظ على دقة تصنيع تتراوح بين ±0.005 و0.01 مم. يتم استبعاد الأجزاء المعرضة للنتوءات من التصميم أثناء مراجعة الرسومات، وتُصقل أسطح منع التسرب وتُقاس وفقًا للمواصفات، ويخضع كل طلب لفحص شامل، بدءًا من العينة الأولى، مرورًا بمراحل التصنيع، وصولًا إلى الفحص النهائي، مع فحص كامل بنسبة 100% للأجزاء الحساسة، بالإضافة إلى تنظيف وتغليف يتناسب مع كيفية استخدام القطعة.

خاتمة

في معدات أشباه الموصلات، يُقيّم أداء القطعة بناءً على ثلاثة معايير: الأبعاد، والنظافة، وحالة الحواف، ويُلاحظ أن المعيارين الأخيرين يُؤديان إلى فشل عدد أكبر من القطع مقارنةً بالمعيار الأول. اختر ورشة عمل تُراعي هذه المعايير الثلاثة جميعها، وستجد أن أداء القطع في الجهاز يُطابق أدائها على طاولة العمل.

FAQ

Q: هل تستطيع الأجزاء البلاستيكية المصنعة آلياً الحفاظ على الدقة المطلوبة لأدوات أشباه الموصلات؟

A: نعم، ضمن حدود معينة. يمكن تشكيل مواد PEEK وPOM وPEI بدقة ±0.01 إلى 0.02 مم في الأجزاء الثابتة عند التحكم في البرنامج والأدوات ودرجة الحرارة. أما الأجزاء البلاستيكية الرقيقة جدًا أو غير المدعومة، فتزداد فيها نسبة التفاوت والمخاطر، لذا يجب أن يُشير إليها فحص الرسم مبكرًا.

Q: ما هي التشطيبات السطحية المطلوبة لأسطح التغليف بالتفريغ؟

A: بالنسبة لأخاديد حلقات منع التسرب وحواف التفريغ، يُعدّ سطحٌ ذو خشونة سطحية تتراوح بين 0.4 و 0.8 ميكرومتر، مع خلوّه من أي خدوش تعترض مسار منع التسرب، أمرًا نموذجيًا. لكنّ قيمة الخشونة السطحية وحدها لا تكفي؛ إذ يُحدّد اتجاه علامات الأداة وخلوّها من النتوءات ما إذا كان الوصل يُحكم الإغلاق فعلاً.

Q: هل تحتاج إلى غرفة نظيفة لتصنيع أجزاء أشباه الموصلات؟

A: لا تتطلب عملية التصنيع نفسها غرفة نظيفة. المهم هو التنظيف المُحكم، والتأكد من إزالة المخلفات، والتغليف الذي يحافظ على نظافة القطعة حتى مرحلة التجميع. إذا كانت النظافة النهائية شرطًا في الرسم الهندسي، فإنها تتحقق أثناء التنظيف والتغليف، وليس في خلية التصنيع.