ما هي الرقائق الالكترونية كيف تصنع وما تأثير واسباب انعدامها؟

ما هي الرقائق الالكترونية كيف تصنع وما تأثير واسباب انعدامها؟

الرقائق الإلكترونية:

يشهد العالم بين الفينة والأخرى أحداث تكون أحيانا عاصفة في مختلف المجالات، منها السياسي والإقتصادي والصحي والتجاري والعسكري.

فقد شهد القرن العشرين أحداث عصية على النسيان تمثلت في أحداث الحرب العالمية الأولى والثانية هذا على الصعيد السياسي والعسكري.. أما على الصعيد الإقتصادي فهناك ما سمي بالكساد العظيم Great depression الذي ضرب الاقتصاد العالمي بداية من العام 1929 إلى أواخر الثلاثينات وبالتحديد إلى العام 1939 بل وإمتد إلى بداية الأربعينات.

حيث شهدت اقتصادات الدول ركودا اقتصاديا غير مسبوق انطلاقا من الولايات المتحدة الأمريكية ومنها إلى العالم برمته.

 إلى أن آتى النصف الثاني من القرن العشرين…فشهد العالم طفرة اقتصادية صناعية بفعل موارد الطاقة المكتشفة المتدفقة من الشرق الأوسط وبالذات من البلاد العربية.

ومع إنتهاء الألفية الثانية..ودخول اقتصاديات العالم آفاق جديدة في التصنيع الإلكتروني والرقمي والتحكم من بعد بمختلف الأجهزة الإلكترونية وتقنيات التكنولوجيا المتقدمة..ظهرت الحاجة لزيادة التصنيع لرقائق الذكاء الأصطناعي (الرقائق الإلكترونية) نتيجة دخولها المضطرد في مختلف مجالات الحياة الخدمية والتنموية والاقتصادية  والتقنية والتكنلوجية والدراسة والبحث العلمي.

خلال العام 2019 .. ظهر وباء اجتاح العالم أجمع انطلاقاً من الصين..مما أدى إلى توقف عجلة الإقتصاد العالمي وتعطل وإغلاق معظم الشركات والمصانع في العالم في جميع مجالات التصنيع.. نتيجة تطبيق الإجراءات الإحترازية لجائحة كورونا كوفيد 19.

وبنفس الوقت تم إغلاق شركات ومصانع إمدادات الرقائق الإلكترونية مما أدى إلى ظهور ونشوء أزمة اقتصادية جديدة..بما يسمى اليوم…بأزمة نقص إمدادات الرقائق الإلكترونية.

بكم ومعكم.. تعالوا معنا لنستعرض وإياكم مفردات موضوعنا بشيئ من التفصيل:

• ما هي الرقائق الإلكترونية؟
• ما مكونات الرقائق الإلكترونية؟
• ما عمل الرقائق الإلكترونية؟
• كيف تستخدم الرقائق الإلكترونية؟
• كيف تصنع الرقائق الإلكترونية؟
• كيف تصمم الرقائق الإلكترونية؟
• ما أسباب أزمة نقص الرقائق الإلكترونية؟
• ما الدول المنتجة للرقائق الإلكترونية؟
• متى تنتهي أزمة الرقائق الإلكترونية؟

ما هي الرقائق الإلكترونية؟

الرقائق الإلكترونية هي عبارة عن شرائح صغيرة مصنوعة من أشباه الموصلات (السليكون) مغلفة بمادة من البلاستيك أو الخزف وتحتوي على عدد من الترانزستورات ومكثفات ومقاومات ومحرض يتم من خلالها التحكم بالأجهزة الإلكترونية أو أي تقنيات تكنولوجية باختلاف مسمياتها.

 

ما هي مكونات الرقائق الإلكترونية؟

تتكون الرقائق الإلكترونية من مواد تسمى أشباه الموصلات يتم دمجها عبر دوائر متكاملة…وتكوينها يكون كالآتي:

 السيليكون:

مادة السيليكون تعتبر من أشباه الموصلات المستخرجة من رمال (السيليكا) أو (الكوارتز) أو ثاني أكسيد السيليكون من خلال صهرها ثم تبريدها للوصول بها إلى درجة النقاء العالي لتشكل سبيكة سيليكون ثم تقطيعها وتشكيلها طبقاً للتصاميم المطلوبة أو المقترحة.

 الرقاقة:

وهي عبارة عن قطعة مسطحة الشكل ذات هيكل ثلاثي الأبعاد تحتوي على العديد من طبقات الدوائر الإلكترونية المعقدة التي تعتبر بمثابة النواة للأجهزة الإلكترونية المختلفة. 

ما هو عمل الرقائق الإلكترونية؟

إن وظيفة وعمل الرقائق الإلكترونية يعتبر حيوي وهام جداً في التحكم بالأجهزة الإلكترونية الذكية بمختلف أنواعها ومجالاتها، (فالترانزستورات) تقوم بتمرير التيار الكهربائي باتجاه واحد فقط و وصل أو فصل التيار الكهربائي ، أما (المقاومات) فتقوم بتقنين الطاقة ، و(المكثفات) تقوم بتخزبن الشحنات الكهربائية، و( المحرض) يقوم بتخزين الطاقة على شكل مجال مغناطيسي في الأجهزة الإلكترونية…

من خلال ما سبق، يتضح أن الرقائق الإلكترونية متعددة الوظائف والمهام في عمل الأجهزة الإلكترونية في مختلف الصناعات الإلكترونية المعقدة والذكية.

 مجالات استخدام الرقائق الإلكترونية 

تمثل الرقائق الإلكترونية مفتاح التحكم بجميع الأجهزة الإلكترونية وتقنيات التكنولوجيا…فعلى سبيل المثال لا الحصر، تقوم الرقائق الإلكترونية بالتحكم ب :

• أجهزة السيارات
• أجهزة الحواسيب
• أجهزة الهواتف الذكية
• الكاميرات
• أجهزة الطائرات
• المركبات الفضائية
• المعدات العسكرية
• الآلات الحاسبة
• مستقبلات ومرسلات الراديو
• مستقبلات شبكة الإنترنت 
• الساعات الرقمية

وغيرها الكثير والكثير من تقنيات عالم الإلكترونيات والتكنولوجيا بإختلاف أنواعها.

صناعة الرقائق الإلكترونية

لكي يتم صناعة الرقائق الإلكترونية…يجب أن تسبقها خطوات تهيئة وتكون تواليا كما يلي:

أولاً: صناعة السيليكون:

يتم استخراج السيليكون من رمال السيليكا أو الكوارتز أو ثاني أكسيد السيليكون بنسبة  تركيز تصل إلى 95%..حيث تسخن الرمال بواسطة الكربون لإنتاج أول أكسيد الكربون والسيليكون وخلال هذه العملية يمكننا الحصول على سيليكون نقي بدرجة 99%.. أو ما يمكن أن نسميه السيليكون المعدني (MG Si) وتستمر العملية وتتكرر حتى الحصول على سيليكون أحادي الإلكترون عالي ونقي..

لكن درجة النقاء العالية للسيليكون ليست كافية، إذ لابد أن تتكون من بلورة كاملة يتم زراعتها بوضع بلورة بذرة مصغرة كي تلامس سطح خزان من السيليكون المصهور.

وعندما تتمدد ذرات السيليكون على السطح السفلي وتتطابق مع الشبكة البلورية تماماً منتجة كرة كبيرة اسطوانية الشكل يتم تقطيعها بسمك أقل من مليمتر واحد وتلميع سطحها وتشكيل حوافها.

 

ثانياً: تصميم الرقائق الإلكترونية:

خلال تصميم الرقائق الإلكترونية، لابد من مراعاة الآتي:

مواصفات حجم الرقاقة الإلكترونية

عدد الترانزستورات المطلوبة واختبارها

نماذج رمزية للترانزستورات والموصلات للتحكم بتدفق الكهرباء عبر الرقاقة الإلكترونية

صنع نماذج لكل طبقة من طبقات الرقاقة الإلكترونية (الأقنعة)

إجراء اختبارات الطاقة لوظائف الرقاقة الإلكترونية عن طريق الكمبيوتر (CAD)

 

ثالثاً: تصنيع الرقائق الإلكترونية:

في هذه المرحلة يتم:

استخدام تصميم معين لصنع الرقائق الإلكترونية بحسب الغرض المطلوب والمقترح

تشكيل ترانزستورات ذات طبقات ودوائر كهربائية متعددة على رقاقة واحدة من خلال الطباعة الليثوغرافية الضوئية

عمل المئات من المعالجات المتطابقة بدفعات على رقاقة واحدة من السيليكون

إجراء اختبارات فرز الرقاقات بواسطة الحاسب للتأكد من عملها وفقاً لمواصفات التصميم المقترح والمطلوب

رابعاً: تغليف الرقائق الإلكترونية

في هذه المرحلة يتم عمل الآتي:

تقطيع الرقائق الإلكترونية إلى قطع مفردة تسمى (يموت)

ملئ القالب بين كل ركيزة و موزع حراري ليشكل معالج كامل، حيث أن هذه المادة تعمل على حماية القالب و كذلك توفير توصيلات طاقة و كهرباء عند تركيبها على لوحة دوائر الأجهزة الإلكترونية المختلفة

 

 أسباب أزمة نقص الرقائق الإلكترونية

في الحقيقة هناك أسباب متعددة أدت إلى أزمة عالمية في الطلب على الرقائق الإلكترونية يمكن أن استعراضها بالترتيب على النحو الآتي:

صعود الجيل الخامس، مما أدى إلى زيادة الطلب على الرقائق الإلكترونية.

قرار الولايات المتحدة الأمريكية بمنع بيع أشباه الموصلات وتقنيات أخرى إلى الصين وخصوصاً شركة هواوي في إطار ما يسمى بالازمة الاقتصادية الأمريكية الصينية.

انتشار جائحة وباء كورونا كوقيد 19 ما أدى إلى توقف شركات إنتاج الرقائق الإلكترونية بمختلف الدول المنتجة لها

قيام بعض الشركات بتخزين الرقائق الإلكترونية بعد طلبها مسبقاً متوقعين شحة الحصول عليها بسبب الإغلاق المتوقع نتيجة جائحة كورونا.

الإقبال الكبير على اقتناء الأجهزة الإلكترونية مثل الحواسيب المحمولة واللوحات الإلكترونية وكاميرات الويب من قبل الأشخاص سواء كانوا موظفين أو طلاب مدارس أو جامعات خلال الحجر المنزلي المفروض قبل وأثناء حدوث جائحة وباء كورونا كوفيد 19

إغلاق الشركات المصنعة للرقائق الإلكترونية نتيجة الإجراءات الاحترازية لجائحة كورونا وبنفس الوقت زيادة الطلب عليها.

تزامن إغلاق شركات إنتاج الرقائق الإلكترونية مع حدوث العاصفة الشتوية المروعة في ولاية تكساس الأمريكية أدت إلى إغلاق مصانع أشباه الموصلات وكذلك أيضاً حدوث حريق في مصنع للرقائق الإلكترونية في اليابان…كل ذلك مجتمعا …أدى إلى تأخير وقلة إنتاج الرقائق الإلكترونية في السوق العالمية

الزيادة المهولة في تكاليف الشحن إلى عشرات أضعاف التكاليف السابقة أسهم في قلة المعروض في أسواق الرقائق الإلكترونية

أن مجال صناعة أشباه الموصلات ومنها الرقائق الإلكترونية يتطلب استثمارات ضخمة بمليارات الدولارات، كما أن بناء وتشييد مصنعاً واحداً يحتاج إلى عدة سنوات حتى يصل إلى مرحلة الإنتاج

 

صناعة السيارات وأزمة الرقائق الإلكترونية

إن عمل الآلات ومصانع للسيارات لا يمكن أن تفعل خطوط الإنتاج فيها إلا اعتماداً على وجود الرقائق الإلكترونية، وذلك للقيام بالوظائف الإلكترونية المختلفة للسيارات والتحكم بأدواتها وأجهزتها بداية من إقفال الأبواب ونظام المعلومات إلى الفرامل والأنظمة المتقدمة المساعدة للسائق….

 

بدأت أزمة الرقائق الإلكترونية في مارس 2020 عندما أجبر وباء كورونا كوفيد 19 شركات صناعة السيارات على الإغلاق وإيقاف طلبات الموردين، بالمقابل حصلت هنالك زيادة في الطلب على اقتناء الأجهزة الإلكترونية باختلاف أنواعها مثل الهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون والحواسيب المحمولة والألعاب واللوحات الإلكترونية وكأمرات الويب والأجهزة المنزلية المختلفة خلال فترة الحجر المنزلي….

هنا اتجه مصنعو الرقائق الإلكترونية نحو توجيه خطوط الإنتاج لديهم إلى إمداد صناعة الإلكترونيات وإيقاف إمدادات صناعة السيارات بالرقائق الإلكترونية المطلوبة في صناعتها…

وعندما عادت صناعة السيارات في صيف عام 2020 كانت الرقائق الإلكترونية المتطلبة في صناعة السيارات غير متوفرة…مع العلم أن الحاجة للعودة إلى صناعة أبسط الرقائق الإلكترونية للسيارات يحتاج إلى حوالي ثلاثة شهور على أقل تقدير مقارنة مع حجم الطلب الكبير لها…على الرغم من أن مجال صناعة السيارات لا يستهلك إلا حوالي 5% من عالم صناعة الرقائق الإلكترونية.

 

وبحسب التوقعات…أن الأمر قد يستغرق حتى أكتوبر 2023 للإيفاء بالطلبات من الرقائق الإلكترونية لصناعة السيارات.. مع ترجيح بعض الباحثين الآخرين إلى أن العرض العالمي للرقائق الإلكترونية لن يلحق بالطلب المتوقع حتى عام 2025

 

 الدول المنتجة للرقائق الإلكترونية

تحتل تايوان صدارة الدول المنتجة لأشباه الموصلات (الرقائق الإلكترونية) ، وذلك بنسبة تصل إلى 65% بينما تحتل كوريا الجنوبية المركز الثاني لإنتاج الرقائق الإلكترونية وبنسبة تصل إلى 18% من الإنتاج العالمي….

ثم تأتي الصين في المركز الثالث عالمياً وبنسبة تصل إلى 5% بعد أن كانت في السابق حوالي 6% ….

بعدها تأتي دول العالم مجتمعة وبنسبة تصل إلى 12% من الإنتاج العالمي للرقائق الإلكترونية…مع توقع أن تصل حجم الاستثمارات في سوق الرقائق الإلكترونية في العالم أجمع إلى 598 مليار دولار أمريكي في العام 2024 مقارنة ب 419 مليار دولار أمريكي في العام 2019

 

إنتهاء أزمة نقص الرقائق الإلكترونية

لازالت مشكلة قلة المعروض العالمي للرقائق الإلكترونية يشكل عبئا ومشكلة على رواد صناعة السيارات في العالم، حيث أنه لا يتناسب مع ازدياد الطلب العالمي لتلك الرقائق الإلكترونية…بالإضافة إلى الازمة الاخرى.

 

لذا اقتنع كثير من أرباب ورواد صناعة السيارات بأن يقوموا بأنفسهم بحل هذه المعضلة والاتجاه بدفع استثمارات ضخمة في هذا المجال الحيوي الهام….

حيث توقع تقرير صادر حديثاً عن مؤسسة الأبحاث العالمية (جاتنر) المتخصصة في أبحاث الأسواق التقنية…أن هذه الخطوة تأتي لمواجهة استمرار النقص في إمدادات الرقائق الإلكترونية وتلبية احتياجاتهم من تلك الصناعة الحيوية تماشياً مع توجه عالم صناعة السيارات نحو السيارات الكهربائية والسيارات ذاتية القيادة.