عملية الفلكنة السيليكونية هي عملية معالجة تربط بوليمرات السيليكون لتكوين شبكة مرنة ومستقرة.
في الممارسة الهندسية، لا تعتبر عملية الفلكنة لحظة واحدة، بل هي عملية تعتمد على الوقت وتتأثر بتوزيع درجة الحرارة، وحساسية التركيبة، وظروف المعالجة اللاحقة، وهندسة الجزء.
لا يسيء معظم المهندسين فهم عملية فلكنة السيليكون بسبب افتقارهم إلى النظرية.
إنهم يسيئون فهمها لأنهم يعاملونها كخاصية مادية بدلاً من كونها سلوك العملية.
على الورق، تبدو عملية الفلكنة محصورة في: درجة الحرارة، والوقت، والمحفز، وكثافة التشابك.
أثناء الإنتاج، يتمدد وينحرف ويترك بصمات لا تظهر في عينات المختبر.
تكمن المشاكل في تلك الفجوة.
الخطأ الأول: اعتبار عملية الفلكنة "مكتملة" في ديمولد
عملية إزالة القالب ليست نهاية عملية الفلكنة.
إنها ببساطة النقطة التي يصبح فيها الجزء صلباً بما يكفي للتعامل معه.
في عمليات التشكيل بالضغط والحقن، نقوم بالمعالجة إلى ثبات الشكل, وليس اكتمالاً كيميائياً. تستمر الشبكة في التطور بعد فتح القالب - خاصة في الأنظمة المعالجة بالبيروكسيد والأقسام السميكة.
كيف يبدو هذا في مرحلة الإنتاج:
- تزداد صلابة الشاطئ تدريجياً على مدى أيام
- مجموعة الضغط تتحسن أو تتفاقم الحالة تبعاً للحالة بعد العلاج.
- تتقلص الذاكرة البُعدية بعد الشحن، وليس قبل الفحص.
غالباً ما يقوم المهندسون بالتحقق من صحة الأجزاء في وقت مبكر جداً.
يقومون بالقياس بعد 24 ساعة، ويثبتون المواصفات، ثم ينتقلون إلى الخطوة التالية.
بعد ستة أشهر، لم يتطابق سلوك الحقل مع البيانات - ولا أحد يستطيع تفسير السبب.
يتم التقليل من شأن هذا الأمر لأن دورة العفن تبدو نهائية.
في الواقع، إنها مجرد الحدود الأولى.
الخطأ الثاني: افتراض أن درجة الحرارة موحدة لأن المكبس مستقر
يمكن أن يكون المكبس مستقرًا ومع ذلك ينتج عنه عملية فلكنة غير متساوية.
تؤثر كتلة فولاذ الأدوات، وعمق التجويف، وشكل القطعة، وحتى توازن قناة التوزيع، على كيفية انتقال الحرارة فعليًا عبر السيليكون. السيليكون ليس موصلًا جيدًا للحرارة، فهو يتأخر في نقلها، ويحبسها، وتتشكل تدرجات حرارية فيه بهدوء.
في الأدوات متعددة التجاويف، يظهر هذا على النحو التالي:
- تفاوت الصلابة من تجويف لآخر
- قوة تمزق غير متناسقة مع نفس المادة
- يمرر أحد التجاويف ضغطًا بينما يفشل تجويف آخر
غالباً ما يثق المهندسون بدرجة حرارة اللوح لأنها تخضع للتحكم والتسجيل.
ما لا يرونه هو التأخير الحراري داخل السيليكون نفسه.
يتم تفويت هذا الأمر لأن أخذ العينات المبكر عادة ما يفضل تجاويف الحواف.
تكشف التجاويف المركزية عن المشكلة لاحقاً - عندما تزداد الأحجام.
الخطأ الثالث: الاعتقاد بأن مدة الشفاء تتناسب طرديًا مع الزمن.
مضاعفة وقت المعالجة لا تضاعف جودة المعالجة.
في مرحلة ما، تتوقف الحرارة الإضافية عن تحسين كثافة الروابط المتشابكة وتبدأ في إحداث آثار جانبية:
- المنتجات الثانوية المتطايرة المحتجزة في طبقات سميكة
- أكسدة السطح
- الهشاشة التي تخفيها قراءات الصلابة الأولية
نرى ذلك عندما يقوم المهندسون بتمديد فترة العلاج "من باب الاحتياط".“
تجتاز الأجزاء اختبارات قصيرة المدى وتفشل في اختبارات التقادم أو الإجهاد.
إن عدم الخطية أمر مزعج.
هذا يعني أن هناك نافذة, ليس منحدرًا.
معظم الفرق تقلل من شأن هذا الأمر لأن جداول البيانات تفضل الخطية.
لا ينطبق ذلك على كيمياء السيليكون.
الخطأ الرابع: تجاهل المعالجة اللاحقة كعملية، وليس مجرد خانة اختيار
غالباً ما يتم التعامل مع مرحلة ما بعد المعالجة كما لو كانت عملية تنظيف.
في الواقع، هذا هو المكان الذي يتم فيه تحديد السلوك المادي النهائي.
يُعد تدفق الهواء، والمسافة بين القطع، وكثافة الحمولة، ومعدل التسخين عوامل مهمة. فالفرن المزدحم يُعالج المواد بشكل مختلف عن الفرن ذي الحمولة المنخفضة، حتى عند نفس نقطة الضبط.
بمرور الوقت، نرى:
- اختلافات الرائحة من دفعة إلى أخرى
- مستخلصات غير متسقة
- حالات فشل الاختبارات التنظيمية التي تبدو "عشوائية"“
يقلل المهندسون من شأن المعالجة اللاحقة لأنها تحدث بعد التشكيل، غالباً ما يكون خارج سيطرتهم المباشرة.
لكن مرحلة ما بعد المعالجة هي التي يصبح فيها السيليكون مرنًا - أو لا يصبح كذلك.
إذا لم تتم السيطرة على عملية المعالجة اللاحقة، فإن عملية الفلكنة لا تكتمل، بل يتم تأجيلها فقط.
الخطأ الخامس: افتراض أن تركيبة واحدة = سلوك فلكنة واحد
لا تتصلب مادتان لهما نفس الصلابة المذكورة في ورقة البيانات بنفس الطريقة.
نوع الحشو، وطول سلسلة البوليمر، ومحتوى المثبط، وحساسية المحفز كلها عوامل تغير مدى تسامح نافذة المعالجة أو هشاشتها.
في مرحلة الإنتاج، يظهر هذا عندما:
- يحتاج "الاستبدال المباشر" إلى وقت أطول للمعالجة
- تزداد الخردة دون وجود عيوب مرئية
- يتغير سلوك الفلاش حتى مع استخدام أدوات متطابقة
يثق المهندسون في ورقة المواصفات لأنها تبدو قابلة للمقارنة.
يلاحظ قطاع التصنيع الفرق لأن العملية تتوقف عن التصرف بنفس الطريقة.
هذا الأمر يُستهان به لأن التأهيل يركز على المخرجات، وليس حساسية العملية.
عملية الفلكنة بالسيليكون: أسئلة هندسية شائعة
هل تكتمل عملية الفلكنة بالسيليكون عند إخراج القطعة من القالب؟
لا، إن فك القالب لا يدل إلا على ثبات الشكل. قد يستمر التشابك الكيميائي لأيام أو أسابيع، خاصة في الأنظمة المعالجة بالبيروكسيد والأقسام السميكة.
لماذا تتغير صلابة السيليكون بعد الإنتاج؟
لأن عملية الفلكنة تستمر بعد التشكيل. يمكن أن يؤدي التشابك المستمر، وظروف ما بعد المعالجة، والتاريخ الحراري إلى انحراف صلابة شور ودرجة الانضغاط بمرور الوقت.
لماذا تتصرف قطع السيليكون المتطابقة بشكل مختلف عبر التجاويف؟
يتميز السيليكون بموصلية حرارية منخفضة. وتؤدي الاختلافات في موقع التجويف وكتلة الأداة وانتقال الحرارة إلى حالات معالجة غير متساوية حتى عندما تكون درجات حرارة الضغط مستقرة.
هل يؤدي وقت المعالجة الأطول دائمًا إلى تحسين أداء السيليكون؟
لا. عملية الفلكنة غير خطية. قد يؤدي وقت المعالجة المفرط إلى حبس المواد المتطايرة، أو زيادة الهشاشة، أو تقليل أداء مقاومة الإجهاد على المدى الطويل.
أين تتم عملية الفلكنة فعلياً
عملية الفلكنة ليست لحظة عابرة.
إنه مسار—من تحميل المطبعة مروراً بالمعالجة اللاحقة والتقادم والاستخدام الفعلي.
عادةً ما يتفاعل المهندسون معها في مرحلة ما.
تتعامل الصناعة مع هذا الأمر عبر الزمن.
هذا الاختلاف يفسر معظم الخلافات.
إذا تم التعامل مع عملية الفلكنة كخطوة ثابتة، فإن المشاكل تبدو غامضة.
إذا تم التعامل معها كعملية متحركة، فإن الأنماط تبدأ في التكرار - وتصبح قابلة للإدارة.
هذا هو الحد الذي لا تراه معظم الفرق إلا عندما يحدث خلل ما بهدوء، بعد أشهر.
خلاصة الهندسة
ينبغي التعامل مع عملية الفلكنة السيليكونية كسلوك عملية، وليس كثابت مادي.
عند تجاهل تقدم عملية المعالجة، والتأخر الحراري، والتباين بعد المعالجة، تظهر حالات الفشل طويلة الأمد دون أسباب جذرية واضحة.
انقر لمعرفة المزيد عن ما هي عملية الفلكنة بالسيليكون؟.
