حاليًا، تدخل صناعة الذكاء الاصطناعي العالمية مرحلة حرجة من التنفيذ واسع النطاق والتطوير المنسق عبر سلسلة القيمة بأكملها. ومن التطوير المتكرر للنماذج الكبيرة للذكاء الاصطناعي التوليدي إلى التحول الذكي للصناعات في جميع القطاعات، أصبح الذكاء الاصطناعي شكلاً جديدًا من أشكال القوة الإنتاجية التي تقود التكامل العميق بين الاقتصاد الرقمي والاقتصاد الحقيقي. وفي هذه الثورة التكنولوجية، تعمل رقائق الذكاء الاصطناعي باعتبارها الناقل الأساسي للقوة الحاسوبية، ويحدد اكتمال وتعقيد سلسلة التوريد الخاصة بها بشكل كبير الحدود العليا لتطوير الصناعة. باعتبارها العمود الفقري الأساسي لتصنيع أشباه الموصلات، تلعب المواد الجديدة عالية الأداء دورًا لا غنى عنه في عمليات الإنتاج الدقيقة للرقائق.
I. ما هي رقائق الذكاء الاصطناعي؟
رقائق الذكاء الاصطناعي هي وحدات حسابية مصممة لمعالجة عمليات الذكاء الاصطناعي. على عكس وحدات المعالجة المركزية التقليدية ذات الأغراض العامة، تكمن مزاياها الرئيسية في قدراتها الحاسوبية المتوازية القوية وعمليات المصفوفة الفعالة والاستهلاك المنخفض للطاقة. إنهم قادرون على أداء مهام الذكاء الاصطناعي المهمة بكفاءة مثل التعلم الآلي والتعلم العميق واستدلال البيانات والتعرف على الصور. باعتبارها منصة الأجهزة الأساسية لتوفير قوة الحوسبة وتمكين وظائف الذكاء الاصطناعي، تعد رقائق الذكاء الاصطناعي عاملاً رئيسيًا في المنافسة داخل صناعة الذكاء الاصطناعي.
ثانيا. هيكل سلسلة صناعة الذكاء الاصطناعي
تعد سلسلة صناعة الذكاء الاصطناعي نظامًا بيئيًا شاملاً يشمل البحث والتطوير التكنولوجي والتصنيع وسيناريوهات التطبيق. وهي مقسمة على نطاق واسع إلى ثلاثة أجزاء رئيسية: الطبقة التأسيسية الأولية، وطبقة التصنيع المتوسطة، وطبقة التطبيق النهائية.
(1) المنبع: الدعم التأسيسي
تعمل الطبقة التأسيسية الأولية بمثابة حجر الأساس لصناعة الذكاء الاصطناعي، حيث توفر البحث والتطوير التكنولوجي والمواد الخام الرئيسية. ويمكن تقسيمها تقريبًا إلى قسمين: الأول، البنية التحتية للأجهزة، والتي تشمل آلات الطباعة الحجرية، ورقائق السيليكون، وخوادم الحوسبة عالية الأداء؛ ثانياً، خدمات البيانات - مثل جمع البيانات وتصفيتها - التي تعمل بمثابة "الوقود" للنماذج اللاحقة واسعة النطاق.
(2) منتصف الطريق: التكنولوجيا والتصنيع
تعد طبقة التصنيع المتوسطة مركز الإنتاج لسلسلة صناعة الذكاء الاصطناعي وتعمل كحلقة وصل حيوية بين قطاعي المنبع والمصب. ويمكن تقسيمها إلى قسمين رئيسيين: الخوارزميات والنماذج، وتصميم الرقائق وتصنيعها.
1. الخوارزميات والنماذج
يغطي هذا المجال مجموعة واسعة من المواضيع، بما في ذلك الخوارزميات المرئية وخوارزميات معالجة الكلام وطرق التعلم الآلي. الهدف هو تزويد الذكاء الاصطناعي بإطار منهجي لمعالجة البيانات. ومن ناحية أخرى، فإن النماذج هي النتائج المحددة التي يتم الحصول عليها عندما تتعلم الخوارزميات من مجموعات بيانات محددة. ويتمثل الاتجاه الرئيسي الحالي في التركيز على النماذج واسعة النطاق، ومنحهم القدرة على التخطيط والتذكر واستخدام الأدوات حتى يتمكنوا من إكمال المهام المعقدة بشكل مستقل.
2. تصميم وتصنيع الرقائق
يهدف التصميم إلى التأكد من أن الرقائق تدمج بشكل فعال المجالات الرئيسية الثلاثة للتعريف المعماري، وتنفيذ الأجهزة، وتنسيق البرامج، مع تحقيق التوازن الأمثل بين الأداء واستهلاك الطاقة والتكلفة.
يمكن تقسيم التصنيع إلى مرحلتين: تصنيع الرقاقات وتعبئتها واختبارها:
(1) تصنيع الرقاقات: هذه هي عملية تحويل رقائق السيليكون عالية النقاء إلى رقائق عارية مع هياكل دائرية كاملة من خلال العشرات من العمليات الدقيقة النانوية، بما في ذلك الطباعة الحجرية الضوئية، والحفر، وترسيب الأغشية الرقيقة، وزرع الأيونات، والتنظيف، والتلميع. تتطلب رقائق الذكاء الاصطناعي معايير تصنيع عالية للغاية. تستخدم المنتجات المتطورة السائدة عمليات متقدمة تبلغ 7 نانومتر أو أقل، بينما تتقدم منتجات الجيل التالي تدريجيًا نحو 3 نانومتر و2 نانومتر. وهذا يضع متطلبات صارمة على بيئة الإنتاج، ودقة العملية، وتوافق المواد: يجب أن تستوفي مرافق الإنتاج معايير الغرف النظيفة من الفئة 10 إلى الفئة 100 لمنع تلوث الرقائق بالغبار والشوائب المجهرية؛ يجب التحكم في تفاوتات العملية على المستوى الذري لمنع عيوب الدائرة؛ في الوقت نفسه، تتضمن عملية الإنتاج درجات حرارة عالية، وضغطًا عاليًا، وظروفًا شديدة التآكل، مما يضع متطلبات عالية للغاية على مقاومة الطقس ونظافة الناقلات المساعدة، والمواد الواقية، ومرافق الإنتاج.
(2) التعبئة والتغليف والاختبار: تتضمن عملية التغليف في المقام الأول تقطيع الرقائق إلى مكعبات، وتخفيفها، وربطها، وتشكيلها، ولحامها بالرصاص لتزويد الرقائق العارية بغلاف واقي، وتحقيق ثلاث وظائف رئيسية: الحماية المادية، وتوصيل الدوائر، وتبديد الحرارة بكفاءة. تمتد مرحلة الاختبار على العملية بأكملها — بدءًا من تصنيع ما بعد الرقاقة وحتى التغليف إلى ما بعد التغليف — وتتضمن اختبار مسبار الرقاقة، واختبار أداء الرقاقة، واختبار الموثوقية، واختبار استهلاك الطاقة. يتم استخدام المعدات الاحترافية لفحص المنتجات غير المطابقة، مما يضمن شحن الرقائق التي تلبي معايير الجودة. تعتبر عملية اختبار رقائق الذكاء الاصطناعي أكثر تعقيدًا وتتطلب دقة أعلى؛ تؤثر مقاومة التآكل وخصائص العزل ودقة تركيبات الاختبار ومكونات الناقل بشكل مباشر على كفاءة الاختبار ودقة النتائج.
3. المصب: نشر التطبيق
تعمل طبقة التطبيقات النهائية بمثابة "منفذ القيمة" لصناعة الذكاء الاصطناعي، حيث تشمل مجموعة كاملة من السيناريوهات مثل مراكز الحوسبة الذكية، والذكاء الصناعي، والقيادة الذاتية، والمدن الذكية، والرعاية الصحية الذكية، والتكنولوجيا المالية. ومن خلال دمج رقائق الذكاء الاصطناعي، فإنها تقود التحول الذكي لمختلف الصناعات. بدءًا من تدريب النماذج الكبيرة في السحابة وحتى الاستدلال على الأجهزة الطرفية، يتزايد الطلب على الطاقة الحاسوبية بشكل كبير، مما يؤدي إلى زيادة توسيع القدرات والترقيات التكنولوجية في قطاعات تصنيع الرقائق والتعبئة والاختبار في منتصف الطريق.
ثالثا. تطبيقات المنتجات البلاستيكية وألياف الكربون في تصنيع شرائح الذكاء الاصطناعي
تتطلب ظروف التشغيل القاسية للغاية في تصنيع الرقائق وتعبئتها/اختبارها دعم المواد المساعدة لتلبية المعايير الرئيسية مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، والعزل العالي، ومقاومة التآكل، والتشوه المنخفض، والنقاء العالي، وعدم ترشيح الشوائب، واستقرار الأبعاد. غالبًا ما تفشل المواد التقليدية في تلبية هذه المتطلبات؛ توفر Taisheng منتجات بلاستيكية وألياف الكربون عالية الأداء مناسبة لمعايير الإنتاج هذه.
1. المنتجات البلاستيكية
(1) غرف الأبحاث: طوال عملية الإنتاج - بدءًا من إنتاج السيليكون أحادي البلورية وحتى تصنيع الدوائر المتكاملة وتعبئتها - يتم إجراء جميع العمليات في بيئة نظيفة. تستخدم ألواح الغرف النظيفة عادة مواد مثبطة للهب ومواد لا تولد الكهرباء الساكنة بسهولة، في حين يجب أن تكون مواد النوافذ شفافة أيضًا. تشمل المواد المناسبة: PVC/PP المضاد للكهرباء الساكنة؛
(2) حلقات الاحتفاظ بـ CMP: يعد التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) عملية حاسمة في تصنيع الرقاقات. تعتبر حلقات الاحتفاظ CMP المستخدمة لتأمين رقائق السيليكون مكونات مهمة بشكل خاص والتي يجب أن تظهر مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل لمنع تلف الرقائق. تشمل المواد المناسبة PPS، وPEEK، وغيرها؛
(3) ناقلات الويفر: تشمل حاملات الويفر الشائعة قوارب الويفر وصناديق النقل. يؤثر استقرار البيئة أثناء نقل الرقاقة وتخزينها بشكل كبير على جودة الرقاقة. لذلك، يجب أن تمتلك حاملات الرقاقة خصائص مثل مقاومة درجات الحرارة، وخصائص مقاومة للكهرباء الساكنة، وانخفاض إطلاق الغازات. تشمل المواد المناسبة PP، PEEK، PC، PEI، وما إلى ذلك؛
(4) مكونات مثل المحامل وقضبان التوجيه: يجب أن تكون مكونات معدات معالجة أشباه الموصلات، مثل المحامل وقضبان التوجيه، قادرة على التشغيل المستمر عبر نطاق واسع من درجات الحرارة (من درجات الحرارة المنخفضة إلى المرتفعة)، وتظهر تآكلًا منخفضًا واحتكاكًا منخفضًا، وتحافظ على استقرار الأبعاد. تشمل المواد شائعة الاستخدام مادة البوليميد (PI)، وما إلى ذلك.
2. ألياف الكربون
أثناء عملية تصنيع الرقاقات، يجب نقل الرقاقات بين محطات العمل المختلفة، مما يستلزم استخدام شوكات الرقاقات. تعتبر ألياف الكربون اختيارًا ممتازًا للمواد لهذه الشوكات. تستخدم ألياف الكربون عملية التشريب والضغط، مما يؤدي إلى أداء أكثر استقرارًا. إنه يوفر قوة شد تصل إلى 6000 ميجا باسكال، ومعامل مادة يتجاوز 780 جيجا باسكال، وتخميد اهتزاز يمكن التحكم فيه خلال 4 ثوانٍ، ومقاومة ممتازة للطقس.
يعتمد التطوير عالي الجودة لصناعة الذكاء الاصطناعي على الجهود المنسقة عبر السلسلة الصناعية بأكملها، وتعد قطاعات تصنيع وتغليف واختبار الرقائق المتوسطة من بين المجالات الرئيسية للتنفيذ على نطاق واسع في الصناعة. تركز HONY PLASTIC على المنتجات البلاستيكية وألياف الكربون عالية الأداء، مما يوفر لصناعة أشباه الموصلات مكونات مناسبة تلبي احتياجاتها المتطورة.
التطبيقات الخمسة الرئيسية للبلاستيك في دورة إنتاج الويفر
عند مناقشة أشباه الموصلات، يبرز دائمًا موضوع الرقائق - وهي الأساس لتصنيع شرائح الكمبيوتر المختلفة. ومع استمرار تكنولوجيا أشباه الموصلات في التقدم نحو خطوط عرض أصغر، وتكامل أعلى، وهياكل أكثر تعقيدًا، فإن متطلبات الجودة للرقائق - "أساس" العملية - تتزايد باستمرار. على هذه الخلفية، أصبحت المواد البلاستيكية، بما تتمتع به من قدرات ممتازة في التعبئة والتغليف والنقل، ضرورية لربط خطوات العملية المختلفة، وتقليل التلوث والأضرار الميكانيكية، وتحسين النظافة، وزيادة الإنتاج الإجمالي. دعونا نلقي نظرة على بعض التطبيقات الشائعة للبلاستيك في صناعة أشباه الموصلات.
1. حلقات الاحتفاظ CMP
يعد التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) عملية حاسمة في تصنيع الرقاقات المستخدمة لتحقيق الاستواء الشامل لسطح الرقاقة. خلال هذه العملية، يجب تثبيت رقاقة السيليكون في مكانها بشكل آمن بواسطة حلقة الاحتفاظ لضمان تلميع موحد ومنع الإزاحة، وبالتالي تجنب الخدوش أو التلوث على سطح الرقاقة. لذلك، يجب أن تتمتع المادة المختارة لهذا المكون بمقاومة التآكل، وثبات الأبعاد العالي، والمقاومة الكيميائية الجيدة، وقابلية التشغيل الآلي.
في الماضي، كان كبريتيد البولي فينيلين (PPS) يستخدم بشكل شائع لتصنيع حلقات التثبيت؛ ومع ذلك، يتم اعتماد البولي إيثر كيتون (PEEK) والبولي فينيل كلورايد المكلور (CPVC) بشكل متزايد من قبل الشركات المصنعة بسبب قوتها الميكانيكية العالية، وثبات الأبعاد الممتاز، ومقاومتها الفائقة للمواد الكيميائية والتآكل.
2. حاملات الويفر
تُستخدم حاملات الرقاقات لحمل الرقائق وتخزينها ونقلها أثناء عملية التصنيع. تشمل الأنواع الشائعة ناقلات الرقاقات ذات الفتح الأمامي (FOUPs)، وصناديق نقل الرقاقات (FOSBs)، وقوارب الويفر. يمثل التخزين جزءًا كبيرًا من دورة إنتاج الرقائق. لذلك، يعد اختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية، حيث تؤثر نظافة الحاملات وخصائصها المضادة للكهرباء الاستاتيكية بشكل مباشر على جودة الرقائق النهائية.
يجب أن تستوفي المواد المستخدمة في حاملات الرقاقات متطلبات مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، والقوة الميكانيكية العالية، وامتصاص الرطوبة المنخفض، والخصائص المضادة للكهرباء الساكنة، وانخفاض إطلاق الغازات، وانخفاض الترشيح. تعد مادة البولي إيثيريثيركيتون (PEEK)، وراتنج البيرفلوروألكوكسي (PFA)، والبولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثر سلفون (PES)، والبولي كربونات (PC)، والبولي إيثيريميد (PEI) كلها مواد شائعة تلبي هذه المتطلبات.
3. أشرطة الأقنعة الضوئية
يعمل القناع الضوئي كنموذج رئيسي في عملية الطباعة الحجرية الضوئية، ويتكون عادةً من ركيزة من زجاج الكوارتز مع نمط مطلي بالكروم لحجب الضوء. أي جزيئات أو خدوش على سطحه يمكن أن تسبب عيوبًا في نمط الطباعة الحجرية الضوئية. لنقل نمط الدائرة من النبائط بدقة إلى رقاقة مغلفة بمقاوم الضوء، فإن الحفاظ على نظافة النبائط أمر بالغ الأهمية.
كحاوية تخزين ونقل، يجب أن يمتلك صندوق القناع الضوئي خصائص مثل الخصائص المضادة للكهرباء الساكنة، وانخفاض إطلاق الغازات، والصلابة العالية، ومقاومة التآكل. يعد Polyethetherketone (PEEK)، نظرًا لصلابته العالية، وتوليد جزيئاته المنخفض، ونظافته العالية، وخصائصه المضادة للكهرباء الساكنة، خيارًا ممتازًا لصناديق الأقنعة الضوئية. إنه يمنع بشكل فعال تلف قناع الضوء الناتج عن الضباب، أو الاحتكاك، أو الاهتزاز أثناء التخزين والنقل، مع توفير بيئة نظيفة مع انخفاض إطلاق الغازات والتلوث الأيوني المنخفض. يتم أيضًا استخدام البولي كربونات المضاد للكهرباء الساكنة (PC)، لكن أدائه العام أقل قليلاً من أداء PEEK.
4. أدوات التعامل مع الرقاقات
أثناء عملية تصنيع الرقائق أو رقائق السيليكون، يتم استخدام أدوات مثل حاملات الرقاقات وخراطيش الإمساك بالرقائق أو تحريكها. نظرًا لأن هذه الأدوات تتلامس بشكل مباشر مع سطح الرقاقة، فمن الضروري منع تكون الخدوش أو البقايا، حيث يمكن أن يؤثر ذلك سلبًا على أداء الجهاز وإنتاجيته.
يتم استخدام البولي إيثرثركيتون (PEEK)، وراتنج البيرفلوروألكوكسي (PFA)، والبولي بروبيلين (PP) على نطاق واسع في تصنيع أدوات معالجة الرقاقات نظرًا لمقاومتها العالية للحرارة، ومقاومة التآكل الممتازة، واستقرار الأبعاد الجيد، وانخفاض معدلات إطلاق الغازات، وامتصاص الرطوبة المنخفض للغاية. تعمل هذه المواد على تقليل احتكاك السطح وبقايا الجسيمات، مما يحسن بشكل كبير نظافة سطح الرقاقة وسلامتها.
5. مآخذ اختبار التعبئة والتغليف IC
تقوم مآخذ الاختبار بتوصيل الرقائق بمعدات الاختبار وتستخدم للتحقق من وظائف الدوائر المتكاملة. تتطلب الأنواع المختلفة من الدوائر المتكاملة مآخذ اختبار ذات مواصفات مقابلة. تشتمل متطلبات المواد على ثبات عالي الأبعاد، وقوة ميكانيكية جيدة، وتوليد نتوءات منخفضة، وعمر خدمة طويل، ونطاق واسع لتحمل درجات الحرارة، وقابلية معالجة جيدة.
تُستخدم اللدائن الهندسية مثل PEEK وPPS وبولي أميد إيميد (PAI) وبوليميد (PI) وبولي إيثر إيميد (PEI) على نطاق واسع في هذا المجال.