Actualmente, la industria global de la inteligencia artificial está entrando en una fase crítica de implementación a gran escala y desarrollo coordinado en toda la cadena de valor. Desde el desarrollo iterativo de grandes modelos de IA generativa hasta la transformación inteligente de industrias en todos los sectores, la IA se ha convertido en una nueva forma de fuerza productiva que impulsa la profunda integración de la economía digital y la economía real. En esta revolución tecnológica, los chips de IA sirven como portadores centrales de potencia informática, y la integridad y sofisticación de su cadena de suministro determinan significativamente los límites superiores del desarrollo de la industria. Como columna vertebral fundamental de la fabricación de semiconductores, los nuevos materiales de alto rendimiento desempeñan un papel indispensable en los procesos de producción de precisión de chips.
I. ¿Qué son los chips de IA?
Los chips de IA son unidades computacionales diseñadas para procesar operaciones de IA. A diferencia de las CPU tradicionales de uso general, sus ventajas clave residen en sus sólidas capacidades de computación paralela, operaciones matriciales eficientes y bajo consumo de energía. Son capaces de realizar de manera eficiente tareas críticas de IA, como aprendizaje automático, aprendizaje profundo, inferencia de datos y reconocimiento de imágenes. Como plataforma de hardware principal para brindar potencia informática y habilitar la funcionalidad de IA, los chips de IA son un factor clave en la competencia dentro de la industria de la IA.
II. Estructura de la cadena industrial de la IA
La cadena de la industria de la IA es un ecosistema integral que abarca escenarios de aplicación, investigación y desarrollo de tecnología. En términos generales, se divide en tres segmentos principales: la capa fundamental ascendente, la capa de fabricación intermedia y la capa de aplicación descendente.
(1) Upstream: apoyo fundamental
La capa fundamental ascendente sirve como base de la industria de la IA, proporcionando investigación y desarrollo tecnológico y materias primas clave. Se puede dividir a grandes rasgos en dos segmentos: primero, la infraestructura de hardware, que incluye máquinas de litografía, obleas de silicio y servidores informáticos de alto rendimiento; En segundo lugar, los servicios de datos (como la recopilación y el filtrado de datos) que sirven como “combustible” para modelos posteriores a gran escala.
(2) Midstream: Tecnología y Manufactura
La capa de fabricación intermedia es el centro de producción de la cadena industrial de IA y sirve como un vínculo vital entre los sectores ascendentes y descendentes. Se puede dividir en dos segmentos principales: algoritmos y modelos, y diseño y fabricación de chips.
1. Algoritmos y Modelos
Este campo cubre una amplia gama de temas, incluidos algoritmos visuales, algoritmos de procesamiento del habla y métodos de aprendizaje automático. El objetivo es proporcionar a la IA un marco metodológico para el procesamiento de datos. Los modelos, por otro lado, son resultados específicos obtenidos cuando los algoritmos aprenden de conjuntos de datos específicos. La principal tendencia actual es centrarse en modelos a gran escala, dotándolos de la capacidad de planificar, recordar y utilizar herramientas para que puedan completar de forma autónoma tareas complejas.
2. Diseño y fabricación de chips
El diseño tiene como objetivo garantizar que los chips integren eficazmente las tres áreas clave de definición arquitectónica, implementación de hardware y coordinación de software, al tiempo que logran un equilibrio óptimo entre rendimiento, consumo de energía y costo.
La fabricación se puede dividir a su vez en dos etapas: fabricación y envasado de obleas y pruebas:
(1) Fabricación de obleas: este es el proceso de transformar obleas de silicio de alta pureza en obleas desnudas con estructuras de circuitos completos a través de docenas de procesos de precisión a nanoescala, que incluyen fotolitografía, grabado, deposición de películas delgadas, implantación de iones, limpieza y pulido. Los chips de IA exigen estándares de fabricación extremadamente altos. Los productos convencionales de alta gama utilizan procesos avanzados de 7 nm y menos, mientras que los productos de próxima generación avanzan gradualmente hacia 3 nm y 2 nm. Esto impone requisitos estrictos sobre el entorno de producción, la precisión del proceso y la compatibilidad de los materiales: las instalaciones de producción deben cumplir con los estándares de sala limpia de Clase 10 a Clase 100 para evitar la contaminación de las obleas con polvo e impurezas microscópicas; las tolerancias del proceso deben controlarse a nivel atómico para evitar defectos en el circuito; Al mismo tiempo, el proceso de producción implica condiciones de alta temperatura, alta presión y alta corrosión, lo que impone exigencias extremadamente altas en cuanto a resistencia a la intemperie y limpieza de los soportes auxiliares, los materiales protectores y las instalaciones de producción.
(2) Embalaje y pruebas: El proceso de embalaje implica principalmente cortar en cubitos, adelgazar, unir, moldear y soldar con plomo obleas para proporcionar chips desnudos con una carcasa protectora, cumpliendo tres funciones clave: protección física, conectividad de circuitos y disipación de calor eficiente. La fase de prueba abarca todo el proceso, desde la fabricación posterior a la oblea hasta el empaque y el posempaquetado, e incluye pruebas de sonda de oblea, pruebas de rendimiento del chip, pruebas de confiabilidad y pruebas de consumo de energía. Se utiliza equipo profesional para detectar productos no conformes, garantizando que se envíen chips que cumplan con los estándares de calidad. El proceso de prueba de chips de IA es más complejo y exige mayor precisión; La resistencia al desgaste, las propiedades de aislamiento y la precisión de los accesorios de prueba y los componentes del soporte impactan directamente la eficiencia de las pruebas y la precisión de los resultados.
3.Abajo: implementación de aplicaciones
La capa de aplicaciones posteriores sirve como “salida de valor” de la industria de la IA, abarcando una gama completa de escenarios como centros de computación inteligentes, inteligencia industrial, conducción autónoma, ciudades inteligentes, atención médica inteligente y tecnología financiera. Al integrar chips de IA, impulsa la transformación inteligente de diversas industrias. Desde el entrenamiento de grandes modelos en la nube hasta la inferencia en dispositivos perimetrales, la demanda de potencia informática está creciendo exponencialmente, lo que impulsa aún más la expansión de la capacidad y las actualizaciones tecnológicas en los segmentos intermedios de fabricación, embalaje y prueba de obleas.
III. Aplicaciones de productos de plástico y fibra de carbono en la fabricación de chips de IA
Las condiciones operativas extremadamente duras en la fabricación y el embalaje/prueba de obleas requieren que los materiales auxiliares de soporte cumplan con criterios clave como resistencia a altas temperaturas, alto aislamiento, resistencia a la corrosión, baja deformación, alta pureza, ausencia de lixiviación de impurezas y estabilidad dimensional. Los materiales convencionales a menudo no cumplen con estas demandas; Taisheng ofrece plásticos de alto rendimiento y productos de fibra de carbono que son adecuados para estos estándares de producción.
1. Productos de plástico
(1) Salas blancas: durante todo el proceso de producción, desde la producción de silicio monocristalino hasta la fabricación y el embalaje de circuitos integrados, todas las operaciones se llevan a cabo en un entorno limpio. Los paneles para salas blancas suelen utilizar materiales ignífugos y materiales que no generan electricidad estática fácilmente, mientras que los materiales de las ventanas también deben ser transparentes. Los materiales adecuados incluyen: PVC/PP antiestático;
(2) Anillos de retención CMP: el pulido químico mecánico (CMP) es un proceso crítico en la fabricación de obleas. Los anillos de retención CMP utilizados para asegurar las obleas de silicio son componentes particularmente importantes que deben exhibir una excelente resistencia al desgaste y a la corrosión para evitar daños a las obleas. Los materiales adecuados incluyen PPS, PEEK y otros;
(3) Portadores de oblea: Los portadores de oblea comunes incluyen botes de oblea y cajas de transporte. La estabilidad del medio ambiente durante el transporte y almacenamiento de las obleas afecta significativamente la calidad de las obleas. Por lo tanto, los soportes de obleas deben poseer propiedades tales como resistencia a la temperatura, propiedades antiestáticas y baja desgasificación. Los materiales adecuados incluyen PP, PEEK, PC, PEI, etc.;
(4) Componentes como cojinetes y rieles guía: Los componentes de los equipos de procesamiento de semiconductores, como cojinetes y rieles guía, deben ser capaces de funcionar de manera continua en un amplio rango de temperaturas (de bajas a altas temperaturas), exhibir bajo desgaste y baja fricción, y mantener estabilidad dimensional. Los materiales comúnmente utilizados incluyen poliimida (PI), etc.
2. Fibra de carbono
Durante el proceso de fabricación de obleas, las obleas deben transferirse entre diferentes estaciones de trabajo, lo que requiere el uso de horquillas para obleas. La fibra de carbono es una excelente elección de material para estas horquillas. La fibra de carbono emplea un proceso de impregnación y prensado, lo que da como resultado un rendimiento más estable. Ofrece una resistencia a la tracción de hasta 6000 MPa, un módulo de material superior a 780 GPa, amortiguación de vibraciones que se puede controlar en 4 segundos y excelente resistencia a la intemperie.
El desarrollo de alta calidad de la industria de la inteligencia artificial depende de esfuerzos coordinados en toda la cadena industrial, y los segmentos intermedios de fabricación, embalaje y prueba de obleas se encuentran entre las áreas clave para la implementación a gran escala de la industria. HONY PLASTIC se centra en productos de plástico y fibra de carbono de alto rendimiento, proporcionando a la industria de semiconductores componentes adecuados que satisfacen sus necesidades cambiantes.
Las 5 principales aplicaciones de los plásticos en el ciclo de producción de obleas
Cuando se habla de semiconductores, siempre surge el tema de las obleas, la base para la fabricación de varios chips de computadora. A medida que la tecnología de semiconductores continúa avanzando hacia anchos de línea más pequeños, mayor integración y estructuras más complejas, los requisitos de calidad para las obleas (la “base” del proceso) aumentan constantemente. En este contexto, los materiales plásticos, con sus excelentes capacidades de embalaje y transporte, se han vuelto esenciales para conectar varios pasos del proceso, reducir la contaminación y los daños mecánicos, mejorar la limpieza y aumentar el rendimiento general. Echemos un vistazo a algunas aplicaciones comunes de los plásticos en la fabricación de semiconductores.
1. Anillos de retención CMP
El pulido químico mecánico (CMP) es un proceso crítico en la fabricación de obleas que se utiliza para lograr la planarización global de la superficie de la oblea. Durante este proceso, la oblea de silicio debe mantenerse firmemente en su lugar mediante un anillo de retención para garantizar un pulido uniforme y evitar el desplazamiento, evitando así rayones o contaminación en la superficie de la oblea. Por lo tanto, el material seleccionado para este componente debe poseer resistencia al desgaste, alta estabilidad dimensional, buena resistencia química y maquinabilidad.
En el pasado, el sulfuro de polifenileno (PPS) se utilizaba habitualmente para fabricar anillos de sujeción; sin embargo, los fabricantes adoptan cada vez más la polieteretercetona (PEEK) y el cloruro de polivinilo clorado (CPVC) debido a su mayor resistencia mecánica, excelente estabilidad dimensional y resistencia química y al desgaste superior.
2. Portadores de obleas
Los transportadores de obleas se utilizan para sostener, almacenar y transportar obleas durante el proceso de fabricación. Los tipos comunes incluyen transportadores de obleas con apertura frontal (FOUP), cajas de transporte de obleas (FOSB) y botes de obleas. El almacenamiento representa una parte importante del ciclo de producción de obleas. Por lo tanto, la selección del material es fundamental, ya que la limpieza y las propiedades antiestáticas de los soportes impactan directamente en la calidad de las obleas terminadas.
Los materiales para los soportes de obleas deben cumplir requisitos tales como resistencia a altas temperaturas, alta resistencia mecánica, baja absorción de humedad, propiedades antiestáticas, baja desgasificación y baja lixiviación. La polieteretercetona (PEEK), la resina perfluoroalcoxi (PFA), el polipropileno (PP), la polietersulfona (PES), el policarbonato (PC) y la polieterimida (PEI) son materiales comunes que cumplen con estos requisitos.
3. Casetes de fotomáscara
Una fotomáscara sirve como patrón maestro en el proceso de fotolitografía y generalmente consiste en un sustrato de vidrio de cuarzo con un patrón cromado para bloquear la luz. Cualquier partícula o rasguño en su superficie puede causar defectos en el patrón fotolitográfico. Para transferir con precisión el patrón del circuito de la fotomáscara a una oblea recubierta con fotorresistente, es fundamental mantener la limpieza de la fotomáscara.
Como contenedor de almacenamiento y transporte, una caja de fotomáscara debe poseer propiedades tales como propiedades antiestáticas, baja desgasificación, alta rigidez y resistencia a la abrasión. La polieteretercetona (PEEK), debido a su alta dureza, baja generación de partículas, alta limpieza y propiedades antiestáticas, es una excelente opción para cajas de fotomáscara. Previene eficazmente los daños a la fotomáscara causados por el empañamiento, la fricción o la vibración durante el almacenamiento y el transporte, al tiempo que proporciona un entorno limpio con baja desgasificación y baja contaminación iónica. También se utiliza policarbonato (PC) antiestático, pero su rendimiento general es ligeramente inferior al del PEEK.
4. Herramientas de manipulación de obleas
Durante el proceso de fabricación de obleas u obleas de silicio, se utilizan herramientas como soportes para obleas y mandriles para agarrar o mover las obleas. Dado que estas herramientas entran en contacto directo con la superficie de la oblea, es esencial evitar que se formen rayones o residuos, ya que pueden afectar negativamente el rendimiento y el rendimiento del dispositivo.
La polieteretercetona (PEEK), la resina perfluoroalcoxi (PFA) y el polipropileno (PP) se utilizan ampliamente en la fabricación de herramientas de manipulación de obleas debido a su alta resistencia al calor, excelente resistencia al desgaste, buena estabilidad dimensional, bajas tasas de desgasificación y absorción de humedad extremadamente baja. Estos materiales minimizan la fricción de la superficie y los residuos de partículas, lo que mejora significativamente la limpieza e integridad de la superficie de la oblea.
5. Zócalos de prueba de embalaje de circuitos integrados
Los zócalos de prueba conectan chips a equipos de prueba y se utilizan para verificar la funcionalidad de los circuitos integrados. Los diferentes tipos de circuitos integrados requieren enchufes de prueba con las especificaciones correspondientes. Los requisitos del material incluyen alta estabilidad dimensional, buena resistencia mecánica, baja generación de rebabas, larga vida útil, un amplio rango de tolerancia de temperatura y buena procesabilidad.
Los plásticos de ingeniería como PEEK, PPS, poliamida imida (PAI), poliimida (PI) y poliéter imida (PEI) se utilizan ampliamente en este campo.