Actuellement, l’industrie mondiale de l’intelligence artificielle entre dans une phase critique de mise en œuvre à grande échelle et de développement coordonné sur l’ensemble de la chaîne de valeur. Du développement itératif de grands modèles d’IA générative à la transformation intelligente des industries dans tous les secteurs, l’IA est devenue une nouvelle forme de force productive qui conduit à une intégration profonde de l’économie numérique et de l’économie réelle. Dans cette révolution technologique, les puces d’IA constituent les principaux vecteurs de puissance de calcul, et l’exhaustivité et la sophistication de leur chaîne d’approvisionnement déterminent de manière significative les limites supérieures du développement de l’industrie. En tant qu’épine dorsale fondamentale de la fabrication de semi-conducteurs, les nouveaux matériaux hautes performances jouent un rôle indispensable dans les processus de production de précision des puces.
I. Que sont les puces IA ?
Les puces IA sont des unités de calcul conçues pour traiter les opérations de l'IA. Contrairement aux processeurs à usage général traditionnels, leurs principaux avantages résident dans leurs fortes capacités de calcul parallèle, leurs opérations matricielles efficaces et leur faible consommation d'énergie. Ils sont capables d’effectuer efficacement des tâches critiques d’IA telles que l’apprentissage automatique, l’apprentissage profond, l’inférence de données et la reconnaissance d’images. En tant que principale plate-forme matérielle permettant de fournir de la puissance de calcul et de permettre les fonctionnalités de l'IA, les puces IA sont un facteur clé dans la concurrence au sein du secteur de l'IA.
II. Structure de la chaîne industrielle de l’IA
La chaîne industrielle de l’IA est un écosystème complet couvrant la R&D technologique, la fabrication et les scénarios d’application. Il est globalement divisé en trois segments principaux : la couche fondamentale en amont, la couche de fabrication intermédiaire et la couche d'application en aval.
(1) En amont : Support fondamental
La couche fondamentale en amont sert de fondement à l’industrie de l’IA, fournissant la R&D technologique et les matières premières clés. Elle peut être grossièrement divisée en deux segments : premièrement, l'infrastructure matérielle, qui comprend les machines de lithographie, les tranches de silicium et les serveurs de calcul haute performance ; Deuxièmement, les services de données, tels que la collecte et le filtrage des données, qui servent de « carburant » aux modèles ultérieurs à grande échelle.
(2) Midstream : technologie et fabrication
La couche manufacturière intermédiaire est le centre de production de la chaîne industrielle de l’IA et constitue un lien vital entre les secteurs en amont et en aval. Il peut être divisé en deux segments principaux : les algorithmes et les modèles, ainsi que la conception et la fabrication de puces.
1. Algorithmes et modèles
Ce domaine couvre un large éventail de sujets, notamment les algorithmes visuels, les algorithmes de traitement de la parole et les méthodes d'apprentissage automatique. L’objectif est de doter l’IA d’un cadre méthodologique pour le traitement des données. Les modèles, quant à eux, sont les résultats spécifiques obtenus lorsque les algorithmes apprennent à partir d’ensembles de données spécifiques. La grande tendance actuelle est de se concentrer sur les modèles à grande échelle, en leur donnant la capacité de planifier, de mémoriser et d’utiliser des outils afin qu’ils puissent accomplir de manière autonome des tâches complexes.
2. Conception et fabrication de puces
La conception vise à garantir que les puces intègrent efficacement les trois domaines clés que sont la définition architecturale, la mise en œuvre matérielle et la coordination logicielle, tout en atteignant un équilibre optimal entre performances, consommation d'énergie et coût.
La fabrication peut être divisée en deux étapes : la fabrication de la plaquette, son conditionnement et ses tests :
(1) Fabrication de plaquettes : il s'agit du processus de transformation de plaquettes de silicium de haute pureté en plaquettes nues avec des structures de circuits complètes grâce à des dizaines de processus de précision à l'échelle nanométrique, notamment la photolithographie, la gravure, le dépôt de couches minces, l'implantation ionique, le nettoyage et le polissage. Les puces IA exigent des normes de fabrication extrêmement élevées. Les produits haut de gamme grand public utilisent des processus avancés de 7 nm et moins, tandis que les produits de nouvelle génération progressent progressivement vers 3 nm et 2 nm. Cela impose des exigences strictes en matière d'environnement de production, de précision des processus et de compatibilité des matériaux : les installations de production doivent répondre aux normes de salle blanche de classe 10 à classe 100 pour éviter la contamination des plaquettes par des poussières et impuretés microscopiques ; les tolérances du processus doivent être contrôlées au niveau atomique pour éviter les défauts du circuit ; simultanément, le processus de production implique des conditions de température, de pression et de corrosion élevées, imposant des exigences extrêmement élevées en matière de résistance aux intempéries et de propreté des supports auxiliaires, des matériaux de protection et des installations de production.
(2) Emballage et tests : le processus d'emballage implique principalement le découpage, l'amincissement, le collage, le moulage et le brasage au plomb de tranches pour fournir aux puces nues un boîtier de protection, remplissant trois fonctions clés : protection physique, connectivité des circuits et dissipation thermique efficace. La phase de test couvre l'ensemble du processus, depuis la fabrication de la plaquette jusqu'au post-emballage, en passant par l'emballage, et comprend les tests de sonde de plaquette, les tests de performances des puces, les tests de fiabilité et les tests de consommation d'énergie. Un équipement professionnel est utilisé pour filtrer les produits non conformes, garantissant ainsi que les puces répondant aux normes de qualité sont expédiées. Le processus de test des puces IA est plus complexe et exige une plus grande précision ; la résistance à l'usure, les propriétés d'isolation et la précision des montages de test et des composants de support ont un impact direct sur l'efficacité des tests et la précision des résultats.
3.En aval : déploiement d'applications
La couche d'application en aval sert de « débouché de valeur » à l'industrie de l'IA, englobant une gamme complète de scénarios tels que les centres informatiques intelligents, l'intelligence industrielle, la conduite autonome, les villes intelligentes, les soins de santé intelligents et la fintech. En intégrant des puces IA, il favorise la transformation intelligente de diverses industries. De la formation de grands modèles dans le cloud à l'inférence sur les appareils de pointe, la demande en puissance de calcul augmente de façon exponentielle, ce qui stimule davantage l'expansion des capacités et les mises à niveau technologiques dans les segments intermédiaires de la fabrication, du conditionnement et des tests de plaquettes.
III. Applications des produits en plastique et en fibre de carbone dans la fabrication de puces IA
Les conditions de fonctionnement extrêmement difficiles dans la fabrication et le conditionnement/les tests des plaquettes nécessitent que des matériaux auxiliaires de support répondent à des critères clés tels que la résistance aux températures élevées, l'isolation élevée, la résistance à la corrosion, la faible déformation, la haute pureté, l'absence de lixiviation d'impuretés et la stabilité dimensionnelle. Les matériaux conventionnels ne parviennent souvent pas à répondre à ces exigences ; Taisheng fournit des produits en plastique et en fibre de carbone haute performance adaptés à ces normes de production.
1. Produits en plastique
(1) Salles blanches : tout au long du processus de production, de la production de silicium monocristallin à la fabrication et au conditionnement des circuits intégrés, toutes les opérations sont menées dans un environnement propre. Les panneaux des salles blanches utilisent généralement des matériaux ignifuges et des matériaux qui ne génèrent pas facilement d'électricité statique, tandis que les matériaux des fenêtres doivent également être transparents. Les matériaux appropriés incluent : PVC/PP antistatique ;
(2) Anneaux de retenue CMP : Le polissage chimico-mécanique (CMP) est un processus critique dans la fabrication de plaquettes. Les anneaux de retenue CMP utilisés pour fixer les tranches de silicium sont des composants particulièrement importants qui doivent présenter une excellente résistance à l'usure et à la corrosion pour éviter d'endommager les tranches. Les matériaux appropriés incluent le PPS, le PEEK et autres ;
(3) Transporteurs de plaquettes : les transporteurs de plaquettes courants comprennent les bateaux à plaquettes et les boîtes de transport. La stabilité de l’environnement pendant le transport et le stockage des plaquettes a un impact significatif sur la qualité des plaquettes. Par conséquent, les supports de tranches doivent posséder des propriétés telles que la résistance à la température, des propriétés antistatiques et un faible dégazage. Les matériaux appropriés incluent le PP, le PEEK, le PC, le PEI, etc. ;
(4) Composants tels que les roulements et les rails de guidage : les composants des équipements de traitement des semi-conducteurs, tels que les roulements et les rails de guidage, doivent être capables de fonctionner en continu sur une large plage de températures (de basses à hautes températures), présenter une faible usure et un faible frottement, et maintenir une stabilité dimensionnelle. Les matériaux couramment utilisés incluent le polyimide (PI), etc.
2. Fibre de carbone
Au cours du processus de fabrication des plaquettes, les plaquettes doivent être transférées entre différents postes de travail, ce qui nécessite l'utilisation de fourchettes à plaquettes. La fibre de carbone est un excellent choix de matériau pour ces fourches. La fibre de carbone utilise un processus d'imprégnation et de pressage, ce qui permet d'obtenir des performances plus stables. Il offre une résistance à la traction allant jusqu'à 6 000 MPa, un module de matériau supérieur à 780 GPa, un amortissement des vibrations contrôlable en 4 secondes et une excellente résistance aux intempéries.
Le développement de haute qualité de l'industrie de l'intelligence artificielle repose sur des efforts coordonnés tout au long de la chaîne industrielle, et les segments intermédiaires de fabrication, de conditionnement et de test de plaquettes comptent parmi les domaines clés pour la mise en œuvre à grande échelle de l'industrie. HONY PLASTIC se concentre sur les produits en plastique et en fibre de carbone haute performance, fournissant à l'industrie des semi-conducteurs des composants adaptés qui répondent à ses besoins changeants.
Les 5 applications majeures des plastiques dans le cycle de production des plaquettes
Lorsqu’on parle de semi-conducteurs, le sujet des plaquettes – la base de la fabrication de diverses puces informatiques – revient toujours. Alors que la technologie des semi-conducteurs continue de progresser vers des largeurs de ligne plus petites, une intégration plus élevée et des structures plus complexes, les exigences de qualité pour les tranches – la « base » du processus – augmentent constamment. Dans ce contexte, les matériaux plastiques, avec leurs excellentes capacités d’emballage et de transport, sont devenus essentiels pour relier les différentes étapes du processus, réduire la contamination et les dommages mécaniques, améliorer la propreté et augmenter le rendement global. Jetons un coup d'œil à quelques applications courantes des plastiques dans la fabrication de semi-conducteurs.
1. Circlips CMP
Le polissage chimico-mécanique (CMP) est un processus critique dans la fabrication de plaquettes utilisé pour obtenir une planarisation globale de la surface de la plaquette. Au cours de ce processus, la plaquette de silicium doit être solidement maintenue en place par une bague de retenue pour assurer un polissage uniforme et empêcher tout déplacement, évitant ainsi les rayures ou la contamination sur la surface de la plaquette. Par conséquent, le matériau sélectionné pour ce composant doit posséder une résistance à l’usure, une stabilité dimensionnelle élevée, une bonne résistance chimique et une usinabilité.
Dans le passé, le sulfure de polyphénylène (PPS) était couramment utilisé pour fabriquer des anneaux de serrage ; cependant, le polyétheréthercétone (PEEK) et le chlorure de polyvinyle chloré (CPVC) sont de plus en plus adoptés par les fabricants en raison de leur résistance mécanique supérieure, de leur excellente stabilité dimensionnelle et de leur résistance supérieure aux produits chimiques et à l'usure.
2. Supports de plaquettes
Les supports de plaquettes sont utilisés pour contenir, stocker et transporter les plaquettes pendant le processus de fabrication. Les types courants incluent les supports de plaquettes à ouverture frontale (FOUP), les boîtes de transport de plaquettes (FOSB) et les bateaux à plaquettes. Le stockage représente une part importante du cycle de production des plaquettes. Par conséquent, le choix des matériaux est essentiel, car la propreté et les propriétés antistatiques des supports ont un impact direct sur la qualité des tranches finies.
Les matériaux destinés aux supports de plaquettes doivent répondre à des exigences telles qu'une résistance aux températures élevées, une résistance mécanique élevée, une faible absorption d'humidité, des propriétés antistatiques, un faible dégazage et une faible lixiviation. Le polyétheréthercétone (PEEK), la résine perfluoroalcoxy (PFA), le polypropylène (PP), le polyéthersulfone (PES), le polycarbonate (PC) et le polyétherimide (PEI) sont tous des matériaux courants qui répondent à ces exigences.
3. Cassettes de photomasques
Un photomasque sert de modèle principal dans le processus de photolithographie, généralement constitué d'un substrat en verre de quartz avec un motif chromé pour bloquer la lumière. Toute particule ou rayure sur sa surface peut provoquer des défauts dans le motif photolithographique. Pour transférer avec précision le motif du circuit du photomasque sur une tranche recouverte de résine photosensible, il est essentiel de maintenir la propreté du photomasque.
En tant que conteneur de stockage et de transport, une boîte de photomasque doit posséder des propriétés telles que des propriétés antistatiques, un faible dégazage, une rigidité élevée et une résistance à l'abrasion. Le polyétheréthercétone (PEEK), en raison de sa dureté élevée, de sa faible génération de particules, de sa propreté élevée et de ses propriétés antistatiques, est un excellent choix pour les boîtes de photomasques. Il prévient efficacement les dommages au photomasque causés par la buée, la friction ou les vibrations pendant le stockage et le transport, tout en fournissant un environnement propre avec un faible dégazage et une faible contamination ionique. Le polycarbonate antistatique (PC) est également utilisé, mais ses performances globales sont légèrement inférieures à celles du PEEK.
4. Outils de manipulation des plaquettes
Au cours du processus de fabrication de tranches ou de tranches de silicium, des outils tels que des supports de tranches et des mandrins sont utilisés pour saisir ou déplacer les tranches. Étant donné que ces outils entrent en contact direct avec la surface de la tranche, il est essentiel d'éviter la formation de rayures ou de résidus, car ceux-ci peuvent nuire aux performances et au rendement du dispositif.
Le polyétheréthercétone (PEEK), la résine perfluoroalcoxy (PFA) et le polypropylène (PP) sont largement utilisés dans la fabrication d'outils de manipulation de plaquettes en raison de leur résistance élevée à la chaleur, de leur excellente résistance à l'usure, de leur bonne stabilité dimensionnelle, de leurs faibles taux de dégazage et de leur absorption d'humidité extrêmement faible. Ces matériaux minimisent la friction de surface et les résidus de particules, améliorant ainsi considérablement la propreté et l'intégrité de la surface des plaquettes.
5. Prises de test d'emballage IC
Les prises de test connectent les puces aux équipements de test et sont utilisées pour vérifier la fonctionnalité des circuits intégrés. Différents types de circuits intégrés nécessitent des prises de test avec les spécifications correspondantes. Les exigences matérielles comprennent une stabilité dimensionnelle élevée, une bonne résistance mécanique, une faible génération de bavures, une longue durée de vie, une large plage de tolérance de température et une bonne aptitude au traitement.
Les plastiques techniques tels que le PEEK, le PPS, le polyamide imide (PAI), le polyimide (PI) et le polyéther imide (PEI) sont largement utilisés dans ce domaine.