Attualmente, l’industria globale dell’intelligenza artificiale sta entrando in una fase critica di implementazione su larga scala e di sviluppo coordinato lungo l’intera catena del valore. Dallo sviluppo iterativo di grandi modelli di intelligenza artificiale generativa alla trasformazione intelligente delle industrie in tutti i settori, l’intelligenza artificiale è diventata una nuova forma di forza produttiva che guida la profonda integrazione dell’economia digitale e dell’economia reale. In questa rivoluzione tecnologica, i chip IA fungono da vettori principali della potenza di calcolo e la completezza e la sofisticatezza della loro catena di fornitura determinano in modo significativo i limiti massimi dello sviluppo del settore. Essendo la spina dorsale fondamentale della produzione di semiconduttori, i nuovi materiali ad alte prestazioni svolgono un ruolo indispensabile nei processi di produzione di precisione dei chip.
I. Cosa sono i chip AI?
I chip AI sono unità computazionali progettate per elaborare le operazioni AI. A differenza delle tradizionali CPU per uso generico, i vantaggi principali risiedono nelle potenti capacità di calcolo parallelo, nelle operazioni di matrice efficienti e nel basso consumo energetico. Sono in grado di eseguire in modo efficiente attività critiche di intelligenza artificiale come machine learning, deep learning, inferenza di dati e riconoscimento di immagini. Essendo la piattaforma hardware principale per fornire potenza di calcolo e abilitare la funzionalità dell’intelligenza artificiale, i chip AI sono un fattore chiave nella concorrenza nel settore dell’intelligenza artificiale.
II. Struttura della catena industriale dell'intelligenza artificiale
La catena industriale dell’intelligenza artificiale è un ecosistema completo che abbraccia ricerca e sviluppo tecnologico, produzione e scenari applicativi. È sostanzialmente suddiviso in tre segmenti principali: lo strato fondamentale a monte, lo strato di produzione intermedio e lo strato di applicazione a valle.
(1) A monte: supporto fondamentale
Lo strato fondamentale a monte funge da fondamento del settore dell’intelligenza artificiale, fornendo ricerca e sviluppo tecnologico e materie prime chiave. Può essere approssimativamente suddiviso in due segmenti: in primo luogo, l'infrastruttura hardware, che comprende macchine litografiche, wafer di silicio e server informatici ad alte prestazioni; In secondo luogo, i servizi dati, come la raccolta e il filtraggio dei dati, che fungono da “carburante” per i successivi modelli su larga scala.
(2) Midstream: tecnologia e produzione
Lo strato di produzione intermedio è il fulcro produttivo della catena industriale dell’IA e funge da collegamento vitale tra i settori a monte e a valle. Può essere suddiviso in due segmenti principali: algoritmi e modelli e progettazione e produzione di chip.
1. Algoritmi e modelli
Questo campo copre una vasta gamma di argomenti, inclusi algoritmi visivi, algoritmi di elaborazione vocale e metodi di apprendimento automatico. L’obiettivo è fornire all’IA un quadro metodologico per l’elaborazione dei dati. I modelli, d’altro canto, sono i risultati specifici ottenuti quando gli algoritmi apprendono da set di dati specifici. La tendenza principale attuale è quella di concentrarsi su modelli su larga scala, dotandoli della capacità di pianificare, ricordare e utilizzare strumenti in modo che possano completare autonomamente compiti complessi.
2. Progettazione e produzione di chip
La progettazione mira a garantire che i chip integrino efficacemente le tre aree chiave della definizione dell'architettura, dell'implementazione dell'hardware e del coordinamento del software, raggiungendo al tempo stesso un equilibrio ottimale tra prestazioni, consumo energetico e costi.
La produzione può essere ulteriormente suddivisa in due fasi: fabbricazione del wafer, confezionamento e test:
(1) Produzione di wafer: questo è il processo di trasformazione di wafer di silicio di elevata purezza in wafer nudi con strutture di circuito complete attraverso dozzine di processi di precisione su scala nanometrica, tra cui fotolitografia, incisione, deposizione di film sottile, impianto di ioni, pulizia e lucidatura. I chip AI richiedono standard di produzione estremamente elevati. I tradizionali prodotti di fascia alta utilizzano processi avanzati di 7 nm e inferiori, mentre i prodotti di prossima generazione stanno gradualmente avanzando verso 3 e 2 nm. Ciò impone requisiti rigorosi sull’ambiente di produzione, sulla precisione del processo e sulla compatibilità dei materiali: gli impianti di produzione devono soddisfare gli standard per camere bianche di Classe 10 e Classe 100 per prevenire la contaminazione dei wafer da polvere microscopica e impurità; le tolleranze del processo devono essere controllate a livello atomico per prevenire difetti del circuito; allo stesso tempo, il processo di produzione comporta condizioni di alta temperatura, alta pressione e altamente corrosive, che pongono requisiti estremamente elevati alla resistenza agli agenti atmosferici e alla pulizia dei supporti ausiliari, dei materiali protettivi e degli impianti di produzione.
(2) Imballaggio e test: il processo di imballaggio prevede principalmente la spezzettatura, l'assottigliamento, l'incollaggio, lo stampaggio e la saldatura al piombo dei wafer per fornire ai chip nudi un involucro protettivo, soddisfacendo tre funzioni chiave: protezione fisica, connettività del circuito ed efficiente dissipazione del calore. La fase di test abbraccia l'intero processo, dalla fabbricazione post-wafer al confezionamento successivo, e comprende test delle sonde wafer, test delle prestazioni dei chip, test di affidabilità e test del consumo energetico. Vengono utilizzate apparecchiature professionali per escludere i prodotti non conformi, garantendo che vengano spediti chip che soddisfano gli standard di qualità. Il processo di test per i chip AI è più complesso e richiede maggiore precisione; la resistenza all'usura, le proprietà di isolamento e l'accuratezza dei dispositivi di prova e dei componenti del supporto influiscono direttamente sull'efficienza dei test e sull'accuratezza dei risultati.
3.Downstream: distribuzione delle applicazioni
Il livello di applicazione a valle funge da “sbocco di valore” del settore dell’intelligenza artificiale, comprendendo una gamma completa di scenari come centri di calcolo intelligenti, intelligenza industriale, guida autonoma, città intelligenti, sanità intelligente e fintech. Integrando chip AI, guida la trasformazione intelligente di vari settori. Dall’addestramento di modelli di grandi dimensioni nel cloud all’inferenza su dispositivi edge, la domanda di potenza di calcolo sta crescendo in modo esponenziale, spingendo ulteriormente l’espansione della capacità e gli aggiornamenti tecnologici nei segmenti di produzione, confezionamento e test di wafer midstream.
III. Applicazioni di prodotti in plastica e fibra di carbonio nella produzione di chip AI
Le condizioni operative estremamente dure nella fabbricazione e nel confezionamento/test dei wafer richiedono materiali ausiliari di supporto per soddisfare criteri chiave quali resistenza alle alte temperature, elevato isolamento, resistenza alla corrosione, bassa deformazione, elevata purezza, assenza di lisciviazione di impurità e stabilità dimensionale. I materiali convenzionali spesso non riescono a soddisfare queste esigenze; Taisheng fornisce prodotti in plastica e fibra di carbonio ad alte prestazioni adatti a questi standard di produzione.
1. Prodotti in plastica
(1) Camere bianche: durante tutto il processo produttivo, dalla produzione di silicio monocristallino alla produzione e confezionamento di circuiti integrati, tutte le operazioni vengono condotte in un ambiente pulito. I pannelli per camere bianche utilizzano in genere materiali ignifughi e materiali che non generano facilmente elettricità statica, mentre anche i materiali per finestre devono essere trasparenti. I materiali idonei includono: PVC/PP antistatico;
(2) Anelli di sicurezza CMP: la lucidatura chimico-meccanica (CMP) è un processo critico nella produzione di wafer. Gli anelli di ritenzione CMP utilizzati per fissare i wafer di silicio sono componenti particolarmente importanti che devono presentare un'eccellente resistenza all'usura e alla corrosione per evitare danni ai wafer. I materiali adatti includono PPS, PEEK e altri;
(3) Supporti per wafer: i comuni supporti per wafer includono navicelle per wafer e scatole di trasporto. La stabilità dell'ambiente durante il trasporto e lo stoccaggio dei wafer ha un impatto significativo sulla qualità dei wafer. Pertanto, i supporti per wafer devono possedere proprietà quali resistenza alla temperatura, proprietà antistatiche e basso degassamento. I materiali adatti includono PP, PEEK, PC, PEI, ecc.;
(4) Componenti quali cuscinetti e binari di guida: i componenti delle apparecchiature per la lavorazione dei semiconduttori, come cuscinetti e binari di guida, devono essere in grado di funzionare ininterrottamente in un ampio intervallo di temperature (dalle basse alle alte temperature), presentare bassa usura e basso attrito e mantenere la stabilità dimensionale. I materiali comunemente usati includono poliimmide (PI), ecc.
2. Fibra di carbonio
Durante il processo di produzione dei wafer, i wafer devono essere trasferiti tra diverse postazioni di lavoro, rendendo necessario l'uso di forchette per wafer. La fibra di carbonio è una scelta di materiale eccellente per queste forcelle. La fibra di carbonio utilizza un processo di impregnazione e pressatura, che garantisce prestazioni più stabili. Offre una resistenza alla trazione fino a 6.000 MPa, un modulo del materiale superiore a 780 GPa, uno smorzamento delle vibrazioni che può essere controllato entro 4 secondi ed un'eccellente resistenza agli agenti atmosferici.
Lo sviluppo di alta qualità del settore dell’intelligenza artificiale si basa su sforzi coordinati lungo l’intera catena industriale, e i segmenti midstream di produzione, confezionamento e test dei wafer sono tra le aree chiave per l’implementazione su larga scala del settore. HONY PLASTIC si concentra su prodotti in plastica e fibra di carbonio ad alte prestazioni, fornendo all'industria dei semiconduttori componenti adeguati che soddisfano le sue esigenze in evoluzione.
Le 5 principali applicazioni della plastica nel ciclo produttivo dei wafer
Quando si parla di semiconduttori, emerge sempre il tema dei wafer, la base per la produzione di vari chip per computer. Poiché la tecnologia dei semiconduttori continua ad avanzare verso larghezze di linea più piccole, maggiore integrazione e strutture più complesse, i requisiti di qualità per i wafer, la “base” del processo, sono in costante aumento. In questo contesto, i materiali plastici, con le loro eccellenti capacità di imballaggio e trasporto, sono diventati essenziali per collegare varie fasi del processo, ridurre la contaminazione e i danni meccanici, migliorare la pulizia e aumentare la resa complessiva. Diamo un'occhiata ad alcune applicazioni comuni della plastica nella produzione di semiconduttori.
1. Anelli di sicurezza CMP
La lucidatura chimico-meccanica (CMP) è un processo critico nella produzione di wafer utilizzato per ottenere una planarizzazione globale della superficie del wafer. Durante questo processo, il wafer di silicio deve essere tenuto saldamente in posizione da un anello di ritenzione per garantire una lucidatura uniforme e impedirne lo spostamento, evitando così graffi o contaminazione sulla superficie del wafer. Pertanto, il materiale selezionato per questo componente deve possedere resistenza all'usura, elevata stabilità dimensionale, buona resistenza chimica e lavorabilità.
In passato, il polifenilene solfuro (PPS) veniva comunemente utilizzato per produrre anelli di serraggio; tuttavia, il polietereterchetone (PEEK) e il polivinilcloruro clorurato (CPVC) vengono sempre più adottati dai produttori grazie alla loro maggiore resistenza meccanica, eccellente stabilità dimensionale e resistenza chimica e all'usura superiore.
2. Portawafer
I portawafer vengono utilizzati per contenere, immagazzinare e trasportare i wafer durante il processo di produzione. I tipi comuni includono portawafer ad apertura frontale (FOUP), scatole per il trasporto di wafer (FOSB) e navicelle per wafer. Lo stoccaggio rappresenta una parte significativa del ciclo di produzione dei wafer. Pertanto, la selezione del materiale è fondamentale, poiché la pulizia e le proprietà antistatiche dei supporti influiscono direttamente sulla qualità dei wafer finiti.
I materiali per i supporti dei wafer devono soddisfare requisiti quali resistenza alle alte temperature, elevata resistenza meccanica, basso assorbimento di umidità, proprietà antistatiche, basso degassamento e bassa lisciviazione. Polietereterchetone (PEEK), resina perfluoroalcossi (PFA), polipropilene (PP), polietersulfone (PES), policarbonato (PC) e polieterimmide (PEI) sono tutti materiali comuni che soddisfano questi requisiti.
3. Cassette per fotomaschere
Una fotomaschera funge da modello principale nel processo di fotolitografia, in genere costituito da un substrato di vetro al quarzo con un motivo cromato per bloccare la luce. Eventuali particelle o graffi sulla sua superficie possono causare difetti nel modello fotolitografico. Per trasferire con precisione il modello del circuito dalla fotomaschera su un wafer rivestito con fotoresist, è fondamentale mantenere la pulizia della fotomaschera.
Come contenitore per lo stoccaggio e il trasporto, una scatola per fotomaschere deve possedere proprietà quali proprietà antistatiche, basso rilascio di gas, elevata rigidità e resistenza all'abrasione. Il polietereterchetone (PEEK), grazie alla sua elevata durezza, bassa generazione di particelle, elevata pulizia e proprietà antistatiche, è una scelta eccellente per le scatole di fotomaschere. Previene efficacemente i danni alla fotomaschera causati da appannamento, attrito o vibrazioni durante lo stoccaggio e il trasporto, fornendo al contempo un ambiente pulito con basso degassamento e bassa contaminazione ionica. Viene utilizzato anche il policarbonato antistatico (PC), ma le sue prestazioni complessive sono leggermente inferiori a quelle del PEEK.
4. Strumenti per la gestione dei wafer
Durante il processo di produzione di wafer o wafer di silicio vengono utilizzati strumenti come supporti per wafer e mandrini per afferrare o spostare i wafer. Poiché questi strumenti entrano in contatto diretto con la superficie del wafer, è fondamentale evitare la formazione di graffi o residui, che potrebbero influire negativamente sulle prestazioni e sulla resa del dispositivo.
Il polietereterchetone (PEEK), la resina perfluoroalcossi (PFA) e il polipropilene (PP) sono ampiamente utilizzati nella produzione di strumenti per la manipolazione dei wafer grazie alla loro elevata resistenza al calore, eccellente resistenza all'usura, buona stabilità dimensionale, bassi tassi di degassamento e assorbimento di umidità estremamente basso. Questi materiali riducono al minimo l'attrito superficiale e i residui di particelle, migliorando significativamente la pulizia e l'integrità della superficie del wafer.
5. Zoccoli di prova per confezionamento IC
Le prese di prova collegano i chip alle apparecchiature di prova e vengono utilizzate per verificare la funzionalità dei circuiti integrati. Diversi tipi di circuiti integrati richiedono prese di prova con specifiche corrispondenti. I requisiti dei materiali includono elevata stabilità dimensionale, buona resistenza meccanica, bassa generazione di bave, lunga durata, un ampio intervallo di tolleranza alla temperatura e buona lavorabilità.
In questo campo sono ampiamente utilizzati i materiali plastici tecnici come PEEK, PPS, poliammide immide (PAI), poliimmide (PI) e polietere immide (PEI).