현재 글로벌 인공지능 산업은 전체 가치사슬에 걸친 대규모 구현과 조화로운 개발의 중요한 단계에 진입하고 있습니다. 생성적 AI 대형 모델의 반복적 개발부터 모든 부문에 걸친 산업의 지능적 변혁에 이르기까지 AI는 디지털 경제와 실물 경제의 심층 통합을 주도하는 새로운 형태의 생산력이 되었습니다. 이러한 기술 혁명에서 AI 칩은 컴퓨팅 성능의 핵심 운반체 역할을 하며, 공급망의 완전성과 정교함이 산업 발전의 상한선을 크게 결정합니다. 반도체 제조의 기본 중추로서 고성능 신소재는 칩의 정밀 생산 공정에서 없어서는 안 될 역할을 합니다.
I. AI 칩이란 무엇입니까?
AI 칩은 AI 작업을 처리하도록 설계된 계산 장치입니다. 기존의 범용 CPU와는 달리 이 CPU의 주요 장점은 강력한 병렬 컴퓨팅 기능, 효율적인 매트릭스 작업 및 낮은 전력 소비에 있습니다. 머신러닝, 딥러닝, 데이터 추론, 이미지 인식 등 중요한 AI 작업을 효율적으로 수행할 수 있습니다. 컴퓨팅 성능을 제공하고 AI 기능을 활성화하기 위한 기본 하드웨어 플랫폼인 AI 칩은 AI 산업 내 경쟁의 핵심 요소입니다.
II. AI 산업 체인의 구조
AI 산업 체인은 기술 R&D, 제조 및 응용 시나리오를 포괄하는 포괄적인 생태계입니다. 이는 크게 업스트림 기초 계층, 미드스트림 제조 계층, 다운스트림 애플리케이션 계층의 세 가지 주요 세그먼트로 나뉩니다.
(1) 업스트림: 기초 지원
업스트림 기반 레이어는 AI 산업의 기반 역할을 하며 기술 R&D와 핵심 원자재를 제공합니다. 이는 대략 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 리소그래피 기계, 실리콘 웨이퍼 및 고성능 컴퓨팅 서버를 포함하는 하드웨어 인프라; 둘째, 후속 대규모 모델의 "연료" 역할을 하는 데이터 수집 및 필터링과 같은 데이터 서비스입니다.
(2) 미드스트림: 기술 및 제조
미드스트림 제조 계층은 AI 산업 체인의 생산 허브이며 업스트림과 다운스트림 부문 간의 중요한 연결 역할을 합니다. 이는 알고리즘과 모델, 칩 설계와 제조라는 두 가지 주요 부문으로 나눌 수 있습니다.
1. 알고리즘 및 모델
이 분야는 시각적 알고리즘, 음성 처리 알고리즘, 기계 학습 방법을 포함한 광범위한 주제를 다룹니다. 목표는 AI에게 데이터 처리를 위한 방법론적 프레임워크를 제공하는 것입니다. 반면에 모델은 알고리즘이 특정 데이터 세트에서 학습할 때 얻은 특정 결과입니다. 현재 주요 추세는 대규모 모델에 초점을 맞춰 복잡한 작업을 자율적으로 완료할 수 있도록 도구를 계획하고 기억하고 사용할 수 있는 능력을 부여하는 것입니다.
2. 칩 설계 및 제조
설계의 목표는 칩이 아키텍처 정의, 하드웨어 구현 및 소프트웨어 조정의 세 가지 주요 영역을 효과적으로 통합하는 동시에 성능, 전력 소비 및 비용 간의 최적의 균형을 달성하도록 보장하는 것입니다.
제조는 웨이퍼 제조, 패키징 및 테스트의 두 단계로 더 나눌 수 있습니다.
(1) 웨이퍼 제조 : 포토리소그래피, 에칭, 박막증착, 이온주입, 세정, 연마 등 수십 나노 규모의 정밀 공정을 거쳐 고순도 실리콘 웨이퍼를 완전한 회로 구조를 갖춘 베어 웨이퍼로 변형시키는 공정이다. AI 칩은 매우 높은 제조 표준을 요구합니다. 주류 하이엔드 제품은 7nm 이하의 첨단 공정을 활용하는 반면, 차세대 제품은 점차 3nm, 2nm로 발전하고 있습니다. 이는 생산 환경, 공정 정밀도 및 재료 호환성에 대한 엄격한 요구 사항을 제시합니다. 생산 시설은 미세한 먼지 및 불순물로 인한 웨이퍼 오염을 방지하기 위해 클래스 10 ~ 클래스 100 클린룸 표준을 충족해야 합니다. 회로 결함을 방지하려면 공정 허용 오차를 원자 수준에서 제어해야 합니다. 동시에 생산 공정에는 고온, 고압 및 부식성이 높은 조건이 포함되어 있어 내후성과 보조 캐리어, 보호재 및 생산 시설의 청결도가 매우 요구됩니다.
(2) 패키징 및 테스트: 패키징 프로세스에는 기본적으로 웨이퍼의 다이싱, 박형화, 본딩, 몰딩 및 납 납땜이 포함되어 베어 칩에 보호 케이스를 제공하고 물리적 보호, 회로 연결 및 효율적인 열 방출이라는 세 가지 주요 기능을 수행합니다. 테스트 단계는 웨이퍼 제작부터 패키징, 패키징까지 전체 프로세스를 포괄하며 웨이퍼 프로브 테스트, 칩 성능 테스트, 신뢰성 테스트 및 전력 소비 테스트를 포함합니다. 전문 장비를 사용하여 부적합 제품을 선별하여 품질 표준을 충족하는 칩이 배송되도록 합니다. AI 칩의 테스트 프로세스는 더 복잡하고 더 높은 정밀도를 요구합니다. 내마모성, 절연 특성, 테스트 픽스처 및 캐리어 구성 요소의 정확성은 테스트 효율성과 결과의 정확성에 직접적인 영향을 미칩니다.
3.다운스트림: 애플리케이션 배포
다운스트림 애플리케이션 계층은 지능형 컴퓨팅 센터, 산업 인텔리전스, 자율 주행, 스마트 도시, 스마트 헬스케어, 핀테크 등 광범위한 시나리오를 포괄하는 AI 산업의 "가치 출구" 역할을 합니다. AI 칩을 통합해 다양한 산업의 지능적 변혁을 주도한다. 클라우드의 대형 모델 훈련부터 엣지 장치의 추론에 이르기까지 컴퓨팅 성능에 대한 수요가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 미드스트림 웨이퍼 제조, 패키징 및 테스트 부문에서 용량 확장과 기술 업그레이드가 더욱 가속화되고 있습니다.
III. AI 칩 제조에 플라스틱 및 탄소섬유 제품 적용
웨이퍼 제조 및 패키징/테스트의 극도로 가혹한 작동 조건에서는 고온 저항, 높은 절연성, 내부식성, 낮은 변형, 고순도, 불순물 침출 없음, 치수 안정성과 같은 주요 기준을 충족하기 위한 지원 보조 재료가 필요합니다. 기존 재료는 이러한 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많습니다. Taisheng은 이러한 생산 표준에 적합한 고성능 플라스틱 및 탄소 섬유 제품을 제공합니다.
1. 플라스틱 제품
(1) 클린룸: 단결정 실리콘 생산부터 집적 회로 제조 및 패키징에 이르기까지 생산 공정 전반에 걸쳐 모든 작업이 깨끗한 환경에서 수행됩니다. 클린룸 패널은 일반적으로 난연성 소재와 정전기가 잘 발생하지 않는 소재를 사용하며, 창호재 역시 투명해야 합니다. 적합한 재료는 다음과 같습니다: 정전기 방지 PVC/PP;
(2) CMP 고정 링: CMP(화학 기계적 연마)는 웨이퍼 제조에서 중요한 공정입니다. 실리콘 웨이퍼를 고정하는 데 사용되는 CMP 고정 링은 웨이퍼 손상을 방지하기 위해 탁월한 내마모성과 내식성을 보여야 하는 특히 중요한 구성 요소입니다. 적합한 재료로는 PPS, PEEK 등이 있습니다.
(3) 웨이퍼 캐리어: 일반적인 웨이퍼 캐리어에는 웨이퍼 보트 및 운송 상자가 포함됩니다. 웨이퍼 운송 및 보관 중 환경의 안정성은 웨이퍼 품질에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 웨이퍼 캐리어는 내열성, 정전기 방지 특성, 낮은 가스 방출과 같은 특성을 갖추어야 합니다. 적합한 재료로는 PP, PEEK, PC, PEI 등이 있습니다.
(4) 베어링, 가이드 레일 등의 부품 : 베어링, 가이드 레일 등 반도체 공정 장비의 부품은 넓은 온도 범위(저온~고온)에서 연속 작동이 가능하고 마모 및 마찰이 적으며 치수 안정성을 유지해야 합니다. 일반적으로 사용되는 소재로는 폴리이미드(PI) 등이 있습니다.
2. 탄소섬유
웨이퍼 제조 과정에서 웨이퍼는 서로 다른 작업대 간에 이동되어야 하므로 웨이퍼 포크를 사용해야 합니다. 탄소 섬유는 이러한 포크에 탁월한 소재 선택입니다. Carbon Fiber는 함침 및 압착 공정을 채택하여 보다 안정적인 성능을 제공합니다. 최대 6,000MPa의 인장 강도, 780GPa를 초과하는 소재 모듈러스, 4초 이내에 제어할 수 있는 진동 감쇠, 탁월한 내후성을 제공합니다.
인공 지능 산업의 고품질 발전은 전체 산업 체인에 걸쳐 조정된 노력에 달려 있으며, 미드스트림 웨이퍼 제조, 패키징 및 테스트 부문은 업계의 대규모 구현을 위한 핵심 영역 중 하나입니다. HONY PLASTIC은 고성능 플라스틱 및 탄소 섬유 제품에 중점을 두고 반도체 산업의 진화하는 요구 사항을 충족하는 적합한 구성 요소를 제공합니다.
웨이퍼 생산 주기에서 플라스틱의 5가지 주요 응용 분야
반도체를 논할 때, 각종 컴퓨터 칩 제조의 기반이 되는 웨이퍼(Wafer)라는 주제가 늘 등장한다. 반도체 기술이 더 작은 선폭, 더 높은 집적도, 더 복잡한 구조로 계속 발전함에 따라 공정의 "기반"인 웨이퍼에 대한 품질 요구 사항이 지속적으로 증가하고 있습니다. 이러한 배경에서 우수한 포장 및 운송 능력을 갖춘 플라스틱 소재는 다양한 공정 단계를 연결하고, 오염 및 기계적 손상을 줄이고, 청결도를 향상시키며, 전체 수율을 높이는 데 필수적입니다. 반도체 제조에 플라스틱이 사용되는 몇 가지 일반적인 응용 분야를 살펴보겠습니다.
1. CMP 고정 링
CMP(Chemical Mechanical Polishing)는 웨이퍼 제조에서 웨이퍼 표면을 전체적으로 평탄화하는 데 사용되는 중요한 공정입니다. 이 공정 동안 실리콘 웨이퍼는 균일한 연마를 보장하고 변위를 방지하여 웨이퍼 표면의 긁힘이나 오염을 방지하기 위해 고정 링으로 제자리에 단단히 고정되어야 합니다. 따라서 이 부품에 선택된 재료는 내마모성, 높은 치수 안정성, 우수한 내화학성 및 기계 가공성을 갖추어야 합니다.
과거에는 클램핑 링 제조에 폴리페닐렌 설파이드(PPS)가 일반적으로 사용되었습니다. 그러나 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 염소화폴리염화비닐(CPVC)은 더 높은 기계적 강도, 탁월한 치수 안정성, 우수한 내화학성 및 내마모성으로 인해 제조업체에서 점점 더 많이 채택되고 있습니다.
2. 웨이퍼 캐리어
웨이퍼 캐리어는 제조 공정에서 웨이퍼를 고정, 보관 및 운반하는 데 사용됩니다. 일반적인 유형에는 전면 개방형 웨이퍼 캐리어(FOUP), 웨이퍼 운송 상자(FOSB) 및 웨이퍼 보트가 포함됩니다. 스토리지는 웨이퍼 생산 주기에서 중요한 부분을 차지합니다. 따라서 캐리어의 청결도와 정전기 방지 특성이 완성된 웨이퍼의 품질에 직접적인 영향을 미치기 때문에 재료 선택이 중요합니다.
웨이퍼 캐리어용 재료는 고온 저항, 높은 기계적 강도, 낮은 수분 흡수성, 정전기 방지 특성, 낮은 가스 방출 및 낮은 침출과 같은 요구 사항을 충족해야 합니다. 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에테르이미드(PEI)는 모두 이러한 요구 사항을 충족하는 일반적인 재료입니다.
3. 포토마스크 카세트
포토마스크는 포토리소그래피 공정에서 패턴 마스터 역할을 하며, 일반적으로 빛을 차단하는 크롬 도금 패턴이 있는 석영 유리 기판으로 구성됩니다. 표면의 입자나 긁힘은 포토리소그래피 패턴에 결함을 일으킬 수 있습니다. 포토마스크의 회로 패턴을 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼에 정확하게 전사하려면 포토마스크의 청결도를 유지하는 것이 중요합니다.
포토마스크 박스는 보관 및 운반용기로서 대전 방지성, 낮은 가스 방출, 높은 강성, 내마모성 등의 특성을 갖추어야 합니다. 폴리에테르에테르케톤(PEEK)은 높은 경도, 낮은 입자 발생, 높은 청정도 및 정전기 방지 특성으로 인해 포토마스크 박스에 탁월한 선택입니다. 보관 및 운송 중 김서림, 마찰, 진동으로 인한 포토마스크의 손상을 효과적으로 방지하며, 가스 방출이 적고 이온 오염도가 낮은 깨끗한 환경을 제공합니다. 정전기 방지 폴리카보네이트(PC)도 사용되나 전체적인 성능은 PEEK에 비해 다소 떨어진다.
4. 웨이퍼 핸들링 도구
웨이퍼나 실리콘 웨이퍼를 제조하는 과정에서 웨이퍼를 집거나 이동시키기 위해 웨이퍼 홀더, 척 등의 도구를 사용합니다. 이러한 도구는 웨이퍼 표면과 직접 접촉하기 때문에 긁힘이나 잔류물이 형성되는 것을 방지하는 것이 필수적입니다. 이는 장치 성능과 수율에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
폴리에테르에테르케톤(PEEK), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA) 및 폴리프로필렌(PP)은 높은 내열성, 우수한 내마모성, 우수한 치수 안정성, 낮은 가스 방출률 및 극히 낮은 흡습성으로 인해 웨이퍼 처리 도구 제조에 널리 사용됩니다. 이러한 재료는 표면 마찰과 입자 잔류물을 최소화하여 웨이퍼 표면 청결도와 무결성을 크게 향상시킵니다.
5. IC 패키징 테스트 소켓
테스트 소켓은 칩을 테스트 장비에 연결하고 집적 회로의 기능을 확인하는 데 사용됩니다. 다양한 유형의 집적 회로에는 해당 사양의 테스트 소켓이 필요합니다. 재료 요구 사항에는 높은 치수 안정성, 우수한 기계적 강도, 낮은 버 발생, 긴 사용 수명, 넓은 온도 허용 오차 범위 및 우수한 가공성이 포함됩니다.
PEEK, PPS, 폴리아미드 이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리에테르 이미드(PEI)와 같은 엔지니어링 플라스틱이 이 분야에서 널리 사용됩니다.