Momenteel gaat de mondiale kunstmatige-intelligentie-industrie een kritieke fase in van grootschalige implementatie en gecoördineerde ontwikkeling over de gehele waardeketen. Van de iteratieve ontwikkeling van grote generatieve AI-modellen tot de intelligente transformatie van industrieën in alle sectoren: AI is een nieuwe vorm van productieve kracht geworden die de diepe integratie van de digitale economie en de reële economie aanstuurt. In deze technologische revolutie dienen AI-chips als de belangrijkste dragers van rekenkracht, en de volledigheid en verfijning van hun toeleveringsketen bepalen in belangrijke mate de bovengrenzen van de industriële ontwikkeling. Als fundamentele ruggengraat van de productie van halfgeleiders spelen hoogwaardige nieuwe materialen een onmisbare rol in de precisieproductieprocessen van chips.
I. Wat zijn AI-chips?
AI-chips zijn rekeneenheden die zijn ontworpen om AI-bewerkingen te verwerken. In tegenstelling tot traditionele CPU's voor algemeen gebruik liggen hun belangrijkste voordelen in hun sterke parallelle rekenmogelijkheden, efficiënte matrixbewerkingen en een laag stroomverbruik. Ze zijn in staat om op efficiënte wijze kritische AI-taken uit te voeren, zoals machine learning, deep learning, data-inferentie en beeldherkenning. Als het belangrijkste hardwareplatform voor het leveren van rekenkracht en het mogelijk maken van AI-functionaliteit, zijn AI-chips een sleutelfactor in de concurrentie binnen de AI-industrie.
II. Structuur van de AI-industrieketen
De AI-industrieketen is een alomvattend ecosysteem dat technologische R&D, productie- en toepassingsscenario's omvat. Het is grofweg verdeeld in drie hoofdsegmenten: de stroomopwaartse basislaag, de middenstroomproductielaag en de stroomafwaartse applicatielaag.
(1) Upstream: fundamentele ondersteuning
De stroomopwaartse fundamentele laag fungeert als de basis van de AI-industrie en levert technologische R&D en belangrijke grondstoffen. Het kan grofweg in twee segmenten worden verdeeld: ten eerste de hardware-infrastructuur, die lithografiemachines, siliciumwafels en krachtige computerservers omvat; Ten tweede datadiensten – zoals het verzamelen en filteren van data – die dienen als ‘brandstof’ voor daaropvolgende grootschalige modellen.
(2) Midstream: technologie en productie
De midstream-productielaag is het productiecentrum van de AI-industrieketen en fungeert als een essentiële schakel tussen de upstream- en downstream-sectoren. Het kan worden onderverdeeld in twee hoofdsegmenten: algoritmen en modellen, en chipontwerp en -productie.
1. Algoritmen en modellen
Dit vakgebied bestrijkt een breed scala aan onderwerpen, waaronder visuele algoritmen, algoritmen voor spraakverwerking en methoden voor machinaal leren. Het doel is om AI een methodologisch raamwerk te bieden voor het verwerken van gegevens. Modellen daarentegen zijn de specifieke resultaten die worden verkregen wanneer algoritmen leren van specifieke datasets. De huidige grote trend is om zich te concentreren op grootschalige modellen, waardoor ze de mogelijkheid krijgen om tools te plannen, te onthouden en te gebruiken, zodat ze zelfstandig complexe taken kunnen voltooien.
2. Chipontwerp en -productie
Het ontwerp heeft tot doel ervoor te zorgen dat chips de drie belangrijkste gebieden van architecturale definitie, hardware-implementatie en softwarecoördinatie effectief integreren, terwijl een optimaal evenwicht wordt bereikt tussen prestaties, energieverbruik en kosten.
De productie kan verder worden onderverdeeld in twee fasen: wafelfabricage en verpakking en testen:
(1) Waferproductie: dit is het proces waarbij siliciumwafels met een hoge zuiverheidsgraad worden omgezet in kale wafers met volledige circuitstructuren door middel van tientallen precisieprocessen op nanoschaal, waaronder fotolithografie, etsen, dunnefilmafzetting, ionenimplantatie, reiniging en polijsten. AI-chips vereisen extreem hoge productienormen. Mainstream high-end producten maken gebruik van geavanceerde processen van 7 nm en lager, terwijl producten van de volgende generatie geleidelijk opschuiven naar 3 nm en 2 nm. Dit stelt strenge eisen aan de productieomgeving, procesprecisie en materiaalcompatibiliteit: productiefaciliteiten moeten voldoen aan klasse 10 tot klasse 100 cleanroomnormen om verontreiniging van wafers door microscopisch stof en onzuiverheden te voorkomen; procestoleranties moeten op atomair niveau worden gecontroleerd om circuitdefecten te voorkomen; Tegelijkertijd omvat het productieproces omstandigheden van hoge temperatuur, hoge druk en zeer corrosieve omstandigheden, waardoor extreem hoge eisen worden gesteld aan de weersbestendigheid en netheid van hulpdragers, beschermende materialen en productiefaciliteiten.
(2) Verpakken en testen: Het verpakkingsproces omvat voornamelijk het in blokjes snijden, verdunnen, verbinden, vormen en loodsolderen van wafers om kale chips te voorzien van een beschermende behuizing, die drie sleutelfuncties vervult: fysieke bescherming, circuitconnectiviteit en efficiënte warmteafvoer. De testfase omvat het hele proces – van post-waferfabricage via verpakking tot post-verpakking – en omvat het testen van wafersondes, het testen van chipprestaties, het testen van de betrouwbaarheid en het testen van het energieverbruik. Er wordt gebruik gemaakt van professionele apparatuur om niet-conforme producten uit te sluiten, zodat de chips die aan de kwaliteitsnormen voldoen, worden verzonden. Het testproces voor AI-chips is complexer en vereist een hogere nauwkeurigheid; De slijtvastheid, isolatie-eigenschappen en nauwkeurigheid van testopstellingen en dragercomponenten hebben een directe invloed op de testefficiëntie en de nauwkeurigheid van de resultaten.
3.Downstream: applicatie-implementatie
De downstream applicatielaag fungeert als de ‘waarde-uitlaatklep’ van de AI-industrie en omvat een volledig scala aan scenario’s zoals intelligente rekencentra, industriële intelligentie, autonoom rijden, slimme steden, slimme gezondheidszorg en fintech. Door AI-chips te integreren, stimuleert het de intelligente transformatie van verschillende industrieën. Van het trainen van grote modellen in de cloud tot gevolgtrekkingen op edge-apparaten: de vraag naar rekenkracht groeit exponentieel, wat de capaciteitsuitbreiding en technologische upgrades in de midstream-waferproductie, verpakkings- en testsegmenten verder stimuleert.
III. Toepassingen van kunststof- en koolstofvezelproducten bij de productie van AI-chips
De extreem zware bedrijfsomstandigheden bij de productie en het verpakken/testen van wafers vereisen ondersteunende hulpmaterialen die voldoen aan belangrijke criteria zoals hoge temperatuurbestendigheid, hoge isolatie, corrosieweerstand, lage vervorming, hoge zuiverheid, geen uitloging van onzuiverheden en maatvastheid. Conventionele materialen voldoen vaak niet aan deze eisen; Taisheng levert hoogwaardige kunststoffen en koolstofvezelproducten die geschikt zijn voor deze productienormen.
1. Kunststofproducten
(1) Cleanrooms: Gedurende het hele productieproces – van de productie van monokristallijn silicium tot de productie van geïntegreerde schakelingen en de verpakking – worden alle activiteiten uitgevoerd in een schone omgeving. Cleanroompanelen gebruiken doorgaans vlamvertragende materialen en materialen die niet gemakkelijk statische elektriciteit opwekken, terwijl raammaterialen ook transparant moeten zijn. Geschikte materialen zijn onder meer: antistatisch PVC/PP;
(2) CMP-borgringen: Chemisch-mechanisch polijsten (CMP) is een cruciaal proces bij de productie van wafels. De CMP-vasthoudringen die worden gebruikt om siliciumwafels vast te zetten, zijn bijzonder belangrijke componenten die een uitstekende slijtvastheid en corrosieweerstand moeten vertonen om schade aan de wafels te voorkomen. Geschikte materialen omvatten PPS, PEEK en andere;
(3) Waferdragers: Gemeenschappelijke wafeldragers omvatten wafelboten en transportdozen. De stabiliteit van de omgeving tijdens het transport en de opslag van wafers heeft een aanzienlijke invloed op de kwaliteit van de wafers. Daarom moeten waferdragers eigenschappen bezitten zoals temperatuurbestendigheid, antistatische eigenschappen en lage ontgassing. Geschikte materialen zijn onder meer PP, PEEK, PC, PEI, enz.;
(4) Componenten zoals lagers en geleiderails: Componenten van halfgeleiderverwerkingsapparatuur, zoals lagers en geleiderails, moeten in staat zijn om continu te werken over een breed temperatuurbereik (van lage tot hoge temperaturen), lage slijtage en lage wrijving vertonen en de maatvastheid behouden. Veelgebruikte materialen zijn polyimide (PI), enz.
2. Koolstofvezel
Tijdens het productieproces van wafels moeten wafels tussen verschillende werkstations worden overgebracht, waardoor het gebruik van wafelvorken noodzakelijk is. Koolstofvezel is een uitstekende materiaalkeuze voor deze vorken. Koolstofvezel maakt gebruik van een impregnatie- en persproces, wat resulteert in stabielere prestaties. Het biedt een treksterkte tot 6.000 MPa, een materiaalmodulus van meer dan 780 GPa, trillingsdemping die binnen 4 seconden kan worden geregeld en een uitstekende weersbestendigheid.
De hoogwaardige ontwikkeling van de kunstmatige-intelligentie-industrie is afhankelijk van gecoördineerde inspanningen in de hele industriële keten, en de midstream-waferproductie, verpakkings- en testsegmenten behoren tot de belangrijkste gebieden voor de grootschalige implementatie van de industrie. HONY PLASTIC richt zich op hoogwaardige kunststof- en koolstofvezelproducten en voorziet de halfgeleiderindustrie van geschikte componenten die voldoen aan de veranderende behoeften.
De 5 belangrijkste toepassingen van kunststoffen in de wafelproductiecyclus
Bij het bespreken van halfgeleiders komt het onderwerp wafers – de basis voor de productie van verschillende computerchips – altijd ter sprake. Terwijl de halfgeleidertechnologie zich blijft ontwikkelen in de richting van kleinere lijnbreedtes, hogere integratie en complexere structuren, nemen de kwaliteitseisen voor wafers – de ‘basis’ van het proces – voortdurend toe. Tegen deze achtergrond zijn plastic materialen, met hun uitstekende verpakkings- en transportmogelijkheden, essentieel geworden voor het verbinden van verschillende processtappen, het verminderen van vervuiling en mechanische schade, het verbeteren van de reinheid en het verhogen van de algehele opbrengst. Laten we eens kijken naar enkele veelvoorkomende toepassingen van kunststoffen bij de productie van halfgeleiders.
1. CMP-borgringen
Chemisch-mechanisch polijsten (CMP) is een cruciaal proces bij de productie van wafels dat wordt gebruikt om globale vlakmaking van het wafeloppervlak te bereiken. Tijdens dit proces moet de siliciumwafel stevig op zijn plaats worden gehouden door een vasthoudring om uniform polijsten te garanderen en verplaatsing te voorkomen, waardoor krassen of verontreiniging op het wafeloppervlak worden vermeden. Daarom moet het materiaal dat voor dit onderdeel wordt geselecteerd, slijtvastheid, hoge maatvastheid, goede chemische bestendigheid en bewerkbaarheid bezitten.
In het verleden werd polyfenyleensulfide (PPS) vaak gebruikt om klemringen te vervaardigen; polyetheretherketon (PEEK) en gechloreerd polyvinylchloride (CPVC) worden echter steeds vaker door fabrikanten gebruikt vanwege hun hogere mechanische sterkte, uitstekende maatvastheid en superieure chemische en slijtvastheid.
2. Waferdragers
Waferdragers worden gebruikt voor het vasthouden, opslaan en transporteren van wafers tijdens het productieproces. Veel voorkomende typen zijn onder meer waferdragers met opening aan de voorzijde (FOUP's), wafertransportboxen (FOSB's) en waferboten. Opslag neemt een aanzienlijk deel van de productiecyclus van wafels voor zijn rekening. Daarom is materiaalkeuze van cruciaal belang, omdat de zuiverheid en antistatische eigenschappen van de dragers een directe invloed hebben op de kwaliteit van de afgewerkte wafels.
Materialen voor waferdragers moeten voldoen aan eisen zoals hoge temperatuurbestendigheid, hoge mechanische sterkte, lage vochtopname, antistatische eigenschappen, lage ontgassing en lage uitloging. Polyetheretherketon (PEEK), perfluoralkoxyhars (PFA), polypropyleen (PP), polyethersulfon (PES), polycarbonaat (PC) en polyetherimide (PEI) zijn allemaal gangbare materialen die aan deze eisen voldoen.
3. Fotomaskercassettes
Een fotomasker dient als patroonmaster in het fotolithografieproces, meestal bestaande uit een kwartsglassubstraat met een verchroomd patroon om licht te blokkeren. Eventuele deeltjes of krassen op het oppervlak kunnen defecten in het fotolithografische patroon veroorzaken. Om het circuitpatroon van het fotomasker nauwkeurig over te brengen op een wafer bedekt met fotoresist, is het van cruciaal belang dat het fotomasker schoon blijft.
Als opslag- en transportcontainer moet een fotomaskerdoos eigenschappen bezitten zoals antistatische eigenschappen, lage ontgassing, hoge stijfheid en slijtvastheid. Polyetheretherketon (PEEK) is vanwege zijn hoge hardheid, lage deeltjesontwikkeling, hoge zuiverheid en antistatische eigenschappen een uitstekende keuze voor fotomaskerdozen. Het voorkomt effectief schade aan het fotomasker veroorzaakt door beslaan, wrijving of trillingen tijdens opslag en transport, terwijl het zorgt voor een schone omgeving met weinig ontgassing en lage ionische verontreiniging. Er wordt ook antistatisch polycarbonaat (PC) gebruikt, maar de algehele prestaties zijn iets minder dan die van PEEK.
4. Gereedschappen voor het hanteren van wafels
Tijdens het productieproces van wafels of siliciumwafels worden gereedschappen zoals wafelhouders en klauwplaten gebruikt om de wafels vast te pakken of te verplaatsen. Omdat deze gereedschappen in direct contact komen met het waferoppervlak, is het essentieel om de vorming van krassen of resten te voorkomen, omdat deze de prestaties en opbrengst van het apparaat negatief kunnen beïnvloeden.
Polyetheretherketon (PEEK), perfluoralkoxyhars (PFA) en polypropyleen (PP) worden veel gebruikt bij de vervaardiging van gereedschappen voor het hanteren van wafels vanwege hun hoge hittebestendigheid, uitstekende slijtvastheid, goede maatvastheid, lage ontgassing en extreem lage vochtopname. Deze materialen minimaliseren oppervlaktewrijving en deeltjesresidu, waardoor de netheid en integriteit van het wafeloppervlak aanzienlijk worden verbeterd.
5. IC-verpakkingstestaansluitingen
Testsockets verbinden chips met testapparatuur en worden gebruikt om de functionaliteit van geïntegreerde schakelingen te verifiëren. Verschillende soorten geïntegreerde schakelingen vereisen testaansluitingen met overeenkomstige specificaties. Materiaalvereisten omvatten hoge maatvastheid, goede mechanische sterkte, lage braamontwikkeling, lange levensduur, een breed temperatuurtolerantiebereik en goede verwerkbaarheid.
Technische kunststoffen zoals PEEK, PPS, polyamide-imide (PAI), polyimide (PI) en polyetherimide (PEI) worden op dit gebied veel gebruikt.