Obecnie globalna branża sztucznej inteligencji wkracza w krytyczną fazę wdrażania na dużą skalę i skoordynowanego rozwoju w całym łańcuchu wartości. Od iteracyjnego rozwoju dużych modeli generatywnej sztucznej inteligencji po inteligentną transformację branż we wszystkich sektorach, sztuczna inteligencja stała się nową formą siły produkcyjnej napędzającą głęboką integrację gospodarki cyfrowej z gospodarką realną. W tej rewolucji technologicznej chipy AI służą jako podstawowe nośniki mocy obliczeniowej, a kompletność i zaawansowanie ich łańcucha dostaw w znaczący sposób wyznaczają górne granice rozwoju branży. Nowe, wysokowydajne materiały, będące podstawą produkcji półprzewodników, odgrywają niezastąpioną rolę w precyzyjnych procesach produkcji chipów.
I. Czym są chipy AI?
Chipy AI to jednostki obliczeniowe przeznaczone do przetwarzania operacji AI. W przeciwieństwie do tradycyjnych procesorów ogólnego przeznaczenia, ich główne zalety polegają na dużych możliwościach obliczeń równoległych, wydajnym działaniu matrycy i niskim zużyciu energii. Są w stanie skutecznie wykonywać krytyczne zadania AI, takie jak uczenie maszynowe, głębokie uczenie się, wnioskowanie o danych i rozpoznawanie obrazów. Jako główna platforma sprzętowa zapewniająca moc obliczeniową i umożliwiająca funkcjonalność sztucznej inteligencji, chipy AI są kluczowym czynnikiem konkurencji w branży sztucznej inteligencji.
II. Struktura łańcucha przemysłowego AI
Łańcuch branżowy sztucznej inteligencji to kompleksowy ekosystem obejmujący badania i rozwój technologii, produkcję i scenariusze zastosowań. Jest on zasadniczo podzielony na trzy główne segmenty: górną warstwę podstawową, środkową warstwę produkcyjną i dalszą warstwę aplikacji.
(1) Wydobycie: Podstawowe wsparcie
Warstwa podstawowa wyższego szczebla stanowi podstawę przemysłu sztucznej inteligencji, zapewniając badania i rozwój technologii oraz kluczowe surowce. Można ją z grubsza podzielić na dwa segmenty: pierwszy to infrastruktura sprzętowa, która obejmuje maszyny litograficzne, płytki krzemowe i serwery obliczeniowe o wysokiej wydajności; Po drugie, usługi związane z danymi – takie jak gromadzenie i filtrowanie danych – które służą jako „paliwo” dla kolejnych wielkoskalowych modeli.
(2) Środkowy nurt: technologia i produkcja
Warstwa produkcyjna średniego szczebla jest węzłem produkcyjnym łańcucha przemysłu sztucznej inteligencji i służy jako istotne połączenie między sektorami wyższego i niższego szczebla. Można go podzielić na dwa główne segmenty: algorytmy i modele oraz projektowanie i produkcja chipów.
1. Algorytmy i modele
Dziedzina ta obejmuje szeroki zakres tematów, w tym algorytmy wizualne, algorytmy przetwarzania mowy i metody uczenia maszynowego. Celem jest zapewnienie AI ram metodologicznych do przetwarzania danych. Z drugiej strony modele to konkretne wyniki uzyskane, gdy algorytmy uczą się na podstawie określonych zbiorów danych. Obecnie głównym trendem jest koncentrowanie się na modelach wielkoskalowych, wyposażanie ich w umiejętność planowania, zapamiętywania i wykorzystywania narzędzi, aby mogły samodzielnie realizować złożone zadania.
2. Projektowanie i produkcja chipów
Celem projektu jest zapewnienie, że chipy skutecznie integrują trzy kluczowe obszary: definicję architektury, implementację sprzętu i koordynację oprogramowania, przy jednoczesnym osiągnięciu optymalnej równowagi między wydajnością, zużyciem energii i kosztami.
Produkcję można dalej podzielić na dwa etapy: wytwarzanie płytek oraz pakowanie i testowanie:
(1) Produkcja płytek: Jest to proces przekształcania płytek krzemowych o wysokiej czystości w gołe płytki z kompletną strukturą obwodów poprzez dziesiątki precyzyjnych procesów w skali nano, w tym fotolitografię, trawienie, osadzanie cienkowarstwowe, implantację jonów, czyszczenie i polerowanie. Chipy AI wymagają niezwykle wysokich standardów produkcyjnych. Wysokiej klasy produkty głównego nurtu wykorzystują zaawansowane procesy 7 nm i mniej, podczas gdy produkty nowej generacji stopniowo zbliżają się do 3 nm i 2 nm. Nakłada to rygorystyczne wymagania na środowisko produkcyjne, precyzję procesu i kompatybilność materiałów: zakłady produkcyjne muszą spełniać standardy pomieszczeń czystych od klasy 10 do klasy 100, aby zapobiec zanieczyszczeniu płytek mikroskopijnym pyłem i zanieczyszczeniami; tolerancje procesu muszą być kontrolowane na poziomie atomowym, aby zapobiec uszkodzeniom obwodów; jednocześnie proces produkcyjny przebiega w warunkach wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i wysoce korozyjnych, stawiając niezwykle wysokie wymagania w zakresie odporności na warunki atmosferyczne i czystości nośników pomocniczych, materiałów ochronnych i obiektów produkcyjnych.
(2) Pakowanie i testowanie: Proces pakowania obejmuje przede wszystkim krojenie w kostkę, przerzedzanie, łączenie, formowanie i lutowanie ołowiowe płytek w celu zapewnienia gołych chipów z obudową ochronną, spełniającą trzy kluczowe funkcje: ochronę fizyczną, łączność obwodów i wydajne odprowadzanie ciepła. Faza testowania obejmuje cały proces – od wyprodukowania płytki, poprzez pakowanie, aż po pakowanie – i obejmuje testowanie sondy płytki, testowanie wydajności chipa, testowanie niezawodności i testowanie zużycia energii. Do selekcji produktów niezgodnych z wymaganiami używany jest profesjonalny sprzęt, co zapewnia wysyłkę chipów spełniających standardy jakości. Proces testowania chipów AI jest bardziej złożony i wymaga większej precyzji; odporność na zużycie, właściwości izolacyjne i dokładność osprzętu badawczego i elementów nośnych bezpośrednio wpływają na wydajność testów i dokładność wyników.
3. Dalszy ciąg: wdrożenie aplikacji
Warstwa aplikacji niższego szczebla służy jako „wyjście wartości” branży sztucznej inteligencji, obejmując pełen zakres scenariuszy, takich jak inteligentne centra obliczeniowe, inteligencja przemysłowa, autonomiczna jazda, inteligentne miasta, inteligentna opieka zdrowotna i fintech. Integrując chipy AI, napędza inteligentną transformację różnych branż. Od szkolenia dużych modeli w chmurze po wnioskowanie na urządzeniach brzegowych — zapotrzebowanie na moc obliczeniową rośnie wykładniczo, co prowadzi do dalszego zwiększania wydajności i modernizacji technologicznych w środkowych segmentach produkcji, pakowania i testowania płytek półprzewodnikowych.
III. Zastosowania produktów z tworzyw sztucznych i włókna węglowego w produkcji chipów AI
Niezwykle trudne warunki pracy przy wytwarzaniu płytek oraz pakowaniu/testowaniu wymagają pomocniczych materiałów pomocniczych spełniających kluczowe kryteria, takie jak odporność na wysoką temperaturę, wysoka izolacja, odporność na korozję, niskie odkształcenia, wysoka czystość, brak wymywania zanieczyszczeń i stabilność wymiarowa. Konwencjonalne materiały często nie spełniają tych wymagań; Taisheng dostarcza wysokiej jakości produkty z tworzyw sztucznych i włókna węglowego, które są odpowiednie dla tych standardów produkcyjnych.
1. Produkty z tworzyw sztucznych
(1) Pomieszczenia czyste: Cały proces produkcyjny — od produkcji krzemu monokrystalicznego po produkcję i pakowanie układów scalonych — wszystkie operacje są przeprowadzane w czystym środowisku. Panele do pomieszczeń czystych zazwyczaj wykorzystują materiały ognioodporne i materiały, które nie generują łatwo elektryczności statycznej, podczas gdy materiały okienne muszą być również przezroczyste. Odpowiednie materiały obejmują: antystatyczny PVC/PP;
(2) Pierścienie ustalające CMP: Polerowanie chemiczno-mechaniczne (CMP) to krytyczny proces w produkcji płytek. Pierścienie ustalające CMP stosowane do mocowania płytek krzemowych są szczególnie ważnymi elementami, które muszą wykazywać doskonałą odporność na zużycie i korozję, aby zapobiec uszkodzeniu płytek. Odpowiednie materiały obejmują PPS, PEEK i inne;
(3) Nośniki wafli: Powszechnie stosowane nośniki wafli obejmują łódki i skrzynki transportowe. Stabilność środowiska podczas transportu i przechowywania płytek znacząco wpływa na jakość płytek. Dlatego nośniki waflowe muszą posiadać takie właściwości, jak odporność na temperaturę, właściwości antystatyczne i niskie odgazowywanie. Odpowiednie materiały obejmują PP, PEEK, PC, PEI itp.;
(4) Komponenty, takie jak łożyska i szyny prowadzące: Komponenty sprzętu do przetwarzania półprzewodników, takie jak łożyska i szyny prowadzące, muszą być zdolne do ciągłej pracy w szerokim zakresie temperatur (od niskich do wysokich temperatur), wykazywać niskie zużycie i niskie tarcie oraz utrzymywać stabilność wymiarową. Powszechnie stosowane materiały obejmują poliimid (PI) itp.
2. Włókno węglowe
Podczas procesu produkcji płytek, płytki muszą być przenoszone pomiędzy różnymi stanowiskami pracy, co wiąże się z koniecznością użycia widelców do płytek. Włókno węglowe to doskonały materiał na te widelce. Włókno węglowe wykorzystuje proces impregnacji i prasowania, co zapewnia bardziej stabilną wydajność. Oferuje wytrzymałość na rozciąganie do 6000 MPa, moduł materiału przekraczający 780 GPa, tłumienie drgań, które można kontrolować w ciągu 4 sekund, oraz doskonałą odporność na warunki atmosferyczne.
Wysokiej jakości rozwój branży sztucznej inteligencji opiera się na skoordynowanych wysiłkach w całym łańcuchu przemysłowym, a segmenty średniej produkcji, pakowania i testowania płytek należą do kluczowych obszarów wdrażania w branży na dużą skalę. HONY PLASTIC koncentruje się na wysokiej jakości produktach z tworzyw sztucznych i włókna węglowego, dostarczając przemysłowi półprzewodników odpowiednie komponenty, które spełniają jego zmieniające się potrzeby.
5 głównych zastosowań tworzyw sztucznych w cyklu produkcyjnym płytek
Kiedy mowa o półprzewodnikach, zawsze pojawia się temat płytek – podstawy produkcji różnych chipów komputerowych. W miarę ciągłego rozwoju technologii półprzewodników w kierunku mniejszych szerokości linii, większej integracji i bardziej złożonych struktur, wymagania jakościowe dotyczące płytek – „podstawy” procesu – stale rosną. W tym kontekście tworzywa sztuczne, dzięki swoim doskonałym możliwościom pakowania i transportu, stały się niezbędne do łączenia różnych etapów procesu, zmniejszania zanieczyszczeń i uszkodzeń mechanicznych, poprawy czystości i zwiększania ogólnej wydajności. Przyjrzyjmy się niektórym typowym zastosowaniom tworzyw sztucznych w produkcji półprzewodników.
1. Pierścienie ustalające CMP
Polerowanie chemiczno-mechaniczne (CMP) to krytyczny proces w produkcji płytek, stosowany w celu uzyskania globalnej planaryzacji powierzchni płytki. Podczas tego procesu płytka krzemowa musi być bezpiecznie utrzymywana na miejscu za pomocą pierścienia ustalającego, aby zapewnić równomierne polerowanie i zapobiec przemieszczeniu, unikając w ten sposób zadrapań lub zanieczyszczeń na powierzchni płytki. Dlatego materiał wybrany na ten element musi charakteryzować się odpornością na zużycie, wysoką stabilnością wymiarową, dobrą odpornością chemiczną i obrabialnością.
W przeszłości do produkcji pierścieni zaciskowych powszechnie stosowano siarczek polifenylenu (PPS). jednakże producenci coraz częściej stosują polieteroeteroketon (PEEK) i chlorowany polichlorek winylu (CPVC) ze względu na ich wyższą wytrzymałość mechaniczną, doskonałą stabilność wymiarową oraz doskonałą odporność chemiczną i odporność na zużycie.
2. Nośniki wafli
Nośniki płytek służą do przechowywania, przechowywania i transportu płytek w procesie produkcyjnym. Typowe typy obejmują otwierane od przodu nośniki wafli (FOUP), pudełka do transportu wafli (FOSB) i łódki waflowe. Magazynowanie stanowi znaczną część cyklu produkcyjnego płytek. Dlatego wybór materiału ma kluczowe znaczenie, ponieważ czystość i właściwości antystatyczne nośników bezpośrednio wpływają na jakość gotowych płytek.
Materiały na nośniki płytek muszą spełniać takie wymagania, jak odporność na wysoką temperaturę, wysoka wytrzymałość mechaniczna, niska absorpcja wilgoci, właściwości antystatyczne, niskie odgazowanie i niskie wymywanie. Polieteroeteroketon (PEEK), żywica perfluoroalkoksylowa (PFA), polipropylen (PP), polieterosulfon (PES), poliwęglan (PC) i polieteroimid (PEI) to powszechnie stosowane materiały spełniające te wymagania.
3. Kasety z fotomaskami
Fotomaska służy jako wzorcowy wzór w procesie fotolitografii i zazwyczaj składa się z podłoża ze szkła kwarcowego z chromowanym wzorem blokującym światło. Wszelkie cząsteczki lub zarysowania na jego powierzchni mogą powodować defekty wzoru fotolitograficznego. Aby dokładnie przenieść wzór obwodu z fotomaski na płytkę pokrytą fotomaską, kluczowe znaczenie ma utrzymanie czystości fotomaski.
Pudełko na fotomaskę jako pojemnik do przechowywania i transportu musi posiadać właściwości antystatyczne, niskie odgazowanie, wysoką sztywność i odporność na ścieranie. Polieteroeteroketon (PEEK) ze względu na wysoką twardość, niskie wytwarzanie cząstek, wysoką czystość i właściwości antystatyczne, jest doskonałym wyborem do pudełek na fotomaski. Skutecznie zapobiega uszkodzeniom fotomaski spowodowanym zamgleniem, tarciem lub wibracjami podczas przechowywania i transportu, zapewniając jednocześnie czyste środowisko z niskim odgazowaniem i niskim poziomem zanieczyszczeń jonowych. Stosowany jest również antystatyczny poliwęglan (PC), ale jego ogólna wydajność jest nieco gorsza niż w przypadku PEEK.
4. Narzędzia do obsługi płytek
Podczas procesu produkcji płytek lub płytek krzemowych do chwytania lub przenoszenia płytek stosuje się narzędzia, takie jak uchwyty i uchwyty do płytek. Ponieważ narzędzia te mają bezpośredni kontakt z powierzchnią płytki, istotne jest zapobieganie tworzeniu się zadrapań lub pozostałości, ponieważ mogą one niekorzystnie wpływać na wydajność i wydajność urządzenia.
Polieteroeteroketon (PEEK), żywica perfluoroalkoksylowa (PFA) i polipropylen (PP) są szeroko stosowane w produkcji narzędzi do obróbki płytek ze względu na ich wysoką odporność na ciepło, doskonałą odporność na zużycie, dobrą stabilność wymiarową, niskie szybkości odgazowania i wyjątkowo niską absorpcję wilgoci. Materiały te minimalizują tarcie powierzchniowe i pozostałości cząstek, znacznie poprawiając czystość i integralność powierzchni płytki.
5. Gniazda testowe opakowań układów scalonych
Gniazda testowe łączą chipy ze sprzętem testowym i służą do sprawdzania funkcjonalności układów scalonych. Różne typy układów scalonych wymagają gniazd testowych o odpowiednich specyfikacjach. Wymagania materiałowe obejmują wysoką stabilność wymiarową, dobrą wytrzymałość mechaniczną, niskie powstawanie zadziorów, długą żywotność, szeroki zakres tolerancji temperatur i dobrą przetwarzalność.
W tej dziedzinie szeroko stosowane są konstrukcyjne tworzywa sztuczne, takie jak PEEK, PPS, poliamid imidowy (PAI), poliimid (PI) i polieteroimidowy (PEI).