Atualmente, a indústria global de inteligência artificial está a entrar numa fase crítica de implementação em grande escala e desenvolvimento coordenado em toda a cadeia de valor. Desde o desenvolvimento iterativo de grandes modelos generativos de IA até à transformação inteligente das indústrias em todos os setores, a IA tornou-se uma nova forma de força produtiva que impulsiona a integração profunda da economia digital e da economia real. Nesta revolução tecnológica, os chips de IA servem como os principais portadores do poder computacional, e a integridade e sofisticação da sua cadeia de abastecimento determinam significativamente os limites superiores do desenvolvimento da indústria. Como espinha dorsal fundamental da fabricação de semicondutores, novos materiais de alto desempenho desempenham um papel indispensável nos processos de produção de precisão de chips.
I. O que são chips de IA?
Os chips de IA são unidades computacionais projetadas para processar operações de IA. Ao contrário das CPUs tradicionais de uso geral, suas principais vantagens residem em seus fortes recursos de computação paralela, operações de matriz eficientes e baixo consumo de energia. Eles são capazes de executar com eficiência tarefas críticas de IA, como aprendizado de máquina, aprendizado profundo, inferência de dados e reconhecimento de imagens. Como principal plataforma de hardware para fornecer poder de computação e permitir a funcionalidade de IA, os chips de IA são um fator-chave na competição na indústria de IA.
II. Estrutura da Cadeia da Indústria de IA
A cadeia da indústria de IA é um ecossistema abrangente que abrange cenários de pesquisa e desenvolvimento de tecnologia, fabricação e aplicação. Ela é amplamente dividida em três segmentos principais: a camada fundamental upstream, a camada intermediária de fabricação e a camada de aplicação downstream.
(1) Upstream: Apoio Fundamental
A camada fundamental upstream serve como base da indústria de IA, fornecendo P&D de tecnologia e matérias-primas essenciais. Pode ser dividido em dois segmentos: primeiro, infraestrutura de hardware, que inclui máquinas de litografia, wafers de silício e servidores de computação de alto desempenho; Em segundo lugar, os serviços de dados – como a recolha e filtragem de dados – que servem de “combustível” para modelos subsequentes em grande escala.
(2) Midstream: Tecnologia e Manufatura
A camada de produção intermediária é o centro de produção da cadeia da indústria de IA e serve como um elo vital entre os setores a montante e a jusante. Ele pode ser dividido em dois segmentos principais: algoritmos e modelos e design e fabricação de chips.
1. Algoritmos e Modelos
Este campo cobre uma ampla gama de tópicos, incluindo algoritmos visuais, algoritmos de processamento de fala e métodos de aprendizado de máquina. O objetivo é fornecer à IA uma estrutura metodológica para o processamento de dados. Os modelos, por outro lado, são resultados específicos obtidos quando algoritmos aprendem com conjuntos de dados específicos. A grande tendência atual é focar em modelos de grande escala, dotando-os da capacidade de planejar, lembrar e usar ferramentas para que possam concluir tarefas complexas de forma autônoma.
2. Projeto e fabricação de chips
O design visa garantir que os chips integrem efetivamente as três áreas principais de definição de arquitetura, implementação de hardware e coordenação de software, ao mesmo tempo em que alcançam um equilíbrio ideal entre desempenho, consumo de energia e custo.
A fabricação pode ser dividida em duas etapas: fabricação e embalagem de wafer e teste:
(1) Fabricação de wafer: Este é o processo de transformação de wafers de silício de alta pureza em wafers nus com estruturas de circuito completas por meio de dezenas de processos de precisão em nanoescala, incluindo fotolitografia, gravação, deposição de filme fino, implantação de íons, limpeza e polimento. Os chips de IA exigem padrões de fabricação extremamente elevados. Os principais produtos de ponta utilizam processos avançados de 7 nm e inferiores, enquanto os produtos da próxima geração estão avançando gradualmente em direção a 3 nm e 2 nm. Isso impõe requisitos rigorosos ao ambiente de produção, à precisão do processo e à compatibilidade de materiais: as instalações de produção devem atender aos padrões de salas limpas Classe 10 a Classe 100 para evitar a contaminação de wafers por poeira microscópica e impurezas; as tolerâncias do processo devem ser controladas em nível atômico para evitar defeitos no circuito; simultaneamente, o processo de produção envolve condições de alta temperatura, alta pressão e altamente corrosivas, colocando exigências extremamente altas na resistência às intempéries e na limpeza de transportadores auxiliares, materiais de proteção e instalações de produção.
(2) Embalagem e teste: O processo de embalagem envolve principalmente corte em cubos, desbaste, colagem, moldagem e soldagem de chumbo de wafers para fornecer chips nus com um invólucro protetor, cumprindo três funções principais: proteção física, conectividade de circuito e dissipação de calor eficiente. A fase de teste abrange todo o processo – desde a fabricação pós-wafer, passando pela embalagem até a pós-embalagem – e inclui testes de sonda de wafer, testes de desempenho de chip, testes de confiabilidade e testes de consumo de energia. Equipamentos profissionais são usados para filtrar produtos não conformes, garantindo que os chips que atendam aos padrões de qualidade sejam enviados. O processo de teste de chips de IA é mais complexo e exige maior precisão; a resistência ao desgaste, as propriedades de isolamento e a precisão dos dispositivos de teste e dos componentes do suporte impactam diretamente a eficiência dos testes e a precisão dos resultados.
3.Downstream: implantação de aplicativos
A camada de aplicação downstream serve como “saída de valor” da indústria de IA, abrangendo uma gama completa de cenários, como centros de computação inteligentes, inteligência industrial, condução autônoma, cidades inteligentes, cuidados de saúde inteligentes e fintech. Ao integrar chips de IA, impulsiona a transformação inteligente de vários setores. Desde o treinamento de grandes modelos na nuvem até a inferência em dispositivos de ponta, a demanda por poder de computação está crescendo exponencialmente, impulsionando ainda mais a expansão da capacidade e as atualizações tecnológicas nos segmentos de fabricação e empacotamento e teste de wafers intermediários.
III. Aplicações de produtos de plástico e fibra de carbono na fabricação de chips AI
As condições operacionais extremamente severas na fabricação e embalagem/teste de wafers exigem materiais auxiliares de suporte para atender a critérios-chave, como resistência a altas temperaturas, alto isolamento, resistência à corrosão, baixa deformação, alta pureza, sem lixiviação de impurezas e estabilidade dimensional. Os materiais convencionais muitas vezes não conseguem satisfazer estas exigências; Taisheng fornece plásticos de alto desempenho e produtos de fibra de carbono adequados para esses padrões de produção.
1. Produtos plásticos
(1) Salas limpas: Durante todo o processo de produção – desde a produção de silício monocristalino até a fabricação e embalagem de circuitos integrados – todas as operações são conduzidas em um ambiente limpo. Os painéis para salas limpas normalmente usam materiais retardadores de chama e materiais que não geram eletricidade estática facilmente, enquanto os materiais das janelas também devem ser transparentes. Os materiais adequados incluem: PVC/PP antiestático;
(2) Anéis de retenção CMP: O polimento químico-mecânico (CMP) é um processo crítico na fabricação de wafers. Os anéis de retenção CMP usados para fixar os wafers de silício são componentes particularmente importantes que devem apresentar excelente resistência ao desgaste e à corrosão para evitar danos aos wafers. Os materiais adequados incluem PPS, PEEK e outros;
(3) Transportadores de wafer: Os transportadores de wafer comuns incluem barcos de wafer e caixas de transporte. A estabilidade do ambiente durante o transporte e armazenamento dos wafers impacta significativamente a qualidade dos wafers. Portanto, os transportadores de wafer devem possuir propriedades como resistência à temperatura, propriedades antiestáticas e baixa liberação de gases. Os materiais adequados incluem PP, PEEK, PC, PEI, etc.;
(4) Componentes como rolamentos e trilhos-guia: Os componentes do equipamento de processamento de semicondutores, como rolamentos e trilhos-guia, devem ser capazes de operar continuamente em uma ampla faixa de temperatura (de baixas a altas temperaturas), apresentar baixo desgaste e baixo atrito e manter a estabilidade dimensional. Os materiais comumente usados incluem poliimida (PI), etc.
2. Fibra de carbono
Durante o processo de fabricação do wafer, os wafers devem ser transferidos entre diferentes estações de trabalho, necessitando do uso de garfos de wafer. A fibra de carbono é uma excelente escolha de material para esses garfos. A fibra de carbono emprega um processo de impregnação e prensagem, resultando em um desempenho mais estável. Oferece resistência à tração de até 6.000 MPa, módulo de material superior a 780 GPa, amortecimento de vibrações que pode ser controlado em 4 segundos e excelente resistência às intempéries.
O desenvolvimento de alta qualidade da indústria de inteligência artificial depende de esforços coordenados em toda a cadeia industrial, e os segmentos de fabricação e embalagem e teste de wafers intermediários estão entre as áreas-chave para a implementação em larga escala da indústria. A HONY PLASTIC concentra-se em produtos de plástico e fibra de carbono de alto desempenho, fornecendo à indústria de semicondutores componentes adequados que atendam às suas necessidades em evolução.
As 5 principais aplicações dos plásticos no ciclo de produção de wafers
Ao discutir semicondutores, o tópico dos wafers – a base para a fabricação de vários chips de computador – sempre surge. À medida que a tecnologia de semicondutores continua a avançar em direção a larguras de linha menores, maior integração e estruturas mais complexas, os requisitos de qualidade para wafers – a “base” do processo – aumentam constantemente. Neste contexto, os materiais plásticos, com as suas excelentes capacidades de embalagem e transporte, tornaram-se essenciais para ligar várias etapas do processo, reduzir a contaminação e os danos mecânicos, melhorar a limpeza e aumentar o rendimento global. Vamos dar uma olhada em algumas aplicações comuns de plásticos na fabricação de semicondutores.
1. Anéis de retenção CMP
O polimento químico-mecânico (CMP) é um processo crítico na fabricação de wafers usado para alcançar a planarização global da superfície do wafer. Durante este processo, o wafer de silício deve ser mantido firmemente no lugar por um anel de retenção para garantir polimento uniforme e evitar deslocamento, evitando assim arranhões ou contaminação na superfície do wafer. Portanto, o material selecionado para este componente deve possuir resistência ao desgaste, alta estabilidade dimensional, boa resistência química e usinabilidade.
No passado, o sulfeto de polifenileno (PPS) era comumente usado para fabricar anéis de fixação; entretanto, a polieteretercetona (PEEK) e o cloreto de polivinila clorado (CPVC) estão sendo cada vez mais adotados pelos fabricantes devido à sua maior resistência mecânica, excelente estabilidade dimensional e superior resistência química e ao desgaste.
2. Portadores de wafer
Os transportadores de wafer são usados para armazenar, armazenar e transportar wafers durante o processo de fabricação. Os tipos comuns incluem transportadores de wafer de abertura frontal (FOUPs), caixas de transporte de wafer (FOSBs) e barcos de wafer. O armazenamento é responsável por uma parte significativa do ciclo de produção de wafers. Portanto, a seleção do material é crítica, pois a limpeza e as propriedades antiestáticas dos suportes impactam diretamente a qualidade dos wafers acabados.
Os materiais para transportadores de wafer devem atender a requisitos como resistência a altas temperaturas, alta resistência mecânica, baixa absorção de umidade, propriedades antiestáticas, baixa liberação de gases e baixa lixiviação. Polieteretercetona (PEEK), resina perfluoroalcóxi (PFA), polipropileno (PP), polietersulfona (PES), policarbonato (PC) e polieterimida (PEI) são materiais comuns que atendem a esses requisitos.
3. Cassetes de fotomáscara
Uma máscara fotográfica serve como padrão mestre no processo de fotolitografia, normalmente consistindo em um substrato de vidro de quartzo com um padrão cromado para bloquear a luz. Quaisquer partículas ou arranhões em sua superfície podem causar defeitos no padrão fotolitográfico. Para transferir com precisão o padrão do circuito da fotomáscara para um wafer revestido com fotorresistente, é fundamental manter a limpeza da fotomáscara.
Como recipiente de armazenamento e transporte, uma caixa de máscara fotográfica deve possuir propriedades como propriedades antiestáticas, baixa emissão de gases, alta rigidez e resistência à abrasão. A polieteretercetona (PEEK), devido à sua alta dureza, baixa geração de partículas, alta limpeza e propriedades antiestáticas, é uma excelente escolha para caixas de fotomáscaras. Ele evita efetivamente danos à máscara fotográfica causados por embaçamento, fricção ou vibração durante o armazenamento e transporte, ao mesmo tempo que proporciona um ambiente limpo com baixa emissão de gases e baixa contaminação iônica. Policarbonato antiestático (PC) também é usado, mas seu desempenho geral é ligeiramente inferior ao do PEEK.
4. Ferramentas de manuseio de wafer
Durante o processo de fabricação de wafers ou wafers de silício, ferramentas como suportes e mandris de wafers são usadas para segurar ou mover os wafers. Como essas ferramentas entram em contato direto com a superfície do wafer, é essencial evitar a formação de arranhões ou resíduos, pois podem afetar adversamente o desempenho e o rendimento do dispositivo.
Polieteretercetona (PEEK), resina perfluoroalcóxi (PFA) e polipropileno (PP) são amplamente utilizados na fabricação de ferramentas de manuseio de wafers devido à sua alta resistência ao calor, excelente resistência ao desgaste, boa estabilidade dimensional, baixas taxas de liberação de gases e absorção de umidade extremamente baixa. Esses materiais minimizam o atrito superficial e os resíduos de partículas, melhorando significativamente a limpeza e integridade da superfície do wafer.
5. Soquetes de teste de embalagem IC
Os soquetes de teste conectam chips a equipamentos de teste e são usados para verificar a funcionalidade de circuitos integrados. Diferentes tipos de circuitos integrados requerem soquetes de teste com especificações correspondentes. Os requisitos de material incluem alta estabilidade dimensional, boa resistência mecânica, baixa geração de rebarbas, longa vida útil, ampla faixa de tolerância de temperatura e boa processabilidade.
Plásticos de engenharia como PEEK, PPS, poliamida imida (PAI), poliimida (PI) e poliéter imida (PEI) são amplamente utilizados neste campo.