För närvarande går den globala industrin för artificiell intelligens in i en kritisk fas av storskalig implementering och samordnad utveckling över hela värdekedjan. Från den iterativa utvecklingen av stora generativa AI-modeller till intelligent omvandling av industrier inom alla sektorer, har AI blivit en ny form av produktiv kraft som driver den djupa integrationen av den digitala ekonomin och den reala ekonomin. I denna tekniska revolution fungerar AI-chips som bärare av datorkraft, och fullständigheten och sofistikeringen av deras försörjningskedja bestämmer avsevärt de övre gränserna för industriutveckling. Som den grundläggande ryggraden i halvledartillverkning spelar nya högpresterande material en oumbärlig roll i precisionsproduktionsprocesserna för chips.
I. Vad är AI-chips?
AI-chips är beräkningsenheter utformade för att bearbeta AI-operationer. Till skillnad från traditionella processorer för allmänna ändamål ligger deras främsta fördelar i deras starka parallella beräkningsmöjligheter, effektiva matrisoperationer och låga energiförbrukning. De kan effektivt utföra kritiska AI-uppgifter som maskininlärning, djupinlärning, datainferens och bildigenkänning. Som den primära hårdvaruplattformen för att leverera datorkraft och möjliggöra AI-funktionalitet är AI-chips en nyckelfaktor i konkurrensen inom AI-branschen.
II. Struktur för AI-industrikedjan
AI-industrikedjan är ett omfattande ekosystem som spänner över teknisk FoU, tillverkning och tillämpningsscenarier. Det är i stort sett uppdelat i tre huvudsegment: grundskiktet uppströms, tillverkningsskiktet i mitten och applikationsskiktet nedströms.
(1) Uppströms: Grundläggande stöd
Grundlagret uppströms fungerar som grunden för AI-industrin och tillhandahåller teknisk FoU och viktiga råvaror. Det kan grovt delas in i två segment: för det första hårdvaruinfrastruktur, som inkluderar litografimaskiner, kiselwafers och högpresterande datorservrar; För det andra, datatjänster – såsom datainsamling och filtrering – som fungerar som "bränsle" för efterföljande storskaliga modeller.
(2) Midstream: Teknik och tillverkning
Tillverkningsskiktet i mitten är produktionsnavet i AI-industrikedjan och fungerar som en viktig länk mellan uppströms- och nedströmssektorerna. Det kan delas in i två huvudsegment: algoritmer och modeller samt chipdesign och tillverkning.
1. Algoritmer och modeller
Det här fältet täcker ett brett spektrum av ämnen, inklusive visuella algoritmer, talbehandlingsalgoritmer och metoder för maskininlärning. Målet är att förse AI med ett metodiskt ramverk för att bearbeta data. Modeller, å andra sidan, är de specifika resultat som erhålls när algoritmer lär sig från specifika datamängder. Den nuvarande stora trenden är att fokusera på storskaliga modeller, vilket ger dem förmågan att planera, komma ihåg och använda verktyg så att de självständigt kan utföra komplexa uppgifter.
2. Chipdesign och tillverkning
Design syftar till att säkerställa att chips effektivt integrerar de tre nyckelområdena arkitektonisk definition, hårdvaruimplementering och mjukvarukoordinering, samtidigt som man uppnår en optimal balans mellan prestanda, strömförbrukning och kostnad.
Tillverkningen kan ytterligare delas in i två steg: wafertillverkning och förpackning och testning:
(1) Wafer Manufacturing: Detta är processen att omvandla kiselwafers med hög renhet till kala wafers med kompletta kretsstrukturer genom dussintals nanoskala precisionsprocesser, inklusive fotolitografi, etsning, tunnfilmsavsättning, jonimplantation, rengöring och polering. AI-chips kräver extremt höga tillverkningsstandarder. Mainstream avancerade produkter använder avancerade processer på 7 nm och lägre, medan nästa generations produkter gradvis avancerar mot 3 nm och 2 nm. Detta ställer stränga krav på produktionsmiljö, processprecision och materialkompatibilitet: produktionsanläggningar måste uppfylla klass 10 till klass 100 renrumsstandarder för att förhindra kontaminering av wafers av mikroskopiskt damm och föroreningar; processtoleranser måste kontrolleras på atomnivå för att förhindra kretsdefekter; Samtidigt involverar produktionsprocessen höga temperaturer, högt tryck och mycket korrosiva förhållanden, vilket ställer extremt höga krav på väderbeständighet och renhet hos hjälpbärare, skyddsmaterial och produktionsanläggningar.
(2) Förpackning och testning: Förpackningsprocessen innefattar i första hand tärning, förtunning, limning, gjutning och blylödning av wafers för att förse nakna chips med ett skyddande hölje, som uppfyller tre nyckelfunktioner: fysiskt skydd, kretsanslutning och effektiv värmeavledning. Testfasen sträcker sig över hela processen – från tillverkning efter wafer via förpackning till efterpackning – och inkluderar testning av wafersond, test av chipprestanda, tillförlitlighetstestning och strömförbrukningstestning. Professionell utrustning används för att sålla bort produkter som inte uppfyller kraven, vilket säkerställer att chips som uppfyller kvalitetsstandarder skickas. Testprocessen för AI-chips är mer komplex och kräver högre precision; slitstyrkan, isoleringsegenskaperna och noggrannheten hos testfixturer och bärarkomponenter påverkar direkt testningseffektiviteten och resultatens noggrannhet.
3.Nedströms: Application Deployment
Applikationsskiktet nedströms fungerar som "värdeutloppet" för AI-industrin, och omfattar en hel rad scenarier som intelligenta datorcenter, industriell intelligens, autonom körning, smarta städer, smart hälsovård och fintech. Genom att integrera AI-chips driver den den intelligenta omvandlingen av olika industrier. Från att träna stora modeller i molnet till slutsatser om edge-enheter, efterfrågan på datorkraft växer exponentiellt, vilket driver ytterligare på kapacitetsexpansion och tekniska uppgraderingar i midstream-wafertillverkning och -paketering och testsegment.
III. Tillämpningar av plast- och kolfiberprodukter inom AI-chiptillverkning
De extremt hårda driftsförhållandena vid wafertillverkning och förpackning/testning kräver stödjande hjälpmaterial för att uppfylla nyckelkriterier som högtemperaturbeständighet, hög isolering, korrosionsbeständighet, låg deformation, hög renhet, ingen föroreningsläckning och dimensionsstabilitet. Konventionella material klarar ofta inte dessa krav; Taisheng tillhandahåller högpresterande plast- och kolfiberprodukter som är lämpliga för dessa produktionsstandarder.
1. Plastprodukter
(1) Renrum: Under hela produktionsprocessen – från produktion av monokristallint kisel till tillverkning och förpackning av integrerade kretsar – bedrivs all verksamhet i en ren miljö. Renrumspaneler använder vanligtvis flamskyddade material och material som inte lätt genererar statisk elektricitet, medan fönstermaterial också måste vara transparenta. Lämpliga material inkluderar: antistatisk PVC/PP;
(2) CMP-hållningsringar: Kemisk mekanisk polering (CMP) är en kritisk process vid wafertillverkning. CMP-hållarringarna som används för att fästa kiselskivor är särskilt viktiga komponenter som måste uppvisa utmärkt slitage- och korrosionsbeständighet för att förhindra skador på skivorna. Lämpliga material inkluderar PPS, PEEK och andra;
(3) Waferbärare: Vanliga waferbärare inkluderar waferbåtar och transportlådor. Miljöns stabilitet under wafertransport och lagring påverkar waferns kvalitet avsevärt. Därför måste waferbärare ha egenskaper såsom temperaturbeständighet, antistatiska egenskaper och låg utgasning. Lämpliga material inkluderar PP, PEEK, PC, PEI, etc.;
(4) Komponenter såsom lager och styrskenor: Komponenter i halvledarbearbetningsutrustning, såsom lager och styrskenor, måste kunna arbeta kontinuerligt över ett brett temperaturområde (från låga till höga temperaturer), uppvisa lågt slitage och låg friktion och bibehålla dimensionsstabilitet. Vanligt använda material inkluderar polyimid (PI), etc.
2. Kolfiber
Under wafertillverkningsprocessen måste wafers överföras mellan olika arbetsstationer, vilket kräver användning av wafergafflar. Kolfiber är ett utmärkt materialval för dessa gafflar. Kolfiber använder en impregnerings- och pressprocess, vilket resulterar i stabilare prestanda. Den erbjuder en draghållfasthet på upp till 6 000 MPa, en materialmodul som överstiger 780 GPa, vibrationsdämpning som kan kontrolleras inom 4 sekunder och utmärkt väderbeständighet.
Den högkvalitativa utvecklingen av industrin för artificiell intelligens förlitar sig på samordnade insatser över hela industrikedjan, och midstream wafertillverkning och förpackning och testsegment är bland nyckelområdena för industrins storskaliga implementering. HONY PLASTIC fokuserar på högpresterande plast- och kolfiberprodukter, vilket förser halvledarindustrin med lämpliga komponenter som möter dess föränderliga behov.
De 5 stora tillämpningarna av plast i waferproduktionscykeln
När man diskuterar halvledare kommer ämnet wafers - grunden för tillverkning av olika datorchips - alltid upp. När halvledarteknologin fortsätter att utvecklas mot mindre linjebredder, högre integration och mer komplexa strukturer, ökar kvalitetskraven för wafers – "grunden" i processen – hela tiden. Mot denna bakgrund har plastmaterial, med sina utmärkta förpacknings- och transportegenskaper, blivit avgörande för att koppla samman olika processsteg, minska kontaminering och mekaniska skador, förbättra renligheten och öka det totala utbytet. Låt oss ta en titt på några vanliga tillämpningar av plast i halvledartillverkning.
1. CMP-hållningsringar
Kemisk mekanisk polering (CMP) är en kritisk process vid wafertillverkning som används för att uppnå global planarisering av waferytan. Under denna process måste kiselskivan säkert hållas på plats av en hållarring för att säkerställa jämn polering och förhindra förskjutning, och därigenom undvika repor eller föroreningar på skivans yta. Därför måste materialet som väljs för denna komponent ha slitstyrka, hög dimensionsstabilitet, god kemisk beständighet och bearbetbarhet.
Tidigare användes vanligen polyfenylensulfid (PPS) för att tillverka klämringar; emellertid, polyeteretherketon (PEEK) och klorerad polyvinylklorid (CPVC) anammas i allt högre grad av tillverkare på grund av deras högre mekaniska hållfasthet, utmärkta dimensionsstabilitet och överlägsna kemiska och slitstyrka.
2. Waferbärare
Waferbärare används för att hålla, lagra och transportera wafers under tillverkningsprocessen. Vanliga typer inkluderar front-öppning wafer carriers (FOUPs), wafer transport boxar (FOSBs) och wafer båtar. Lagring står för en betydande del av rånproduktionscykeln. Därför är materialvalet avgörande, eftersom bärarnas renhet och antistatiska egenskaper direkt påverkar kvaliteten på de färdiga skivorna.
Material för waferbärare måste uppfylla krav som hög temperaturbeständighet, hög mekanisk hållfasthet, låg fuktabsorption, antistatiska egenskaper, låg avgasning och låg urlakning. Polyetereterketon (PEEK), perfluoralkoxiharts (PFA), polypropen (PP), polyetersulfon (PES), polykarbonat (PC) och polyeterimid (PEI) är alla vanliga material som uppfyller dessa krav.
3. Fotomaskkassetter
En fotomask fungerar som mönstermästaren i fotolitografiprocessen, vanligtvis bestående av ett kvartsglassubstrat med ett förkromat mönster för att blockera ljus. Eventuella partiklar eller repor på dess yta kan orsaka defekter i det fotolitografiska mönstret. För att korrekt överföra kretsmönstret från fotomasken till en wafer belagd med fotoresist är det viktigt att bibehålla fotomaskens renhet.
Som förvarings- och transportbehållare måste en fotomasklåda ha egenskaper som antistatiska egenskaper, låg utgasning, hög styvhet och nötningsbeständighet. Polyetereterketon (PEEK) är på grund av sin höga hårdhet, låga partikelgenerering, höga renhet och antistatiska egenskaper ett utmärkt val för fotomasklådor. Den förhindrar effektivt skador på fotomasken orsakade av imma, friktion eller vibrationer under lagring och transport, samtidigt som den ger en ren miljö med låg utgasning och låg jonkontamination. Antistatisk polykarbonat (PC) används också, men dess totala prestanda är något sämre än PEEK.
4. Verktyg för hantering av wafer
Under tillverkningsprocessen av wafers eller kiselwafers används verktyg som waferhållare och chuckar för att greppa eller flytta wafers. Eftersom dessa verktyg kommer i direkt kontakt med skivans yta är det viktigt att förhindra att repor eller rester bildas, eftersom dessa kan påverka enhetens prestanda och utbyte negativt.
Polyetereterketon (PEEK), perfluoroalkoxiharts (PFA) och polypropen (PP) används i stor utsträckning vid tillverkning av waferhanteringsverktyg på grund av deras höga värmebeständighet, utmärkta slitstyrka, goda dimensionsstabilitet, låga utgasningshastigheter och extremt låga fuktabsorption. Dessa material minimerar ytfriktion och partikelrester, vilket avsevärt förbättrar waferns renhet och integritet.
5. IC Packaging Test Sockets
Testuttag ansluter chips till testutrustning och används för att verifiera funktionaliteten hos integrerade kretsar. Olika typer av integrerade kretsar kräver testuttag med motsvarande specifikationer. Materialkraven inkluderar hög dimensionsstabilitet, god mekanisk hållfasthet, låg gradbildning, lång livslängd, ett brett temperaturtoleransintervall och god bearbetningsbarhet.
Tekniska plaster såsom PEEK, PPS, polyamidimid (PAI), polyimid (PI) och polyeterimid (PEI) används i stor utsträckning inom detta område.