Hiện tại, ngành trí tuệ nhân tạo toàn cầu đang bước vào giai đoạn quan trọng của việc triển khai quy mô lớn và phát triển phối hợp trên toàn bộ chuỗi giá trị. Từ sự phát triển lặp đi lặp lại của các mô hình lớn AI có tính tổng hợp đến sự chuyển đổi thông minh của các ngành trên tất cả các lĩnh vực, AI đã trở thành một dạng lực lượng sản xuất mới thúc đẩy sự tích hợp sâu sắc của nền kinh tế kỹ thuật số và nền kinh tế thực. Trong cuộc cách mạng công nghệ này, chip AI đóng vai trò là vật mang lại sức mạnh tính toán cốt lõi và tính hoàn thiện cũng như độ phức tạp của chuỗi cung ứng của chúng quyết định đáng kể các giới hạn trên của sự phát triển của ngành. Là xương sống cơ bản của sản xuất chất bán dẫn, vật liệu mới hiệu suất cao đóng vai trò không thể thiếu trong quy trình sản xuất chip có độ chính xác cao.
I. Chip AI là gì?
Chip AI là các đơn vị tính toán được thiết kế để xử lý các hoạt động của AI. Không giống như các CPU đa năng truyền thống, ưu điểm chính của chúng nằm ở khả năng tính toán song song mạnh mẽ, hoạt động ma trận hiệu quả và mức tiêu thụ điện năng thấp. Chúng có khả năng thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ AI quan trọng như học máy, học sâu, suy luận dữ liệu và nhận dạng hình ảnh. Là nền tảng phần cứng chính để cung cấp sức mạnh tính toán và kích hoạt chức năng AI, chip AI là nhân tố chính trong cuộc cạnh tranh trong ngành AI.
II. Cấu trúc của chuỗi công nghiệp AI
Chuỗi công nghiệp AI là một hệ sinh thái toàn diện bao gồm các kịch bản R&D công nghệ, sản xuất và ứng dụng. Nó được chia thành ba phân đoạn chính: lớp nền tảng thượng nguồn, lớp sản xuất trung nguồn và lớp ứng dụng hạ nguồn.
(1) Thượng nguồn: Hỗ trợ cơ bản
Lớp nền tảng thượng nguồn đóng vai trò là nền tảng của ngành công nghiệp AI, cung cấp hoạt động R&D công nghệ và các nguyên liệu thô quan trọng. Nó có thể được chia đại khái thành hai phân khúc: thứ nhất, cơ sở hạ tầng phần cứng, bao gồm máy in thạch bản, tấm silicon và máy chủ điện toán hiệu năng cao; Thứ hai, các dịch vụ dữ liệu—chẳng hạn như thu thập và lọc dữ liệu—đóng vai trò là “nhiên liệu” cho các mô hình quy mô lớn tiếp theo.
(2) Giữa dòng: Công nghệ và Sản xuất
Lớp sản xuất trung nguồn là trung tâm sản xuất của chuỗi công nghiệp AI và đóng vai trò là mối liên kết quan trọng giữa khu vực thượng nguồn và hạ nguồn. Nó có thể được chia thành hai phân đoạn chính: thuật toán và mô hình, thiết kế và sản xuất chip.
1. Thuật toán và mô hình
Lĩnh vực này bao gồm nhiều chủ đề, bao gồm thuật toán trực quan, thuật toán xử lý giọng nói và phương pháp học máy. Mục tiêu là cung cấp cho AI một khung phương pháp để xử lý dữ liệu. Mặt khác, mô hình là kết quả cụ thể thu được khi thuật toán học từ các bộ dữ liệu cụ thể. Xu hướng chính hiện nay là tập trung vào các mô hình quy mô lớn, trang bị cho chúng khả năng lập kế hoạch, ghi nhớ và sử dụng các công cụ để chúng có thể tự động hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp.
2. Thiết kế và sản xuất chip
Thiết kế nhằm mục đích đảm bảo rằng các chip tích hợp hiệu quả ba lĩnh vực chính là xác định kiến trúc, triển khai phần cứng và phối hợp phần mềm, đồng thời đạt được sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất, mức tiêu thụ điện năng và chi phí.
Quá trình sản xuất có thể được chia thành hai giai đoạn: chế tạo wafer, đóng gói và thử nghiệm:
(1) Sản xuất wafer: Đây là quá trình biến đổi các tấm silicon có độ tinh khiết cao thành các tấm wafer trần với cấu trúc mạch hoàn chỉnh thông qua hàng chục quy trình chính xác ở cấp độ nano, bao gồm quang khắc, khắc, lắng đọng màng mỏng, cấy ion, làm sạch và đánh bóng. Chip AI yêu cầu tiêu chuẩn sản xuất cực kỳ cao. Các sản phẩm cao cấp phổ thông sử dụng quy trình tiên tiến từ 7 nm trở xuống, trong khi các sản phẩm thế hệ tiếp theo đang dần tiến tới 3 nm và 2 nm. Điều này đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường sản xuất, độ chính xác của quy trình và khả năng tương thích của vật liệu: cơ sở sản xuất phải đáp ứng các tiêu chuẩn phòng sạch từ Cấp 10 đến Cấp 100 để ngăn ngừa ô nhiễm các tấm bán dẫn do bụi và tạp chất cực nhỏ; dung sai của quá trình phải được kiểm soát ở cấp độ nguyên tử để ngăn ngừa lỗi mạch điện; đồng thời, quy trình sản xuất bao gồm các điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao và tính ăn mòn cao, đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về khả năng chống chịu thời tiết và độ sạch của các chất mang phụ trợ, vật liệu bảo vệ và cơ sở sản xuất.
(2) Đóng gói và kiểm tra: Quy trình đóng gói chủ yếu bao gồm thái hạt lựu, làm mỏng, liên kết, đúc khuôn và hàn chì các tấm bán dẫn để cung cấp cho chip trần một vỏ bảo vệ, đáp ứng ba chức năng chính: bảo vệ vật lý, kết nối mạch và tản nhiệt hiệu quả. Giai đoạn thử nghiệm bao gồm toàn bộ quá trình—từ chế tạo sau tấm bán dẫn cho đến đóng gói đến sau đóng gói—và bao gồm kiểm tra đầu dò tấm bán dẫn, kiểm tra hiệu suất chip, kiểm tra độ tin cậy và kiểm tra mức tiêu thụ điện năng. Thiết bị chuyên nghiệp được sử dụng để sàng lọc các sản phẩm không phù hợp, đảm bảo xuất xưởng chip đạt tiêu chuẩn chất lượng. Quá trình thử nghiệm chip AI phức tạp hơn và đòi hỏi độ chính xác cao hơn; khả năng chống mài mòn, đặc tính cách nhiệt và độ chính xác của thiết bị thử nghiệm và các bộ phận mang ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thử nghiệm và độ chính xác của kết quả.
3.Downstream: Triển khai ứng dụng
Lớp ứng dụng hạ nguồn đóng vai trò là “đầu ra giá trị” của ngành AI, bao gồm đầy đủ các kịch bản như trung tâm điện toán thông minh, trí tuệ công nghiệp, lái xe tự động, thành phố thông minh, chăm sóc sức khỏe thông minh và fintech. Bằng cách tích hợp chip AI, nó thúc đẩy sự chuyển đổi thông minh của các ngành công nghiệp khác nhau. Từ việc đào tạo các mô hình lớn trên đám mây đến suy luận trên các thiết bị biên, nhu cầu về sức mạnh tính toán đang tăng theo cấp số nhân, thúc đẩy hơn nữa việc mở rộng công suất và nâng cấp công nghệ trong các phân khúc sản xuất, đóng gói và thử nghiệm wafer trung nguồn.
III. Ứng dụng của sản phẩm nhựa và sợi carbon trong sản xuất chip AI
Các điều kiện vận hành cực kỳ khắc nghiệt trong chế tạo tấm bán dẫn và đóng gói/thử nghiệm yêu cầu các vật liệu phụ hỗ trợ phải đáp ứng các tiêu chí chính như khả năng chịu nhiệt độ cao, cách nhiệt cao, chống ăn mòn, biến dạng thấp, độ tinh khiết cao, không lọc tạp chất và ổn định kích thước. Vật liệu thông thường thường không đáp ứng được những yêu cầu này; Taisheng cung cấp các sản phẩm nhựa và sợi carbon hiệu suất cao phù hợp với các tiêu chuẩn sản xuất này.
1. Sản phẩm nhựa
(1) Phòng sạch: Trong suốt quá trình sản xuất—từ sản xuất silicon đơn tinh thể đến sản xuất và đóng gói mạch tích hợp—tất cả các hoạt động đều được tiến hành trong môi trường sạch sẽ. Tấm phòng sạch thường sử dụng vật liệu chống cháy và vật liệu không dễ tạo ra tĩnh điện, đồng thời vật liệu cửa sổ cũng phải trong suốt. Các vật liệu phù hợp bao gồm: PVC/PP chống tĩnh điện;
(2) Vòng giữ CMP: Đánh bóng cơ học hóa học (CMP) là một quá trình quan trọng trong sản xuất tấm bán dẫn. Các vòng giữ CMP được sử dụng để cố định các tấm bán dẫn silicon là thành phần đặc biệt quan trọng phải có khả năng chống mài mòn và ăn mòn tuyệt vời để tránh làm hỏng các tấm bán dẫn. Các vật liệu phù hợp bao gồm PPS, PEEK và các vật liệu khác;
(3) Người vận chuyển wafer: Người vận chuyển wafer phổ biến bao gồm thuyền wafer và hộp vận chuyển. Sự ổn định của môi trường trong quá trình vận chuyển và lưu trữ tấm bán dẫn tác động đáng kể đến chất lượng tấm bán dẫn. Do đó, chất mang wafer phải có các đặc tính như khả năng chịu nhiệt độ, đặc tính chống tĩnh điện và lượng khí thoát ra thấp. Các vật liệu phù hợp bao gồm PP, PEEK, PC, PEI, v.v.;
(4) Các thành phần như vòng bi và ray dẫn hướng: Các thành phần của thiết bị xử lý chất bán dẫn, chẳng hạn như vòng bi và ray dẫn hướng, phải có khả năng hoạt động liên tục trong phạm vi nhiệt độ rộng (từ nhiệt độ thấp đến cao), ít mài mòn và ma sát thấp, đồng thời duy trì sự ổn định về kích thước. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm polyimide (PI), v.v.
2. Sợi carbon
Trong quá trình sản xuất wafer, các wafer phải được chuyển giữa các máy trạm khác nhau, đòi hỏi phải sử dụng các nhánh wafer. Sợi carbon là sự lựa chọn vật liệu tuyệt vời cho những chiếc phuộc này. Sợi Carbon sử dụng quy trình ngâm tẩm và ép, mang lại hiệu suất ổn định hơn. Nó có độ bền kéo lên tới 6.000 MPa, mô đun vật liệu vượt quá 780 GPa, khả năng giảm rung có thể được kiểm soát trong vòng 4 giây và khả năng chống chịu thời tiết tuyệt vời.
Sự phát triển chất lượng cao của ngành trí tuệ nhân tạo phụ thuộc vào nỗ lực phối hợp trong toàn bộ chuỗi công nghiệp, đồng thời các phân đoạn sản xuất, đóng gói và thử nghiệm wafer trung nguồn là một trong những lĩnh vực chính để triển khai quy mô lớn của ngành. HONY PLASTIC tập trung vào các sản phẩm nhựa và sợi carbon hiệu suất cao, cung cấp cho ngành công nghiệp bán dẫn các thành phần phù hợp đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của ngành.
5 ứng dụng chính của nhựa trong chu trình sản xuất bánh wafer
Khi thảo luận về chất bán dẫn, chủ đề về tấm bán dẫn—nền tảng để sản xuất các loại chip máy tính khác nhau—luôn được nhắc đến. Khi công nghệ bán dẫn tiếp tục phát triển theo hướng có độ rộng đường truyền nhỏ hơn, khả năng tích hợp cao hơn và cấu trúc phức tạp hơn, thì yêu cầu về chất lượng đối với các tấm bán dẫn—“nền tảng” của quy trình—không ngừng tăng lên. Trong bối cảnh đó, vật liệu nhựa, với khả năng đóng gói và vận chuyển tuyệt vời, đã trở nên cần thiết để kết nối các bước quy trình khác nhau, giảm ô nhiễm và hư hỏng cơ học, cải thiện độ sạch và tăng năng suất tổng thể. Chúng ta hãy xem xét một số ứng dụng phổ biến của nhựa trong sản xuất chất bán dẫn.
1. Vòng giữ CMP
Đánh bóng cơ học hóa học (CMP) là một quy trình quan trọng trong sản xuất tấm bán dẫn được sử dụng để đạt được độ phẳng toàn cục của bề mặt tấm bán dẫn. Trong quá trình này, tấm wafer silicon phải được giữ chắc chắn tại chỗ bằng một vòng giữ để đảm bảo đánh bóng đồng đều và ngăn ngừa sự dịch chuyển, nhờ đó tránh trầy xước hoặc nhiễm bẩn trên bề mặt tấm wafer. Do đó, vật liệu được chọn cho thành phần này phải có khả năng chống mài mòn, độ ổn định kích thước cao, khả năng kháng hóa chất tốt và khả năng gia công.
Trước đây, polyphenylene sulfide (PPS) thường được sử dụng để sản xuất vòng kẹp; tuy nhiên, polyetheretherketone (PEEK) và polyvinyl clorua clo hóa (CPVC) đang ngày càng được các nhà sản xuất áp dụng do độ bền cơ học cao hơn, độ ổn định kích thước tuyệt vời cũng như khả năng chống mài mòn và hóa chất vượt trội.
2. Người vận chuyển wafer
Các chất mang wafer được sử dụng để giữ, lưu trữ và vận chuyển các wafer trong quá trình sản xuất. Các loại phổ biến bao gồm hộp vận chuyển wafer mở phía trước (FOUP), hộp vận chuyển wafer (FOSB) và thuyền bán wafer. Lưu trữ chiếm một phần đáng kể trong chu trình sản xuất wafer. Do đó, việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng, vì độ sạch và đặc tính chống tĩnh điện của vật liệu mang ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của tấm bán dẫn hoàn thiện.
Vật liệu làm chất mang wafer phải đáp ứng các yêu cầu như khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền cơ học cao, khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, đặc tính chống tĩnh điện, thoát khí thấp và khả năng lọc thấp. Polyetheretherketone (PEEK), nhựa perfluoroalkoxy (PFA), polypropylen (PP), polyethersulfone (PES), polycarbonate (PC) và polyetherimide (PEI) đều là những vật liệu phổ biến đáp ứng các yêu cầu này.
3. Hộp đựng mặt nạ ảnh
Mặt nạ quang đóng vai trò là mẫu chính trong quy trình quang khắc, thường bao gồm chất nền thủy tinh thạch anh với hoa văn mạ crom để chặn ánh sáng. Bất kỳ hạt hoặc vết xước nào trên bề mặt của nó đều có thể gây ra khuyết tật trong mẫu quang khắc. Để chuyển chính xác mẫu mạch từ mặt nạ quang sang một tấm bán dẫn được phủ chất quang dẫn, việc duy trì độ sạch của mặt nạ quang là rất quan trọng.
Là một thùng chứa lưu trữ và vận chuyển, hộp photomask phải có các đặc tính như đặc tính chống tĩnh điện, thoát khí thấp, độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Polyetheretherketone (PEEK), do có độ cứng cao, ít tạo hạt, độ sạch cao và đặc tính chống tĩnh điện, nên là sự lựa chọn tuyệt vời cho hộp mặt nạ quang. Nó ngăn chặn hiệu quả sự hư hỏng của mặt nạ quang do sương mù, ma sát hoặc rung trong quá trình bảo quản và vận chuyển, đồng thời mang lại một môi trường sạch sẽ với lượng khí thoát ra thấp và ô nhiễm ion thấp. Polycarbonate chống tĩnh điện (PC) cũng được sử dụng, nhưng hiệu suất tổng thể của nó kém hơn một chút so với PEEK.
4. Công cụ xử lý wafer
Trong quá trình sản xuất tấm bán dẫn hoặc tấm bán dẫn silicon, các công cụ như giá đỡ tấm bán dẫn và mâm cặp được sử dụng để kẹp hoặc di chuyển tấm bán dẫn. Vì những công cụ này tiếp xúc trực tiếp với bề mặt wafer nên điều cần thiết là phải tránh hình thành vết trầy xước hoặc cặn vì những thứ này có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu suất và năng suất của thiết bị.
Polyetheretherketone (PEEK), nhựa perfluoroalkoxy (PFA) và polypropylene (PP) được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các công cụ xử lý tấm bán dẫn do khả năng chịu nhiệt cao, chống mài mòn tuyệt vời, ổn định kích thước tốt, tốc độ thoát khí thấp và độ hấp thụ độ ẩm cực thấp. Những vật liệu này giảm thiểu ma sát bề mặt và cặn hạt, cải thiện đáng kể độ sạch và tính toàn vẹn của bề mặt wafer.
5. Ổ cắm kiểm tra bao bì IC
Ổ cắm thử nghiệm kết nối chip với thiết bị thử nghiệm và được sử dụng để xác minh chức năng của mạch tích hợp. Các loại mạch tích hợp khác nhau yêu cầu ổ cắm thử nghiệm có thông số kỹ thuật tương ứng. Yêu cầu về vật liệu bao gồm độ ổn định kích thước cao, độ bền cơ học tốt, tạo ra gờ thấp, tuổi thọ dài, phạm vi chịu nhiệt độ rộng và khả năng xử lý tốt.
Các loại nhựa kỹ thuật như PEEK, PPS, polyamide imide (PAI), polyimide (PI) và polyether imide (PEI) được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này.