Thema Foundries: baanbrekende Oudenaardse fabriek voor fotonische chips

Installatie en servicezone voor productietoestellen – ISO 4 cleanroom

Tekst Sam De Kegel

Marc Dierickx, gepokt en gemazeld in de chipwereld, noemt dit ‘het spannendste project uit zijn carrière.’ Dat is geen letter overdreven, want fotonische chips worden al een poos het nieuwe goud genoemd in de wereld van halfgeleiders. Dat type chips gebruikt lichtdeeltjes (fotonen) in plaats van elektronen om informatie te verwerken en te transporteren. Geïntegreerde fotonica zijn chips die dus met optische signalen werken in plaats van met elektrische. Communicatie via optische signalen kan meer informatie tegelijkertijd en over een langere afstand versturen. Dat moet snellere en vooral energiezuinigere chips opleveren.

Datacenters kampen de jongste jaren met een explosieve toename van het energieverbruik. Met dank aan alle nieuwe toepassingen in artificiële intelligentie. “De energiebehoefte van datacenters wordt wereldwijd een bijzonder grote uitdaging. Momenteel kunnen ze de AI-vraag niet volgen. Het design van New Photonics kan voor de transceiver – de component die zit tussen zender en ontvanger – de energie met 70 tot 80 procent verlagen (en tot 18% op datacenterniveau, red.)”, zegt Marc Dierickx. Door signaalverwerking niet langer met elektronen maar met licht te doen, kan het energieverbruik in datacenters sterk worden verlaagd. Elektronische chips produceren bovendien veel warmte, wat koeling complex en duur maakt – vaak kost het afvoeren van warmte zelfs meer energie dan de chip zelf verbruikt. Minder energieverbruik betekent dus ook minder nood aan koeling. Op termijn worden fotonische chips daarom essentieel. Ze vormen een belangrijke stap richting de toekomst en kunnen uiteindelijk zelfs groter worden dan de markt voor klassieke siliciumchips.”

Dubbele voorsprong

De site in Oudenaarde bouwt voort op een sterke halfgeleidergeschiedenis, van Mietec (1983) tot OnSemi, met decennialange industriële expertise en een ervaren workforce. Na de stopzetting van de activiteiten van OnSemi en BelGaN werden de gebouwen overgenomen door Thema. Hierdoor werden eveneens de enorme cleanrooms van de site in Oudenaarde – samen goed voor ruim 7.000 m² – door Thema Foundries opgekocht. Marc: “Onze founder, Herwig Van Hove, is al jaren operationeel in Singapore met een investeringsbedrijf en investeerde jaren geleden ook in New Photonics, een Israëlische start-up en beloftevol designhuis voor fotonische chips. Ze hebben echter geen volumeproductie. Initieel was het de bedoeling om die productie op te starten in Israël. Maar toen de oorlog daar uitbrak, kwam er hier een opportuniteit. Waarom hier, hoor ik je denken? De ontwikkeling en de groei van fotonica zijn hoofdzakelijk getrokken door UGent – via haar onderzoeksgroep Fotonica – en door imec. Imec is zelfs wereldwijd nummer één in onderzoek naar fotonica, daarnaast heb je nog een aantal reseachspelers in Zwitserland, Spanje en Nederland. Alle huidige initiatieven rond fotonische chips zijn gelinkt aan een academische omgeving en niet opschaalbaar. Hier hebben we een site die bij nieuwbouw meer dan 200 miljoen euro zou kosten en die klaar is; anderen moeten starten vanuit een greenfield. Anders gezegd: de eerste 200 miljoen euro om een fabriek te zetten en de 7.000 vierkante meter cleanroom hebben we al. We hebben dus een dubbele voorsprong: tijd én kapitaal. De eerste kapitaalsrondes moeten niet meer gebruikt worden voor infrastructuur. Minstens even belangrijk: we hebben hier de crème de la crème qua hooggeschoolde, academische kennis, van Gent over Leuven tot Nederland. Bovendien zijn veel vroegere personeelsleden van onze site nog steeds beschikbaar; ze willen ook heel graag terugkeren naar de halfgeleiderindustrie. De bedoeling is om nu ook opnieuw te testen en productontwikkeling te doen. Daarnaast werven we extra mensen aan die de markt van fotonica extreem goed kennen (zoals Erwin De Baetselier, voormalig ceo van Luceda Photonics, red.).”

(lees verder onder de foto)

Thema Foundries nam deze gebouwen in Oudenaarde over na de stopzetting van BelGaN.

De site is dus facility ready, maar voor de verschillende activiteiten komen er nu toestellen die moeten aangesloten worden. “We gaan in een eerste fase 200 miljoen euro investeren  in toestellen en teams om drie activiteiten op te starten: de zogenaamde III-V fotonica-ontwikkeling (zie randstuk), de integratie (verpakken en afwerken) en het assembleren en testen. Dit is een startpunt; deze investering zal zich nog een aantal keer moeten herhalen. We hebben echt de kans om een Tesla-moment te creëren, een schakelmoment waarbij we een voorsprong hebben. Als we die voorsprong kunnen aanhouden, hebben we hier een enorm potentieel. Dan kunnen we, zoals onze ‘buur’ ASML (‘s werelds leidende Nederlandse producent van krachtige lithografiemachines voor de halfgeleiderindustrie, red.), met een nieuw product op de markt onderhandelen én een partner zijn. Je krijgt een trading component en een leidende positie. Bovendien worden we zo ook onafhankelijker van China en de VS, resilient dus.”  

Size does matter

Wereldwijd bestaan er al een tiental industriële productielijnen voor fotonische chips, vooral in de Verenigde Staten en Azië. Europa moet het voorlopig dus stellen met onderzoeksfaciliteiten en pilootlijnen, al zijn er nu een tweetal initiatieven (waarvan één in Eindhoven) om dergelijke fotonische chips te produceren in bestaande productielijnen voor elektronische chips. “Europa hinkt industrieel achterop in deze technologie, dit initiatief kan een inhaalbeweging betekenen”, zei fotonica-expert Roel Baets (UGent/imec) eerder al in een interview met DataNews. “Een industriële fabriek die zich volledig op fotonica richt, die hebben we hier nog niet. Als dit project van de grond komt, is het een primeur.”

Marc Dierickx geeft nog een andere reden waarom productie hier mogelijk is. “Bij fotonica werk je dus met licht in plaats van elektronen, en dat vertaalt zich in grotere structuren op de chip. De lichtkanalen zijn typisch enkele honderden nanometers groot. Daardoor zitten we niet in dezelfde investeringswedloop als met klassieke siliciumchips, die op elektronica gebaseerd zijn en steeds kleinere structuren nastreven, met snel stijgende kosten tot gevolg. Met fotonische chips kunnen we met stabielere, bestaande infrastructuur onze technologie opschalen. En ja, bij onze productie, die energie-intensief is, hebben we veel elektriciteit en stadswater nodig, maar die hebben we voldoende voorhanden met de bestaande contracten.”

Anders geformuleerd: waar klassieke chips steeds kleiner moeten worden om sneller en krachtiger te zijn – een evolutie die enorme en steeds duurdere investeringen vergt –  werken fotonische chips op een meer ‘stabiele’ schaal. Licht laat zich minder gemakkelijk sturen dan elektronen en kan niet zomaar ‘scherpe’ bochten nemen zonder verliezen. Daardoor moeten de structuren op fotonische chips ruimer worden ontworpen, wat automatisch leidt tot grotere chips. Daardoor ontsnapt fotonica aan de voortdurende miniaturisatierace van de halfgeleiderindustrie en kunnen bedrijven hun technologie ontwikkelen met relatief constante en beheersbare investeringen.

Primeur in Europa

Thema Foundries gaat voor zijn ontwikkeling dus nauw samenwerken met ‘fotonische’ zwaargewichten. Imec, wereldleider in nano-elektronica, levert technologische ondersteuning. NewPhotonics (zie kaderstuk) voorziet geavanceerde lasertechnologie die cruciaal is voor fotonische toepassingen.

En ook Universiteit Gent, via haar onderzoeksgroep Fotonica, is nauw betrokken.

Vlaanderen beschikt over heel sterke fotonicalabs aan UGent en VUB, maar ook bij imec. Een gespecialiseerde productiesite ontbreekt echter nog. Het succes van deze doorstart zal afhangen van hoe snel het nieuwe bedrijf een klantenbasis weet uit te bouwen. Een chipfabriek leeft of sterft door de mate waarin processen optimaal worden afgestemd op klanten. Zonder voldoende schaal en omzet is er geen toekomst.
Dat beaamt ook Marc Dierickx: “We zien vanuit imec een grote betrokkenheid om ook in België iets te ‘materialiseren’ of te produceren. We bouwen ook verder op bestaande kennis die hier opgebouwd is. Enkel de kenniscomponent fotonica komt er bij. De fotonicamarkt is natuurlijk nog niet matuur. Logisch, want er wordt momenteel 800 miljard euro geproduceerd in silicium en 1 miljard in fotonica.”

(lees verder onder de foto)

DI-water installatie: belangrijke component in het IC-productieproces

Natuurlijk liggen er nog obstakels op de weg. Het bouwen van een nieuwe chipfabriek vraagt zware investeringen in gespecialiseerde machines, ook als het cleanroomgebouw er al staat. Ook het vinden van voldoende geschoold personeel blijft een uitdaging. “We vullen nu de voornaamste kennisgaten op, dat lukt aardig. Binnen zes maanden hopen we onze eerste omzet te draaien in het assembly- en testgebeuren (dat tussen 1990 en 2000 grotendeels verhuisde naar het Verre Oosten, red.) Voor deze industrie is dat zeer snel. Een van de grote redenen waarom fotonica nog niet zo sterk doorgebroken is, is de volledige integratie van de totale supply chain. De integratie van de aanvoerketen wordt in de fotonica veel belangrijker dan in de klassieke halfgeleiderindustrie. Het wordt dus een voordeel om dicht bij de ontwerpers, de klanten en de verschillende deelleveranciers van de supply chain te produceren. De feedbackloupes worden zo korter, er zijn minder transportkosten en de realisatietijd verkort. De meeste bedrijven falen in de industrialisatiefase, net omdat die zo kapitaalsintensief is.”

Geen eilandjes aub

Als de plannen slagen, kan Vlaanderen een sleutelrol opnemen in een domein waar Europa tot nu toe industrieel achteroploopt. “We staan op een kantelpunt in de fotonica-industrie. De opkomst van AI drijft de vraag naar datacomcapaciteit zo sterk op dat voor het eerst in onze sector betrouwbare, gegarandeerde volumeproductie noodzakelijk wordt. Dat verandert alles. We zullen niet meteen de Amerikanen of Aziaten voorbijsteken, maar we kunnen wél een betekenisvol deel van de waardeketen in Europa verankeren. De basis is er: sterke kennis, uitstekende ingenieurs en competitieve kosten. Talent is hier beschikbaar én betaalbaar, zeker in vergelijking met Silicon Valley of Taiwan.”

De sleutel ligt volgens Marc Dierickx in samenwerking. “Europese spelers moeten hun krachten bundelen en elkaar versterken, zodat we samen schaal kunnen opbouwen. Wie alleen opereert, blijft te klein. Vandaag voeren we gesprekken met verschillende Europese partners die elk een stuk van de puzzel brengen, en waarmee we verder willen bouwen aan een sterk industrieel ecosysteem. De ontvangende wafer, bijvoorbeeld, gaan we hier niet maken. Als de Europese spelers de krachten bundelen en als Europa als entiteit dit op holistisch niveau bekijkt, kunnen we samen een eindproduct maken. Zoals bij het verhaal van Airbus. Dat is de enige weg vooruit”, besluit hij.  

Bronnen: DataNews, Staatsblad, Techzine & eigen interview