Chip-fabrik i Dresden: Kig med ind i 70.000 kvm renrum

Illustration: Bosch

Hele verden skriger på flere mikrochips – til biler, computere, spilkonsoller, telefoner og alt muligt andet.

Den globale mangel på chips er udløst af en stribe sammenfald, en slags perfekt storm udløst af corona-pandemien, hvor fabrikker lukkede ned, og forsyningskæderne gik i stå, samtidig med at efterspørgslen eksploderede.

Men det er ikke sådan lige til at skalere produktionen af mikrochips. Det helt tydelige eksempel er hos den store tyske underleverandør til bilindustrien, Bosch, som i denne uge har åbnet en ny helt chip-fabrik i Dresden, der er kendt som Silicon Sachsen, altså den tyske pendant til Silicon Valley.

Læs også: Chipkrise: Bilproducenter dropper udstyr for at holde produktionen kørende

Her skal der fremover produceres mikrochips på 300 mm wafers, som primært skal bruges i bilindustrien. Fabrikken, der har været undervejs siden 2018, har kostet Bosch omkring 7,5 milliarder kroner, hvoraf en milliard kroner stammer fra tysk statsstøtte.

Det er ikke hver dag, der åbnes den type fabrikvker i Europa, og åbningen havde også besøg af både den tyske kansler Angela Merkel og den danske konkurrencekommissær og næstformand for EU-Kommissionen, Margrethe Vestager.

»Den nyeste teknologi i Boschs nye halvlederfabrik i Dresden viser, hvilke fremragende resultater der kan opnås, når industrien og den offentlige sektor går sammen. Halvledere vil bidrage til udviklingen af industrier som transport, fremstilling, ren energi og sundhedspleje – hvor Europa udmærker sig. Det vil hjælpe med at styrke Europas konkurrenceevne som en vugge for banebrydende innovationer,« sagde Margrethe Vestager.

Læs også: Europæisk chipproduktion skal sikre EU uafhængighed

På en yderst detaljeret virtuel rundtur kan du her få en fornemmelse af, hvordan produktionen er bygget op, ved at klikke på de enkelte processer i fabrikken og på den måde se, hvordan de rå siliciumskiver bliver til små integrerede kredsløb med millioner af transistorer.

Og har du et sæt VR-briller, kan du her få en 360 graders fornemmelse af fabrikken.

Ekstreme renrum

At chipproduktion tager lang tid at bygge op og kræver store investeringer skyldes blandt andet at produktionen skal udføres stort set fuldautomatisk. En af de største fjender i chip-produktion er nemlig udefrakommende partikler fra mennesker, fx hud og hår. Selve produktionen foregår derfor primært i renrum i klasse 1. Den nye Dresden-fabrik har 72.000 kvadratmeter renrum.

»Renhed er måske den vigtigste forudsætning for at kunne producere mikrochips. Partikler fra mennesker og maskiner kan lægge sig oven på wafer-skiverne og give urenheder som leder til fejl. Vi ved at mennesker er en stor kilde til partikler, så vi forsøger at begrænse antallet af ansatte i produktionsmiljøerne,« siger Helmut Wurzer, produktionsdirektør for Bosch nye chipfabrik i Dresden.

Lige nu arbejder der 250 ansatte på fabrikken, og det tal forventes at vokse til 700 over de næste år.

Transportsystemet, der er integreret i loftet, sørger for at flytte siliciumskiverne rundt mellem de forskellige arbejdsstationer, mens robotter håndterer materialet inde i maskinerne. Fra de rå siliciumskiver til færdige chips skal materialet igennem 250 forskellige enkelte bearbejdninger. Læg så oveni en lang række test og håndteringsprocesser, så er vi oppe på omkring 700 forskellige processer fordelt på op til 14 uger, som er den tid, det tager at fremstille en mikrochip på fabrikken i Dresden.

»Omkring hver tredje proces handler om test og måling for at sikre at alt er i orden. Selv små uregelmæssigheder kan ødelægge store mængder chips, så det handler om at finde fejl i realtid,« siger Helmut Würzer.

En anden måde at undgå kontamination er ved at skære fabrikken over i et horisontalt snit på midten. Renrumslokalerne er placeret i stueplan, og lige under dem er der bygget et gigantisk teknikrum, en såkaldt sub-fabrik.

Her kan alle maskiner styres og vedligeholdes, uden at man kommer i fysisk kontakt med selve produktionen ovenpå. Der er i alt 11.000 forbindelser mellem renrummet og teknikrummet i kælderen, og hvis en leverandør har behov for at komme helt tæt på en maskine i renrumsfaciliteterne, så foregår det via smartglasses og augmented reality via en af Boschs egne medarbejdere, som befinder i renrummet.

Læs også: Diamanter – elektronikkens nye bedste ven

De nye mikrochips bruges blandt andet til effektelektronik eller som applikationsspecifikke integrerede kredsløb (ASICs) f.eks. til ABS-bremser, EPS, airbags eller infotainmentsystemer samt til MEMS-sensorer i forbrugerelektronik. De første chips leveres til nogle af Bosch elektriske værktøjer om tre måneder, og om et halvt år er de første chips klar til bilindustrien.

Læs også: Chip-krig eskalerer: Europa og USA på kollissionskurs

Præcis hvor mange chips Bosch forventer at producere på Dresden-fabrikken årligt, er uvist.

»Størrelsen på chips pr. wafer varierer meget, så det er svært at sætte et præcist tal på. Dresden-fabrikken har 70.000 m2 renrum, hvilket svarer til en fordobling i forhold til vores eksisterende chip-fabrik i Reutlingen,« siger Volkmar Denner.

Hovedparten skal dog indgå i Boschs egne produkter, mens en mindre del skal sælges videre til andre producenter.

Taiwan fører stadig

Når de store siliciumwafers kommer ind på fabrikken, er de 300 mm i diameter og bare 60 mikrometer tykke.

På fabrikken kan Bosch fremstille chips på mellem 90 nm og ned til 12 nm noder. Nanometer-skalaen giver primært en indikation af, hvilken type teknologi der anvendes i den litografiske proces, og angiver ikke som sådan de fysiske dimensioner på transistorerne i kredsløbet.

Til sammenligning har verdens største og mest avancerede chipproducent, TSMC i Taiwan, i dag 5 nm-produktionsprocesser, og arbejder på at komme ned i 3 nm. Den nye Bosch-fabrik er altså langt fra den mest avancerede, men det skyldes at bilindustrien hverken efterspørger de mest kraftige eller mindste mikrochips på markedet.

I kølvandet på den store mangel på mikrochips har både den amerikanske præsident Joe Biden og EU-Kommissionen meddelt, at de vil investere store summer i at opruste den amerikanske og europæiske chipindustri, så man ikke er afhængige af Taiwan og Sydkorea ved store fremtidige kriser. Konkret vil EU øge den europæiske chipproduktion, så 20 procent af den globale produktion bliver europæisk i 2030. Det er dobbelt så meget som i dag.

Læs også: Baggrund: Massiv mangel på chips giver plads til taiwanesisk magtdemonstration