Deset milionů čipů denně. Unikátní výroba v Rožnově navazuje na věhlas někdejší Tesly

V šest třicet budíček, vypravit děti do školy, a v osm sraz na benzinové pumpě na jihovýchodním okraji Prahy. Tak zněl plán na jedno jinak obyčejné čtvrteční ráno. Cíl byl jasný: navštívit z pohledu Česka i Evropy stále unikátní výrobu čipů v Rožnově pod Radhoštěm.

Byť se tu nevyrábějí ty nejpokročilejší mikročipy, význam takové výroby na evropské půdě je stále obrovský. Covidová léta jasně ukázala na zranitelnost dodavatelských řetězců, která pravidelně uzavírala i ty největší továrny. A Evropa od té doby usiluje o zvýšení soběstačnosti ve výrobě čipů.

Právě v Rožnově přitom tyhle čipy vyrábět umí: v portfoliu mají submikronové integrované obvody (0,8 µm až 3 µm) tolik potřebné pro autoprůmysl, vyvíjejí CMOS obrazové čipy pro spotřební elektroniku, ale i výkonové čipy určené zejména pro solární elektrárny a energetiku obecně.

„V Rožnově se primárně zaměřujeme na oblast napájení, zejména pro automobilový průmysl, energetiku, automatizaci a telekomunikace,“ vysvětluje naší nesourodé skupince, kterou do Rožnova sezvala Česká inovační platforma, viceprezident onsemi a šéf rožnovského závodu Aleš Cáb.

Na základech Tesly

Zdejší výrobu nelze při cestě z Prahy minout. Rozsáhlé haly skeletového typu tolik připomínající slavné Zlínské věžáky jsou protkané zásobníky výrobních plynů – argonem, vodíkem, dusíkem či acetylénem. Právě ony dávají tušit, že „tady je to jiné“. Ročně zde vyprodukují tři miliony desek, takzvaných waferů, na kterých vzniká na tři miliardy čipů různého zaměření.

„Každý den tak vyrobíme pro každého obyvatele České republiky čip,“ používá pro představu jasný přepočet Cáb. „Loni jsme měli obrat 6,7 miliardy Kč a držíme na 300 světových patentů,“ vykresluje dále význam podniku, který sídlí hned v několika samostatných budovách. Ty z pohledu výroby nejzajímavější – takzvané „čipárny“ – jsou hned dvě.

Základy výroby polovodičů zde postavila už ve 40. letech minulého století zmíněná Tesla. Státní podnik měl v době největší slávy 8,5 tisíce zaměstnanců a mimo jiné vyráběl zařízení pro polovodičový průmysl. Po krachu podniku pak vzniklo v Rožnově návrhové středisko americké Motoroly, které se postupem času stalo základem pro celé rožnovské onsemi.

„V počátcích polovodičů na tom Česká republika byla velmi dobře – vždyť první germaniový tranzistor představily Bellovy laboratoře v USA v roce 1947 a o dva roky později se jako první mimo Spojené státy objevuje v Praze. A to jako součást nezávislého vývoje! Výroba v USA začala v roce 1952 a v bývalé rožnovské Tesle v roce 1955,“ dává Cáb nahlédnout do historie.

Někdejší haly by ale dnešní výrobě rozhodně nevyhovovaly. Prošly proto rozsáhlou rekonstrukcí, která reflektovala vysoké nároky na výrobu mikročipů. A nejde jen o pověstnou čistotu vzduchu, která je naprosto klíčová (každé smítko prachu může čip zcela znehodnotit), ale třeba i eliminaci vlivu pohybu Země pomocí masivních perforovaných antivibračních kvádrů, na kterých stroje s cenovkou několika desítek milionů korun pracují v režimu 24/7 po celý rok.

I z těchto důvodů se přímo do výrobních prostor nepodíváme; očištění skupiny čítající zhruba dvacítku lidí by ve dvoumístných vzduchových sprchách bylo příliš zdlouhavé. Místo toho výrobní „jádro“ uprostřed haly, kde se zaměstnanci pohybují jen v ochranných oděvech a o odvod nežádoucích částic se neustále stará laminární proudění vzduchu, jen obcházíme a nahlížíme skrze několik okének po obvodu.

Desítky fotek víc než tisíc slov. Nahlédněte do výroby čipů v Rožnově

onsemi

onsemi

Další obrázky v galerii (29)

„Je to to nejčistější prostředí, které tu máme: v jedné kubické stopě může být maximálně jedna částice větší než půl mikronu, ale reálně to je ještě mnohem čistší,“ vysvětluje provozní ředitel onsemi Martin Dobeš. I kvůli této náročnosti personál uvnitř tráví dlouhé dvanáctihodinové směny, samozřejmě za dodržení pravidelných zákonných přestávek.

O pucích, receptech a čipech

Základem výroby čipů jsou takzvané wafery – tenounké křemíkové (či karbid-křemíkové) desky, na kterých složitým a až neuvěřitelně detailně monitorovaným postupem (takzvaný „recept“) vznikají desítky až tisíce čipů – to podle velikosti každého z nich. Některé jsou velké jen jeden milimetr čtvereční, jiné klidně i centimetr na centimetr. Záleží na tom, pro jakou aplikaci jsou určené.

Čipy z Rožnova pohání iPhony i nová auta. Poptávka je obrovská, hlásí firma

Wafery vznikají z homogenního materiálu ve tvaru přesného válce s výškou několika centimetrů – takzvaných puků. Ty z křemíku si zde dokážou sami vyrobit (či lépe řečeno „vypěstovat“), zatímco ingoty z karbidu křemíku dovážejí odjinud. „Jen výroba tohoto materiálu je technologicky i energeticky nesmírně náročná, a tedy i drahá,“ prozrazuje během prohlídky výroby Dobeš.

Pro představu: milimetrová deska karbidu křemíku stojí kolem 500 dolarů (asi 11 tisíc Kč). Celý „puk“ tak může vyjít klidně i na miliony – záleží na jeho výšce. „A my z těch puků laserem splitujeme jednotlivé desky, které pak brousíme a leštíme, aby měly nejen požadované geometrické parametry, ale i absolutně hladký povrch,“ popisuje, zatímco skupince ukazuje „puk“ za miliony.

Ani tenhle proces ale není jen tak; karbid křemíku je druhý nejtvrdší materiál planety a k jeho mechanickému opracování je proto potřeba brusných kotoučů s diamantovými fragmenty. „Takže je to extrémně drahé a celý proces je pomalý.“ Není proto divu, že klíčem k efektivitě je i snaha o co nejnižší ztráty; přesto původně půlmilimetrový wafer ztratí následnou úpravou zhruba 200 mikrometrů a výsledná deska má kolem 300 mikrometrů.

Jakmile je hotovo, přichází na řadu onen „recept“. Ten každé sérii (minimální jednotkou výroby je zásobník o 25 deskách) přiřadí předem jasně daný a do detailu propracovaný postup – od nanášení epitaxních vrstev v difuzních pecích, přes aplikaci fotorezistivního materiálu a masek definujících strukturu jednotlivých čipů až po implantování potřebného materiálu opačné vodivosti.

„V iontovém implantátoru desku bombardujete ionty. Tam, kde je oxid, to zůstane v oxidu, a tam, kde byl křemík, se to dostane do křemíku. Po odleptání zbytků oxidu tak máte křemíkovou desku, na které je polovodičový přechod – tedy dioda,“ popisuje Cáb s tím, že cestou k finálnímu čipu je těchto procesních kroků několik stovek. „Výroba jedné desky s čipy tak trvá klidně i deset týdnů.“

Unikátní technologie

Rožnovská výroba se chlubí i jedním unikátem, a to metodou „splitování“ pomocí laseru. Ta zde byla světově poprvé aplikovaná v průmyslovém měřítku. Kdo by si snad představoval, že zmíněný „puk“ z karbidu křemíku se na jednotlivé desky krájí laserem jako salám, mýlil by se. „Do přesně definované hloubky dáváme laserem impulsy, které naruší kovalentní vazby. A když to takhle uděláte na celé ploše puku, deska se sama odloupne,“ popisuje vedoucí výroby Marcela Kubíčková.

Používá se k tomu laser se specifickou optikou a každý z dílčích procesů představuje procesní inovaci – pracuje se s velmi tvrdým, a přitom poměrně křehkým, a navíc velmi drahým materiálem. Po následném obroušení na požadovanou kvalitu jsou deky tenké zhruba 300 až 350 mikrometrů a jsou tedy průhledné, čemuž musí být uzpůsobena i všechna procesní čidla. Při zpracování desek je pak nutné respektovat, že každá strana desky má výrazně jiné vlastnosti, protože jedna je „křemíková“ (na povrhu jsou křemíkové vazby) a druhá „uhlíková“ (na povrchu jsou uhlíkové vazby). Použití karbidových desek pro polovodičové aplikace přitom vyžaduje vysokou rovinnost monokrystalických desek a dokonalé povrchy bez defektů.

Nároky na přesnost i finanční náročnost celé výroby čipů se odráží i v detailním monitorování každého kroku tak, aby firma byla schopna kdykoli zjistit, kde případně nastala výrobní vada. „V každém kroku výrobkového procesu, což je 300 až 500 kroků, víme, kdo to dělal, kdy to dělal, jak dlouho, na jakém zařízení, jaké parametry zařízení mělo, co se na tom zařízení dělo...,“ popisuje vedoucí výroby rožnovského onsemi Marcela Kubíčková.

A pokud už se nějaká vada objeví? Od toho jsou tu laboratoře s nejpokročilejšími mikroskopy a spektrometry, které dokážou konkrétní součástku prozkoumat až do molekulární úrovně. Slouží nejen rožnovskému závodu, ale celé skupině onsemi. „Pokud se někde objeví vada, tady přijdeme na to, v čem je problém, a zjednáme díky tomu nápravu,“ říká vedoucí laboratoře David Pléha.

Promovaní inženýři

Bez vzdělaných mozků by to ale celé bylo k ničemu. Mikroskopy, spektrometry, oscilátory, ale i mikropájky a změť šuplíčků s pečlivě roztříděnými součástkami, které během exkurze na různých pracovištích potkáváme, mi ostatně dávají vzpomenout na studia na Vysokém učení technickém v Brně. A právě tahle univerzita je pro místní výrobu klíčová.

Vidět je to především v návrhovém (design) centru, kde vývoj každého nového čipu začíná. „Pracuje zde 75 % absolventů VUT. Já sám jsem členem průmyslové rady VUT. Je to naše pilotní škola, se kterou hodláme úzce spolupracovat i nadále,“ říká Radek Václavík, ředitel vývoje nových produktů v onsemi. Důležitost úzké spolupráce s univerzitami naznačuje už jen fakt, že 95 % všech zaměstnanců design centra jsou vysokoškoláci – od bakalářů, přes inženýry až po doktorské tituly.

V místních laboratořích čipy nejen vymýšlejí, ale i měří. Celkem má návrhové centrum kolem 400 zaměstnanců – v Rožnově, Brně a menší tým v Praze. „A právě těchto 400 vývojářů v Česku drží zhruba 300 mezinárodních patentů,“ ilustruje světový význam českých inženýrů Václavík. „Třeba takové to pípání v autech při couvání, čipy pro ultrazvukové senzory, tam máme dost patentů.“

Vedle výroby karbid křemíku v Rožnově nedělají ještě jednu věc: finální pouzdření čipů. Desky s čipy, které zde navrhnou a vyrobí, putují dále do Asie – především Malajsie. Tam se „naporcují“ a zapouzdří a až poté putují k zákazníkům. O těch největších zástupci firmy mluví jen velmi opatrně, a to kvůli přísným smlouvám o mlčenlivosti.

„Jsme technologicky na špičce a vyrábíme to nejlepší, co je na trhu k dostání. Jednáme s předními evropskými automobilkami o přímých dodávkách čipů a s řadou z nich máme smlouvy uzavřené na mnoho let dopředu,“ uvedl nicméně už dříve pro Finmag.cz Cáb. „Svět hladoví po čipech a tento trend bude v následujících desetiletích zesilovat,“ doplňuje ho Václavík.

Desítky fotek víc než tisíc slov. Nahlédněte do výroby čipů v Rožnově

onsemi

onsemi

Další obrázky v galerii (29)

I proto se má rožnovská továrna onsemi v příštích letech významně rozrůst. Americká firma loni oznámila, že zde hodlá investovat až dvě miliardy dolarů (cca 47 miliard Kč). „Cílem je především rozšířit výrobu, ale posunout se i technologicky,“ prozrazuje pro Finmag.cz Cáb s tím, že nyní se čeká, jak dopadne přezkum Evropské komise z pohledu finančních pobídek. K probíhajícímu jednání se tak nemohl blíže vyjádřit.

„Už v posledních třech čtyřech letech jsme ale do místního provozu investovali zhruba deset miliard korun,“ upozorňuje na závěr Cáb s tím, že tyto investice zůstávají ve stínu oznámeného obřího záměru. Ten ostatně budeme na Finmag.cz dál detailně sledovat.

Zaujali jsme vás? Pokračujte...

• Čipy došly, autoprůmysl v krizi. Kde je problém?

• Proč jsme doteď ksakru spali? Tahle malá součástka mění celý svět

• Čipy z Rožnova pohání iPhony i nová auta. Poptávka je obrovská, hlásí firma

Filantropie po česku… čtěte v novém Finmagu

Jsme stále štědřejší a objem dobročinných darů vytrvale roste. A když přijdou povodně, tornádo, nebo jiná humanitární krize? Rozdali bychom se.

Zdroj: Finmag

FILANTROPIE JE UMĚNÍ

Martin a Danka Kúšikovi směřují peníze z nadační činnosti do školních tříd. • Štěpánka a Karel Komárkovi podporují životní prostředí a kulturu, i vstupní lobby firemního sídla tak proměnili v neobvyklou galerii. • Kde všude pomáhají čeští miliardáři? A co jim vzkazuje magnát Jorge M. Pérez?

BYZNYS JE HRA

Ale když hackeři vyhrožují, že zveřejní vaše firemní data, jdou hrátky stranou. Ustojíte útok? • Ustojí také evropští zbrojaři lavinu objednávek? • ReArm Europe je ambiciózní plán, bude účinný?

Koupit Finmag