12/7/2023
Budova onsemi | Foto: onsemi
Čipy, malinkaté elektrosoučástky, bez kterých už moderní svět nedokáže fungovat. Země se předhánějí v tom, jak přilákat firmy, které zajistí jejich produkci v dostatečném objemu. Evropská unie kvůli tomu přišla s novým zákonem, z něhož by mohl těžit i český výrobce. Není v oboru žádný nováček: v rožnovském onsemi vyrábějí deset milionů čipů denně, přes tři miliardy ročně. Zatím jsou to čipy vyrobené na křemíku. Trendem budoucnosti je ale karbid křemíku – a i tady patří rožnovská onsemi k úspěšným. Chystá v této oblasti velkou expanzi.
Když se v onsemi v Rožnově pod Radhoštěm řekne „čistý prostor“, neznamená to, že zrovna prošla četa uklízečů, ani že za rohem nečíhá nebezpečný záškodník se samopalem. Čistý prostor, ve kterém může probíhat výroba čipů, představuje v podstatě hermeticky uzavřenou místnost, kde se skrze zdvojenou podlahu a strop nepřetržitě pročisťuje vzduch a udržuje konstantní teplota a vlhkost. Vstup mají povolen jen vybrané osoby, a to v antistatických kombinézách, s pokrývkou hlavy, rouškou a ochrannými brýlemi. I smítko menší než mikrometr, které není běžně okem viditelné, může vyráběný produkt znehodnotit.
Produktem, kvůli kterému je nutné investovat miliony dolarů už jen do samotných budov, je čip, komponenta, jejíž název se stal jedním z nejfrekventovanějších slov především v sektoru automotive. V posledních dvou letech právě kvůli jejich nedostatku řada automobilových výrobců musela omezit nebo na čas dokonce zastavit výrobu.
Problémy s dodávkami polovodičů do jisté míry stále přetrvávají, přitom jisté je, že jejich potřeba v automobilech rychle roste. Zatímco před pěti šesti lety připadalo na jeden vůz asi 200 čipů, dnes je to okolo 1500. Část z těchto komponent v dnešních automobilech nese významnou českou stopu – ať už jsou v Rožnově přímo vyrobené nebo vznikly na křemíkových deskách ze zdejšího onsemi, případně byly navrženy v rožnovském nebo brněnském design centru.
Viceprezident onsemi Aleš Cáb s karbido-křemíkovou deskou. | Foto: onsemi
Z více než tří miliard čipů vyrobených ročně v onsemi v Rožnově směřuje 40 procent právě do oblasti automotive. Ostatní spotřebují komunikace a průmyslové aplikace.
Zatím rožnovský podnik vždycky dostál svým závazkům, nebyl důvodem žádného výpadku ani v době covidové. Aby mohl uspokojit zvyšující se poptávku, masivně investuje – loni to byly čtyři miliardy korun, letos to má být dalších osm. Pokud se podaří realizovat všechny plány, mohl by se stát rožnovský podnik celosvětově významným dodavatelem těch nejmodernějších čipů.
Hlavním produktem v Rožnově pod Radhoštěm jsou dnes čipy na bázi křemíku a také vlastní křemíkové desky, které jsou zásadním vstupním materiálem. Obojí je značně sofistikovaný proces. Složitě a dlouho se připravuje už samotná deska. „Vstupním materiálem je polykrystalický křemík, který onsemi odebírá od dodavatele z Německa, případně z jiných evropských zemí,“ říká Michal Lorenc, vedoucí projektů výzkumu a vývoje onsemi, a popisuje dále proces výroby: „Tuto surovinu roztavíme, vytáhneme dokonalý monokrystal křemíku, nařežeme ho na desky o průměru 150 nebo 200 milimetrů a upravíme povrch, aby byl dokonale hladký. Více než polovinu těchto desek posíláme do poboček onsemi na celém světě, zbytek slouží pro výrobu čipů v Rožnově.“
Dokonalost povrchové vrstvy desek se zajišťuje takzvanou epitaxí, což je proces, při kterém na povrchu desky roste tenká krystalická vrstva, která má shodnou krystalickou strukturu s leštěným substrátem, ale může mít odlišné elektrické vlastnosti v závislosti na požadovaných parametrech specifické aplikace – polovodičové součástky.
Následuje samotná výroba čipů, což představuje účelný sled různých fyzikálních a chemických procesů – růst funkčních vrstev, leptání potřebných vzorů pomocí masek, propojování. Celkově může jít až o 300 operací, z nichž každá si vyžádá určitý čas. Celkově tak výroba čipu trvá šest až osm týdnů.
Na jedné desce se vytvoří maximální možný počet čipů, který přímo závisí na velikosti desky i velikosti čipu. V Rožnově se už dalším procesem nezabývají. „Pro nás je to finální výrobek, který odesíláme do výrobních závodů v Asii, na Filipíny nebo do Malajsie, kde pak dochází k členění čipů. Desky se nařežou a čipy finálně zapouzdří,“ říká viceprezident firmy Aleš Cáb a vysvětluje, proč zvolila mateřská firma onsemi tento postup: „Každý se snaží optimalizovat náklady. Zatímco proces výroby čipů na desce je nejnáročnější a vyžaduje komplexní odbornou a technologickou kompetenci, nařezání a montáž je proces s minimální přidanou hodnotou, který je výhodné dělat tam, kde jsou nižší náklady. Navíc velká část výrobců, kteří čipy potřebují do svých aplikací, se nachází také v Asii.“
Druhů čipů je nepřeberné množství, v Rožnově jich vyrábějí stovky různých, v automotive souvisejících především s pohonem elektromobilu.
Průměrně se dnes v jednom automobilu nachází 1 500 polovodičů, které kontrolují prakticky vše, od airbagu po motor. Bez čipů by moderní auta vůbec nejela. 
Cílem investic, které v poslední době proudí do rožnovské firmy, je ale postoupit od křemíkových desek o krok dál, a to k výrobě čipů na bázi karbidu křemíku. Výhodou této sloučeniny uhlíku a křemíku je, že umožňuje efektivněji využívat elektrickou energii.
„Už v roce 2016 realizovala mateřská onsemi klíčovou akvizici firmy, která měla program pro karbid křemíku,“ popisuje Michal Lorenc historii. „Vize onsemi byla využít obrovský tržní potenciál a pustit se do výroby čipů na bázi karbidu křemíku ve velkém. My jsme v té době v Rožnově zkoušeli jiné procesy, a to na bázi galium nitridu, kde jsme také dosáhli skvělých výsledků, ale do výroby se to nikdy nedostalo. V roce 2017 vedení rozhodlo o ukončení tohoto programu v Rožnově a o zahájení výzkumu a vývoje desek karbidu křemíku.“
Výchozí surovinou na výrobu desek je sloučenina křemíku a uhlíku, která se vyrábí uměle, významným dodavatelem je Norsko.
Pilotní linku s investicí 10 milionů dolarů postavili v Rožnově rychle a zahájili vlastní výzkum, vývoj a následně výrobu desek o průměru 150 mm. V roce 2021 se onsemi Rožnov zařadil mezi pět firem na světě, které jsou schopné vyrobit na špičkové úrovni desku v průměru 200 mm.
Na další klíčové procesy už měli málo prostoru i zdrojů. „Máme jen pět pecí na růst krystalů karbidu křemíku pro vývojové účely. Pro skutečné výrobní objemy bychom jich potřebovali několik stovek a k tomu další náročné technologie pro opracování krystalů,“ s lítostí líčí Michal Lorenc. Výrobu krystalů karbidu křemíku tak v korporaci zajišťuje výrobní podnik v USA, který společnost onsemi pohltila v roce 2021, a rožnovské pece na růst krystalů se nyní využívají jen k výzkumu a vývoji. Finální výroba čipů na karbidových deskách z Rožnova je zatím soustředěna do závodu v Koreji, ale logickým krokem je využití špičkové polovodičové způsobilosti Rožnova k expanzi jak ve výrobě krystalů, tak čipů.
Infineon | NXP | Renesas | Texas Instruments | ST Micro | onsemi
Poznámka: Pokus bychom rozlišovali čipy pro automotive podle uplatnění, zaujímá koncern onsemi 3. místo v automotive sensing, 4. místo v automotive power a 6. místo v oblasti automotive microcontroller.
Karbid křemíku je moderní materiál, jehož využití je stále ještě na začátku a čipy se zatím ve výrobních objemech dělají pouze na deskách o průměru 150 mm. Nicméně na rozdíl od galium nitridu, který na svůj čas teprve čeká, karbid křemíku už v mnohém nahrazuje křemík. Jak ale říká Aleš Cáb, stále bude řada technologií, které zůstanou doménou čipů na křemíkových deskách: „Určité typy výrobků budou pořád vyráběné na křemíku, protože ne všude je důležitá úspora elektrické energie. Nicméně v aplikacích pro elektromobily nebo u solárních panelů k přesunu ke karbidu křemíku jednoznačně dojde.“
Pro výrobu čipů platí přísná pravidla. V čistých prostorách se lze pohybovat pouze v antistatickém oděvu, s rouškou a ochrannými brýlemi | Foto: onsemi
To je také důvodem, proč by v onsemi vedle výroby karbidových desek rádi zavedli i další kroky výroby a měli tady kompletní proces produkce čipů na karbidu křemíku. „Zatím je to tak, že vstupní materiál, opracované krystaly v podobě puků, přichází z Hudsonu v USA, u nás se vyrobí leštěná deska, na povrchu desky vyrobíme epitaxní vrstvu s elektrickými parametry pro danou aplikaci a výroba čipů pokračuje v Bucheonu v Koreji. Naše ambice je, abychom tady měli i tu první část – růst krystalů, i samotnou výrobu čipů. Víme, že to dokážeme, máme zkušenosti s celým procesem u křemíku a vlastní výzkum a vývoj na karbidu křemíku. Ale investice do technologií na růst krystalů a vybudování linky na výrobu čipů se počítá v řádu miliard dolarů.“
Aby mohla firma realizovat své plány, potřebuje podporu. Logickým krokem je tedy jednání o investiční pobídce. Finanční ředitel firmy Josef Švejda věří ve vstřícnost vlády: „Náš záměr přesně zapadá do toho, o co Evropa usiluje – zvýšit nezávislost na dovozu důležitých komponent. Investiční pobídky přitom nabízejí i jiné, konkurenční země. V USA lze získat pobídku ve výši 30–40 procent nákladů, v Jižní Koreji mají pro polovodičový byznys 25 procent. U nás je to standardně pouze deset procent.“
celosvětový trh s čipy 600 mld. USD | celosvětový trh s čipy pro automotive 50 mld. USD | tržby onsemi globálně 8,3 mld. USD | tržby onsemi globálně z čipů pro automotive 40 % tj. 3,3 mld. USD | očekávané tržby z technologií karbidu křemíku (2023) onsemi globálně 1 mld. USD | tržby onsemi Rožnov 5 mld. Kč | tržby onsemi Rožnov z čipů pro automotive 2 mld. Kč | očekávané tržby z technologií karbidu křemíku (2030) onsemi Rožnov >15 mld. Kč | počet zaměstnanců onsemi globálně 33 000 | počet zaměstnanců onsemi Rožnov 2 100.
Naději získat podporu dává také evropský Chips Act, zákon o čipech, který má zvýšit podíl produkce Evropy z aktuálních méně než deseti na dvacet procent do roku 2030. Tento zákon otevírá možnost poskytnout podporu i těm firmám, které by na ni jinak neměly nárok, ale pouze ve vybraných sektorech. Polovodiče pro výkonové aplikace se nakonec podařilo do zákona prosadit. Konečné rozhodnutí, zda by onsemi dostalo ještě nějakou další podporu a z jakých zdrojů, ale bude nakonec také na vládě.
Mateřská společnost onsemi v uplynulých letech prokázala, že Rožnov pod Radhoštěm hraje důležitou roli v její strategii zásobovat trh s čipy, včetně toho evropského. Navíc rožnovský podnik už prokázal s křemíkem, že je schopný zajistit komplexní výrobní proces – i to je jeden z aspektů, proč má česká pobočka v rámci koncernu významné postavení.
Důležité je v této souvislosti uvést, že o odbyt výkonových modulů na bázi karbidu křemíku má onsemi postaráno. Jejími největšími zákazníky jsou Volkswagen, Tesla, Hyundai a BMW, s nimiž má uzavřené dlouhodobé obchodní kontrakty.
Strategickou spolupráci oznámila společnost začátkem letošního roku, a to právě s Volkswagenem. Jde o dodávku polovodičů pro elektrická vozidla nové generace, celkově má jít o portfolio až 500 různých komponent.
Za velký průlom považují v onsemi uzavření dohody s Teslou, která má zájem asi o 300 komponent.
Také čínská společnost NIO si vybrala jako dodavatele napájecích modulů pro své elektromobily společnost onsemi, podobně jako technologická firma ZEEKR, které onsemi poskytne komponenty ke zvýšení účinnosti hnacího ústrojí elektromobilů. Zájem o dodávky má i Jaguar Land Rover a Kia.
To, co odlišuje nejvíce rožnovský podnik od jeho konkurentů, ať už kdekoliv ve světě, je historie a díky ní i dlouholetá kompetence v oblasti polovodičů. Jeden z předchůdců dnešní firmy, národní podnik Tesla Rožnov, vznikl v roce 1949 a v padesátých letech zahájil výrobu polovodičů a elektronických součástek nejprve pro rádia, později i pro televizory. Pro zajímavost, v roce 1951 vznikla v Rožnově Střední průmyslová škola vakuové elektrotechniky, která byla po více než třicet let prestiž‑ ním vzdělávacím zařízením celostátního významu, pokud jde o tento obor.
Výroba měla už tehdy světovou úroveň a v roce 1967 se tady začaly vyrábět první jednoduché integrované ob‑ vody (osm let po jejich světově první komerční realizaci). Kromě vlastní výroby součástek a kompletních radiopřijímačů a televizorů byla zvládnuta i výroba potřebných čistých materiálů jako polykrystalický křemík a mono‑ krystalický křemík. Od roku 1984 se v Rožnově vyráběly také barevné televizní obrazovky v licenci firmy Toshiba.
Po privatizaci v roce 1990 vzniklo na místě původní Tesly čtrnáct samostatně hospodařících jednotek. Jed‑ na z nich, nástupnická organizace Tesla Sezam, stále výrobce polovodičů, navázala v roce 1993 partnerství s firmou Motorola, která kromě mobilních telefonů měla i divizi vyrábějící polovodiče. O deset let později se Tesla Sezam spojila s druhou nástupnickou organizací, výrobcem křemíku Terosil, a fúzí vznikla výrobní společnost ON Semiconductor Czech Republic, dnes s názvem onsemi. Je stoprocentně vlastněná americkým koncernem stejného jména, který je postavený původně na polovodičové divizi vyčleněné z Motoroly.
Během dvaceti let se měnil jak celý objekt rožnovské onsemi, řada budov se rekonstruovala a modernizovala, tak i objem výroby. Rožnov má důvěru své matky, která sem přesunula řadu výrob, například z Francie, USA či z Japonska, s cílem vytvořit tady důležitou výrobní základnu.
Významným faktorem, jenž činí z rožnovské společnosti výrobce, který se v konkurenci neztratí, je vlastní výzkum a vývoj, a to jak ve výrobě materiálů, tak i ve výrobě čipů. Vývoj se ale neuzavírá jen uvnitř firmy, onsemi má navázanou širokou spolupráci s několika vysokými školami, především s brněnským Vysokým učením technickým a Masarykovou univerzitou. To jsou mimo jiné také zdroje, odkud může čerpat čerstvé zaměstnance a zaškolit si je v potřebných oborech.
Součástí rožnovské společnosti je také design centrum, ve kterém pracuje okolo 300 zaměstnanců. Druhé takové středisko, které patří do nadnárodní skupiny onsemi, je ON Design Czech v Brně s dvěma stovkami pracovníků. Zatímco v Rožnově se zaměřují na power management, brněnské středisko je centrem excelence v oblasti takzvaného intelligent sensing.
