Fotonica is de beoogde opvolger van – en aanvulling op – de elektronica, die bij de fabricage en toepassing van chips tegen haar grenzen aanloopt. Het World Technology Mapping Forum, half juni in Den Bosch, is mede georganiseerd om de doorbraak in te luiden van deze moderne lichttechnologie – met de eerste aanzet tot een International Photonic Systems Roadmap. Applicatieontwikkelaars, modulebouwers en machinefabrikanten zitten op het vinkentouw. De provincies Gelderland, Noord-Brabant en Overijssel dragen alvast hun steentje bij door intensiever te gaan samenwerken. Samen met EZ staan ze voor een grote investeringsopgave.
Impressie van het World Technology Mapping Forum half juni in Den Bosch.
Met de semicon als lichtend voorbeeld
- ‘De eerste keer met al deze partijen, ook zij die elkaar als concurrenten zien, aan tafel.’
- ‘We moeten niet meer op honderd plekken het wiel uitvinden.’
- ‘Een factor drie tot vijf nauwkeuriger dan wat de huidige machines kunnen.’
- ‘Maar het kan ook verstorend werken, als grote oem’ers opeens gaan vertellen wat er moet gebeuren.’
Geïntegreerde fotonische chips (photonic integrated circuits, PICs) en hun toepassingen zijn in 2020 volgens de prognoses goed voor zestig miljard euro wereldwijde omzet. Deze chips verwerken data met behulp van licht (fotonen) in plaats van elektronen en doen dat met veel hogere capaciteit en een veel lager energieverbruik (en minder warmteontwikkeling) dan de huidige elektronische chips. Toepassingen liggen in data- en telecommunicatie en in sensing voor sectoren zoals lucht- en ruimtevaart, gezondheidszorg en hightech.
Tijdens het World Technology Mapping Forum (WTMF), door het Nederlandse Photon Delta en de Amerikaanse AIM Photonics Academy georganiseerd in het Provinciehuis in Den Bosch, troffen onderzoeksinstellingen en bedrijven elkaar om de fotonicaproducten van de toekomst en de daarvoor benodigde onderzoeken en investeringen in kaart te brengen. Deze gedeelde toekomstvisie moet in de vorm van een roadmap zorgen voor meer samenwerking, snellere ontwikkeling en standaardisatie. Met als inspiratiebron de International Technology Roadmap for Semiconductors, die al decennialang een disciplinerende werking heeft op onderzoekers, ontwikkelaars, fabrikanten en equipmentleveranciers in de halfgeleiderindustrie.
Ton Backx, hoogleraar aan de TU Eindhoven, president van het Eindhovense Institute for Photonic Integration en ceo van clusterorganisatie Photon Delta.
Focus roadmap op datacom
Initiatiefnemer van het WTMF was Ton Backx, hoogleraar aan de TU Eindhoven, president van het Eindhovense Institute for Photonic Integration en ceo van clusterorganisatie Photon Delta. ‘We zijn dicht bij mijn best case scenario uitgekomen. Het was de eerste keer dat al deze partijen, ook zij die elkaar als concurrenten zien, aan tafel zaten. Het ijs was snel gebroken en iedereen vond een worldwide roadmap opstellen een goed initiatief. De activiteiten van AIM Photonics en de Europese fotonicanetwerken gaan we meer integreren en ook de Aziaten doen volop mee.
Zij waren er als aparte partijen, uit China, Taiwan, Japan, Zuid-Korea en Singapore, maar gaan nu onderling in gesprek om hun samenwerking te stroomlijnen. We weten nu wat waar gebeurt en kunnen ontwikkelingen beter op elkaar afstemmen. Dat zorgt voor een stroomversnelling en dat is nodig, want met het huidige ontwikkeltempo halen we niet de milestones die nodig zijn om aan de behoefte van de datacom te kunnen voldoen. We moeten niet meer op honderd plekken het wiel uitvinden.’ Het marktonderzoek dat fotonica-insider Michael Lebby tijdens het WTMF presenteerde, bevestigde nog eens dat de focus op de datacom moet liggen, omdat daar de grote volumes chips nodig zijn voor de datacenters, die nu al bijna bezwijken onder de energieconsumptie en hittelast van de elektronische chips in de dataservers. Op de vleugels van de datacom kunnen markten als telecom, automatisering, medical en hightech zich ontwikkelen. Den Bosch heeft ook de samenwerking tussen de verschillende Europese fotonicaclusters geïntensiveerd, aldus Backx. ‘Ik ben de provincie Noord-Brabant uitermate dankbaar dat ze ons heeft geholpen deze conferentie te organiseren.’
Kansen voor machinebouwers
Als Twentse vertegenwoordiger in Photon Delta was Paul van Dijk, vice president strategy and innovation van het Enschedese LioniX International, erbij betrokken. Zijn bedrijf is ontstaan uit de bundeling van enkele spin-offs van het MESA+
Paul van Dijk, vice president strategy and innovation van het Enschedese LioniX International,
instituut voor nanotechnologie op gebied van geïntegreerde fotonica, microfluïdica, optofluïdica en mems. Met hulp van een Koreaanse investeerder kan het nu productontwikkeling versnellen en toegang tot de Koreaanse markt krijgen. Waar ‘Eindhoven’ met zijn IndiumPhosphide-platform inzet op actieve fotonicacomponenten zoals lasers, werkt LioniX met de in Twente ontwikkelde TriPleX™ -technologie. Dat platform omvat passieve componenten, zoals filters en schakelaars, die heel weinig lichtverlies kennen en in een zeer breed golflengtespectrum werken, wat vooral voor sensing handig is. LioniX werpt zich op als verticaal geïntegreerde onderneming die complete modules in plaats van losse chips wil verkopen. Assemblage is dan een belangrijke productiestap. Samen met een Amerikaanse collega is Van Dijk trekker van de roadmapwerkgroep voor assemblage. De grote uitdaging is volgens hem de verschillende platformen te integreren. ‘Op dit moment is het duurder om de verschillende technologielagen in één chip te maken; daarom wordt ervoor gekozen verschillende chips te combineren in één package. De discussie is nu hoeveel discrete componenten men in een package wil. Daarbij gaat het niet alleen om de miniaturisatie, maar ook om robuustheid, gewicht en energieverbruik.’ LioniX kiest ervoor om de chips niet verticaal maar in het horizontale vlak op elkaar te laten aansluiten. Dat vergt op elkaar uitlijnen met een nauwkeurigheid van 100 nanometer. ‘
Daar liggen dus kansen voor machinebouwers. VDL ETG
Een factor drie tot vijf nauwkeuriger dan wat de huidige machines van fabrikanten als Kulicke & Soffa en Mycronic kunnen.’ Daar liggen dus kansen voor machinebouwers. VDL ETG werd al in Den Bosch gesignaleerd. ‘Er ontstaat een nieuwe generatie advanced packaging-technologieën voor geïntegreerde fotonica. Daarvoor is equipment nodig met deels bekende, wafergebaseerde, functionaliteit en deels nieuwe, fiber-to-wafer’, aldus Ton Peijnenburg, manager systems engineering bij VDL ETG.
Supply chain aanhaken
Erik Teunissen, senior managing consultant bij adviesbureau Berenschot
Erik Teunissen, senior managing consultant van Berenschot, ziet ook kansen voor de Nederlandse hightech. De afgelopen jaren heeft hij als programmacoördinator van het Europese programma MEMPHIS (Merging Electronics and Micro and nano-Photonics in Integrated Systems) al veel ervaring opgedaan met het bouwen van fotonica-consortia. ‘Nu ben ik betrokken bij het schrijven van de roadmap. We zijn druk aan het organiseren: formats maken, teams inrichten en een wereldwijd netwerk voor informatieverzameling opbouwen.’ Hij noemt het WTMF ‘een goede opstart’. ‘Europese landen en Amerika doen mee, maar het netwerk is groter. In Azië is Ton Backx nu bruggen aan het bouwen, want die landen moeten nog nadrukkelijker aanhaken. Wel miste ik aandacht voor de vraagkant, de bouwers van fotonische applicaties. Daar zit Nederland wel goed, met zijn hightech supply chain, die we nu moeten laten aansluiten op deze fotonische technologie.’
Verstorend
Zo’n applicatiebouwer is Technobis uit Alkmaar, een eenzame voorloper die tien jaar geleden met fotonica startte en sinds kort ‘fotonische kastjes’ levert die vervorming in bijvoorbeeld precisiemachines en vliegtuigvleugels monitoren. Ceo Pim Kat was erbij in Den Bosch, maar zag er geen conculega’s. ‘Wij verwachten er zelf werk uit te halen maar willen ons ook naar hen openstellen. We hebben er belang bij dat de wereld van de geïntegreerde fotonica echt van start gaat, dat de volumes in de foundries gaan toenemen en de fotonische keten op alle fronten meer volwassenheid krijgt. Ik heb al aangeboden om te helpen designs sneller naar de markt te krijgen. Bedrijven die met het designen van chips beginnen, maken de fouten die wij vijf jaar geleden maakten. Ik kan hen helpen de iteraties te verkorten.’
Technobis fabriceert complete modules op basis van optische chips.
Al met al is de Technobis-ceo eens te meer overtuigd geraakt dat ons land in de fotonische wereld vooroploopt.
In Den Bosch nam Kat deel aan de workshop over packaging. Hij hoorde er geen nieuwe dingen en kreeg bevestigd dat de packaging van fotonische chips nog wordt onderschat. ‘Het thermisch management van de chips bijvoorbeeld wil men aanpakken zoals dat ook voor elektronische chips gebeurt, maar dat klopt niet. Een aantal spelers heeft wel de klok horen luiden maar weet niet waar de klepel hangt.’ Niet voor niets had Kat eerder al besloten in Alkmaar een eigen faciliteit voor packaging & testing te bouwen. Eind juni ging de eerste paal de grond in en volgend jaar februari moet ie klaar zijn. ‘We gaan dan ons bedrijf, met nu 55 mensen, verdubbelen.’
Pim Kat juicht toe dat grote Nederlandse oem’ers als ASML en Philips betrokken raken bij de fotonica-roadmap. ‘Maar het kan ook verstorend werken, als zij opeens gaan vertellen wat er moet gebeuren. Ik laat graag zien wat er in hun roadmap al bij ons te koop is.’ Al met al is de Technobis-ceo eens te meer overtuigd geraakt dat ons land in de fotonische wereld vooroploopt. De in Den Bosch gemaakte afspraak dat de vervolgbijeenkomst komend voorjaar in Twente zal plaatsvinden, dus wederom in Nederland, onderstreept dat.
Drie provincies slaan handen ineen
De provincies Gelderland, Noord-Brabant en Overijssel, die samen het Nederlandse zwaartepunt in elektronica en fotonica herbergen, gaan samenwerken aan de ontwikkeling van fotonica. Ze stemmen hun inspanningen op elkaar af, zoeken samen naar investeerders en promoten gezamenlijk het belang van de ontwikkeling van de technologie in binnen- en buitenland. In Den Bosch tekenden ze daartoe half juni een memorandum of understanding. Nederland heeft een voorsprong op dit gebied, maar grote publieke en private investeringen zijn nodig om deze positie te behouden, aldus de drie provincies. Zij willen daarom kennisinstellingen en (mkb)-ondernemers zo goed mogelijk ondersteunen en daarbij zoveel mogelijk aanvullend aan elkaar werken. Bedrijven in Noord-Brabant en de TU/e ontwikkelen en produceren vooral PICs voor telecommunicatiesystemen en datacenters. In Overijssel richten Universiteit Twente en Twentse bedrijven zich vooral op sensortoepassingen voor medische applicaties en de industrie. Gelderland heeft met de NXP-fabriek in Nijmegen een belangrijke faciliteit voor het produceren van elektronische chips, onder meer voor de auto-industrie.
Ton Backx en Erik Teunissen zien voor de drie provincies, samen met EZ, vooral een rol weggelegd bij het creëren van een shared facility infrastructuur. De komende vijf jaar zal er 250-300 miljoen euro moeten worden geïnvesteerd in apparatuur en mensen, zodat de onderzoeksinstellingen en bedrijven sneller de benodigde processen kunnen ontwikkelen en sneller producten naar de markt kunnen brengen. Backx: ‘In maart hadden we een eerste bespreking op het ministerie van EZ; we werken nu aan een voorstel en in september is er een vervolggesprek. Samen kunnen we het hele ecosysteem aanjagen. De bedrijven in Nederland zijn klein, die kunnen zelf niet investeren in grote ontwikkelfaciliteiten. Het memorandum of understanding is een eerste aanzet.’
Nederlands fotonica-ecosysteem: veelbelovend maar kwetsbaar
De waardeketen voor fotonica in Nederland. Bron: PhotonicsNL en ABN AMRO, ‘Nederlandse industrie ziet het licht met fotonica’, 2017
De Nederlandse fotonica-industrie groeit hard, zo blijkt uit recent onderzoek van ABN AMRO en branchevereniging PhotonicsNL. Zo’n 160 bedrijven, kennisinstellingen en opleidingsinstituten zijn actief in deze branche en genereren daarmee ongeveer twee miljard euro omzet, vooral nog in de onderzoeks-, certificerings- en ontwikkelingsfase, maar inmiddels dienen zich producten aan die klaar zijn voor de markt. De sector is daarmee nog relatief klein en kwetsbaar, maar het potentieel is groot. De onderzoekers komen daarom met vier aanbevelingen voor de betrokkenen bij de Nederlandse fotonica-industrie:
- Ondernemers: intensiveer onderlinge samenwerking.
- Overheid: ontwikkel een brede visie op technologie met veel aandacht voor nieuwe technologieën zoals fotonica.
- Onderwijs: investeer in fotonica en de bekendheid daarvan onder studenten.
- Financiers en investeerders: ga stapelen.
