Visita alla fabbrica di semiconduttori Bosch a Dresda

È trascorso un anno da quando Bosch ha avviato una nuova fabbrica di semiconduttori a Dresda, in Germania. La struttura è ancora in fase di ampliamento, quindi solo ora, per la prima volta, i giornalisti potrebbero vederlo. Abbiamo verificato le condizioni in cui sono prodotti i cosiddetti “chip”, uno dei prodotti più ricercati al mondo.

La fabbrica di semiconduttori è un investimento da miliardi di dollari.

Lo stabilimento di produzione di Dresda è il più grande investimento nella storia di Bosch. A causa della crisi dei semiconduttori causata dalla pandemia, la struttura è stata aperta sei mesi prima del previsto (giugno 2021). Non è solo l’impianto più costoso, ma anche il più moderno nel portafoglio dell’azienda. Estremamente automatizzato e robotizzato, ha anche una copia virtuale in 3D. Gli operai usano la cosiddetta realtà aumentata e molti processi di produzione possono essere controllati da remoto, dalle sedi Bosch in tutto il mondo. Nello stabilimento è inoltre in costruzione un centro di ricerca e sviluppo.

Una fabbrica di semiconduttori è un investimento rischioso che richiede enormi esborsi finanziari ed è sensibile alle turbolenze del mercato che potrebbero minarne la redditività. Tra l’altro, a causa delle preoccupazioni delle aziende dell’industria elettronica su questo tipo di investimenti, è scoppiata una crisi nel mercato dei semiconduttori. Una delle ragioni di ciò è anche il fatto che la maggior parte delle fabbriche di “chip” si tovano in Asia. Questa situazione deve cambiare. Attualmente, l’obiettivo dei governi e delle aziende europee come Bosch è aumentare la quota europea della produzione mondiale di semiconduttori dal 10 al 20% entro la fine del 2030.

Il nuovo stabilimento di produzione di Dresda non è la prima esperienza di Bosch con i semiconduttori. L’azienda ha anche uno stabilimento a Reutlingen, dove dagli anni ’70 produce chip a base di wafer da 150 e 200 mm. A Dresda è attualmente in corso la produzione di chip a base di wafer da 300 mm. L’azienda sta lavorando anche qui all’ulteriore modifica dei propri microcircuiti elettromeccanici (MEMS), in particolare per l’industria dei beni di consumo. Presto saranno prodotti anche su circuiti integrati da 300 mm.

Come vengono prodotti i semiconduttori?

Per chi non ha competenze ingegneristiche, la produzione di semiconduttori, cioè elementi senza i quali è impossibile il funzionamento dei più moderni dispositivi elettronici (compresi quelli che utilizzano soluzioni elettroniche per auto), per usare un eufemismo, qualcosa di incomprensibile. Per illustrare ciò di cui abbiamo a che fare qui, faremo una domanda di apertura:

In quanti passaggi è composto il processo di produzione di un singolo “chip” come nell’immagine qui sotto?

a) da otto

b) da ottanta

c) da ottocento

La maggior parte dei lettori potrebbe aver intuito che la risposta c) era corretta. Se le fasi del processo di produzione dei semiconduttori fossero suddivise in strati, ciò risulterebbe in qualcosa di simile a un grattacielo in miniatura. La produzione precisa di tali elementi deve essere completamente automatizzata. Solo i robot sono in grado di garantire la ripetibilità dei processi produttivi. I componenti elettronici utilizzati, ad esempio, nel campo dell’elettromobilità devono avere dimensioni comprese tra 40 e 200 nanometri. Poiché si tratta di componenti in miniatura, è importante anche ottenere la massima pulizia del processo produttivo. Ogni minima contaminazione – un capello o una particella di polvere – può interrompere questo costoso processo.

Mantenere la totale sterilità di stanze enormi è una vera sfida. Sebbene solo i robot operino nelle camere bianche, a causa della necessità di supervisionare e correggere i processi, nonché di svolgere attività di servizio, non possono essere chiusi ermeticamente. Le persone possono entrare solo indossando un abito speciale. Ma non è tutto, l’aria nelle “camere bianche” viene forzata dall’alto e aspirata attraverso il pavimento, in modo che tutte le particelle non galleggino nell’aria.

Durante la nostra visita alla fabbrica di Dresda, abbiamo osservato solo la produzione attraverso il vetro: non ci è stato permesso di entrare nella sala di produzione principale. Anche nel vestibolo, però, bisogna badare alla sterilità, quindi ognuno dei circa 40 giornalisti di tutto il mondo invitati da Bosch ha dovuto indossare il seguente costume:

Per la produzione di semiconduttori vengono utilizzati elementi rari (come oro o palladio) e composti chimici ottenuti in condizioni di laboratorio. Ogni fabbrica dipende dalla fornitura di tali materie prime. Nel suo secondo stabilimento di Reutlingen, Bosch produce chip in carburo di silicio (SiC) da utilizzare nell’elettronica di potenza di veicoli elettrici e ibridi. Contribuiscono ad ampliare di parecchi punti percentuali l’autonomia dei veicoli con una singola carica. Nei suoi centri di sviluppo, Bosch continua ad analizzare la possibilità di utilizzare nuovi tipi di materie prime per aumentare l’efficienza del prodotto e ridurre i costi di produzione. Attualmente analizzando, tra l’altro, la possibilità di utilizzare chip a base di nitruro di gallio per applicazioni nei veicoli elettrici.

Il capannone di produzione dello stabilimento Bosch di Dresda è una superficie bianca sterile su cui sono affiancate le macchine, che costituiscono le “stazioni” successive nel processo di produzione dei semiconduttori. Le patatine vengono posizionate su uno speciale oggetto circolare chiamato “wafer” in tedesco, che può essere tradotto letteralmente come “wafer”. Perché è rotondo? Gli ingegneri Bosch affermano che questa forma è la più facile da lavorare a causa della distanza uguale dal centro del cerchio a tutte le sue estremità. I singoli chip non vengono tagliati dal wafer fino a una delle ultime fasi del processo.

Tra macchine successive, i wafer vengono trasportati da robot planari. Possono muoversi in tutte le direzioni e ruotare attorno al proprio asse a causa del fenomeno della levitazione in un campo magnetico. L’intelligenza artificiale è ampiamente utilizzata per controllare i robot.

Tutti i dati in una fabbrica di semiconduttori, siano essi macchine, sensori o prodotti, vengono raccolti in un database centrale. Effetto: ogni secondo vengono generati dati di produzione per 500 pagine di testo. In un giorno – oltre 42 milioni di pagine. Questi dati vengono poi analizzati con l’aiuto dell’intelligenza artificiale. In questo processo, gli algoritmi di auto-ottimizzazione imparano come fare previsioni dai dati. In questo modo è possibile analizzare in tempo reale i processi di produzione e manutenzione. L’algoritmo di intelligenza artificiale è in grado di rilevare anche le più piccole anomalie nei prodotti. Queste anomalie sono visibili sulla superficie della lavagna sotto forma di alcuni tipi di errori chiamati firme. Le loro cause vengono analizzate immediatamente e le deviazioni di processo vengono corrette tempestivamente prima che possano influire sull’affidabilità del prodotto.

I wafer non possono essere toccati dall’uomo, quindi anche il controllo qualità e il confezionamento dei semiconduttori finiti sono robotici. Tuttavia, l’intero controllo è esercitato dagli ingegneri, ai quali vengono forniti costantemente i dati dell’intero processo produttivo. È importante sottolineare che la completa robotizzazione della fabbrica e la comunicazione tra i dispositivi consentono di coordinare alcuni processi da postazioni remote. La produzione stessa è completamente ermetica: se non fosse per la presenza di ingegneri e tecnici dell’assistenza che si spostano all’interno del sito, anche l’illuminazione nelle camere bianche non sarebbe necessaria.

Al termine del processo di produzione, i wafer di chip vengono preparati per il trasporto. Devono rimanere sempre in un ambiente ermetico. Sono confezionati in contenitori sottovuoto impilati. Ogni wafer riceve anche uno strato protettivo aggiuntivo.

La fabbrica di semiconduttori di Dresda risolverà la crisi automobilistica?

La nuova fabbrica di chip europea è senza dubbio una forte risposta ai problemi dell’attuale mercato della produzione automobilistica, ma non sarà in grado di affrontare da sola la crisi. Bosch produrrà vari tipi di semiconduttori a Dresda: alcuni andranno alle fabbriche delle case automobilistiche, ma vale la pena ricordare che Bosch è anche produttore e fornitore in molti altri settori. I chip prodotti nel nuovo stabilimento lavoreranno, tra l’altro, in negli elettroutensili Bosch, nelle biciclette elettriche, nelle motociclette e negli elettrodomestici. Anche aziende esterne di settori diversi dall’industria automobilistica si contenderanno i chip prodotti a Dresda. Bosch vuole svolgere un ruolo nell’aumento della produzione di semiconduttori in Europa rispetto ad altre regioni del mondo, ma la fabbrica di Dresda non è una ricetta magica per una crisi. Molti altri colossi della produzione europei dovrebbero seguire l’esempio dell’azienda tedesca.

I piani dei circuiti integrati di Bosch

La visita allo stabilimento Bosch è stata preceduta da una conferenza stampa con la partecipazione dell’amministratore delegato dell’azienda, il dott. Stefan Hartung. Ha parlato dei miliardi di denaro che Bosch intende spendere per lo sviluppo della microelettronica.

Lo stabilimento di Dresda non è ancora pienamente operativo come previsto. Nel prossimo anno la sua espansione consumerà altri 250 milioni di euro, necessari per creare altri 3.000 posti di lavoro. mq di camera bianca (attualmente l’intero stabilimento occupa circa 72mila mq). Attualmente nello stabilimento lavorano circa 400 persone, ma l’obiettivo occupazionale è di raggiungere circa 700 dipendenti. La produzione è completamente automatizzata, quindi Bosch non cerca tanto lavoratori manuali quanto ingegneri di talento e specialisti IT. Li sta cercando non solo in Germania, attualmente la fabbrica impiega rappresentanti di un totale di 20 paesi in tutto il mondo. Presto saranno operativi due nuovi centri di ricerca e sviluppo Bosch a Dresda e Reutlingen. Il costo totale della loro costruzione ammonterà a 170 milioni di euro.

La ricerca conferma l’aumento della domanda di semiconduttori: già nel 1998, secondo i dati dell’organizzazione ZVEI, il valore della microelettronica nella nuova vettura era di 120 euro. Entro il 2018, questo valore è salito a 500 EUR e nel 2023 dovrebbe superare i 600 EUR.

Bosch TECH DAY di Dresda

Bosch ha deciso di abbinare la visita dei giornalisti alla fabbrica di semiconduttori di Dresda con l’evento TECH DAY, ovvero la presentazione delle ultime conquiste tecnologiche dell’azienda – già presenti sul mercato o ancora in fase di prototipo. Prima della pandemia, tali eventi venivano organizzati regolarmente, incl. sulla pista di Boxberg. Questa volta, in diversi stand espositivi, Bosch ha mostrato le sue realizzazioni legate non solo all’industria automobilistica, ma anche agli elettrodomestici.

Naturalmente, c’era anche un veicolo utilizzato per testare l’infrastruttura di sensori, radar e lidar, relativi ai sistemi di supporto alla guida ADAS e alla guida autonoma. In questi veicoli, Bosch testa le prestazioni dei suoi prototipi in condizioni stradali. I dispositivi presentati includono radar e lidar, il cui compito è rilevare gli ostacoli durante la guida completamente autonoma, radar che leggono la segnaletica stradale e un sensore a ultrasuoni utilizzato per il parcheggio automatico. Bosch utilizza una combinazione di una telecamera multifunzionale e sensori radar anteriori e angolari installati sulla parte anteriore e sui lati del veicolo.

Bosch ha anche presentato un veicolo dimostrativo che utilizza uno speciale telaio modulare e scalabile che il produttore tedesco ha sviluppato insieme all’azienda italiana BENTELER. Il telaio è stato progettato per veicoli elettrici e funge da piattaforma di sviluppo per veicoli elettrici. Consente ai produttori di creare rapidamente prototipi e, di conseguenza, di lanciare sul mercato nuovi modelli in anticipo. Tutto grazie alla facile integrazione del telaio con i singoli moduli: trazione, sterzo, freno, prodotti da Bosch e altri fornitori OE.

Bosch ha anche presentato uno stand dove ha spiegato il principio di funzionamento dei robot plenari che lavorano in una fabbrica di semiconduttori, uno stand motociclistico, dove vantava nuove soluzioni dedicate alle due ruote (ACC active cruise control, radar con sensore di angolo cieco, interfaccia che permette di utilizzare un’applicazione per smartphone sullo schermo multimediale della moto).

Un fatto interessante per le persone legate all’industria automobilistica sono stati gli stand che presentavano un dispositivo per la preparazione del cibo (una risposta al popolare Bimby?), nonché un dispositivo elettronico per … coltivare piante in casa. Questi prodotti non sono ancora disponibili sul mercato polacco. Bosch si sta espandendo anche nel mercato del fitness. Prepara soluzioni per bande sportive che potranno, tra gli altri, rilevare autonomamente gli esercizi eseguiti e contare il numero di ripetizioni.

Naturalmente, i semiconduttori svolgono un ruolo chiave in tutti i dispositivi presentati alla mostra.