Piikiekkovalmistaja Okmetic ajaa tuotantoa ylös uudella tehtaallaan, mutta samaan aikaan huono markkinatilanne on ajanut yhtiön vaikeuksiin. T&T tutustui uuteen tehtaaseen paikan päällä.
Suomalainen piikiekkovalmistaja Okmetic on aloittanut tuotannon uudessa tehdasrakennuksessaan.
Kyseessä on mittava 400 miljoonan euron investointi. Uusi 42 500 m² tehdasrakennus valmistui keväällä 2025.
Investoinnin odotetaan kaksinkertaistavan yhtiön tuotantokapasiteetin ja liikevaihdon sekä tuovan yhteensä noin 500 uutta työpaikkaa.
”Tuotantoa ajetaan ylös vaiheittain. Ensimmäiset kiekot valmistuivat kesäkuun lopussa”, tehdaslaajennuksesta vastaava tuotantopäällikkö Eliisa Järvelä kertoo.
Koko tehdas tulee olemaan täydessä kapasiteetissaan arviolta vuonna 2030.
Hämäävä markkinatilanne
Puolijohdemarkkina eli sirunvalmistus on kokonaisuudessaan kasvava ala, mutta asia ei ole aivan yksinkertainen.
”Tämä on erittäin hämäävä tilanne, koska yhtäältä se kasvaa ja toisaalta se on lähes historiallisessa matalasuhdanteessa”, Okmeticin toimitusjohtaja Kai Seikku selventää.
”On yksi sektori, jossa liikevaihto kasvaa, ja se on tekoäly. Se on ainut, joka kasvaa.”
Okmeticin piikiekoista valmistettuja siruja käytetään esimerkiksi kulutuselektroniikassa ja autoteollisuudessa. Niiden kysyntä ei ole juuri nyt lennossa.
Piikiekko toimii sirujen alustana. Okmeticin asiakkaat valmistavat komponenttinsa kiekon pinnalle tai sen sisään käyttämällä erilaisia puolijohdetekniikoita. Tämän jälkeen yksittäiset sirut leikataan kiekosta. Yhdelle kiekolle mahtuu satoja tai jopa kymmeniä tuhansia komponentteja riippuen niiden koosta ja kiekon halkaisijasta.
Okmetic ei valmista halkaisijaltaan 300 mm kiekkoja, joita käytetään tekoälysovelluksissa, kuten Nvidian grafiikkasuorittimissa (graphical processing unit, GPU) ja Micronin, Hynixin tai Samsungin korkeatasoisissa muistikomponenteissa (high bandwidth memory, HBM).
”Niin GPU:t kuin HBM-komponentitkin ovat valtavan kalliita siruja. Merkittävän kasvun on aiheuttanut näiden sirujen arvonnousu eikä niinkään volyymien lisääntyminen.”
Tekoälyserverien liikevaihto on noussut käytännössä tyhjästä ja kattaa sirumarkkinasta jo lähes 40 prosenttia.
Alan ylivoimainen ykkönen on taiwanilainen TSMC, joka valmistaa 90 prosenttia maailman edistyneistä siruista eli lähes kaikki tekoälyyn käytettävät sirut.
Sitä ja muutamaa edellä mainittua suurta yhtiötä lukuun ottamatta valtaosa alan yrityksistä kärvistelee kysyntälamassa.
Puolijohdemarkkina oli huipussaan vuonna 2022, jolloin maailmanlaajuinen siruliikevaihto oli 574,1 miljardia dollaria. Huippuvuoden taustalla oli koronapandemia sekä vuosien 2019–2022 suuri kulutuselektroniikan ostobuumi ja jopa ylikulutus.
”Lapsille ostettiin pelikoneita, kun ei ollut muutakaan tekemistä. Lisäksi tietokoneet, kannettavat, kännykät ja näytöt päivitettiin uusiin”, Seikku kuvailee.
Koronan jälkeinen inflaatio ja ostovoiman heikkeneminen ovat johtaneet lamaan.
Lisäksi kännykkämarkkinoille on syntynyt kierrätysmarkkina, joka on jo 400 miljoonaa kännykkää vuodessa. Se on todella suuri osa 1,15 miljardin yksikön kokoisesta uusiomarkkinasta.
”Jos vertaa vaikka Gartnerin ennusteisiin markkinan kehittymisestä vuodelta 2022, elämme ihan toista todellisuutta.”
Huippuvuosien jälkeen varastot olivat täynnä, kun kysyntä tuli hyvin voimakkaasti alas.
Lisäksi Kiina on viime vuosina vyörynyt voimakkaasti läpi koko sirunvalmistuksen tuotantoketjun. Kauppasodan takia Kiina on pakotettu kehittämään omaa materiaali-, laite- ja siruvalmistusta.
”Suuri osa puolijohdealaa, mukaan lukien Okmetic, on nyt vaikeuksissa.”
Seikun mielestä Euroopassa on epäonnistuttu spektaakkelimaisesti. Hän mainitsee EU:n entisen komissaarin Thierry Bretonin edesvastuuttomat kommentit ja lupaukset suuresta tuotannon kasvusta Euroopassa.
Sen sijaan, että Eurooppa olisi panostanut kyvykkyyksiin, se on lähtenyt hakemaan kapasiteettia.
Seikku ennustaa, että tuleva kasvu sijoittuu Euroopan sijasta Kiinaan.
”Kiinan markkinaosuus on tällä hetkellä noin 20 prosenttia, ja se voi hyvin tuplaantua seuraavan kymmenen vuoden aikana.”
Perinteinen puolijohdesegmentti on monien haasteiden edessä. Piristystä kysyntään voi tulevaisuudessa tulla esimerkiksi humanoidiroboteista, jotka tarvitsevat valtavan määrän sensoreita ja latausinfrastruktuuria.
”Markkinatilanne on todella huono Okmeticille”, Seikku myöntää.
Alalla syklit ovat usein pitkiä. Suuri kysymys on, milloin ja minkä ansiosta perinteinen puolijohdesektori kääntyy kasvuun.
Puhdastila ja rättirumba
Tekniikka&Talous vieraili uuden tehtaan 6. luokan puhdastilassa. Ennen tilaan pääsyä täytyi suorittaa niin sanottu rättirumba. Ylle puettiin kengänsuojat, myssy, suojalasit, kokohaalarit ja hanskat. Puhelimet ja kamera oli myös puhdistettava.
”Onko tuo tavallista paperia”, Järvelä kysyi ja osoitti toimittajan muistivihkoa. Tavallisesta paperista irtoaa pölyä, joten puhdastilassa on käytettävä erityistä puhdastilapaperia.
Puhdastilaan kuljettiin tuulikaapin läpi yksitellen. Kaapissa odotettiin noin kymmenen sekuntia, kun puhaltimet puhalsivat pölypartikkelit pois.
Pienikin epäpuhtaus saattaa pilata piikiekon, joten työntekijöiden täytyy olla todella varovaisia. Tilassa ei saa esimerkiksi aivastaa.
Puhdastilassa piikiekkojen pintaa käsitellään useassa eri vaiheessa. Käsittelyn tekevät koneet.
Tarkkuus ja virheettömyys ovat keskeisessä roolissa. Jokaisen työvaiheen jälkeen suoritetaan mittaus ja laadunvalvonta.
Miten huono markkinatilanne vaikuttaa uuden tehtaan käyttöönottoon?
”Tehdasta otetaan käyttöön linja kerrallaan, ja lähdemme liikkeelle hieman varovaisemmin kuin mitä aikaisemmin ennakoitiin”, Kai Seikku kertoo.
Ensimmäinen vaihe, jossa puolet tehtaasta kalustetaan, saattaa myös kestää vuodesta puoleentoista pidempään kuin oli suunniteltu. On myös mahdollista, että vaikutuksia nähdään tuotevalikoimassa.
Seikku korostaa, että kyseessä on pitkän aikavälin investointi. Ilman uutta tehdasta Okmetic ei pysty kasvamaan.
Piikiekkojen valmistus
Piikiekkojen valmistusprosessi on kaksivaiheinen: ensin kasvatetaan kiteet, minkä jälkeen ne sahataan timanttilankasahoilla kiekoiksi ja hiotaan.
Pääraaka-aine on polypii, joka on puhdasta piitä. Pii on maankuoren toiseksi yleisin alkuaine, jota esiintyy piidioksidina (SiO₂) eli kvartsina tai käytännössä hiekkana.
Raaka-ainetoimittaja erottaa hapen ja piin toisistaan. Okmetic käyttää lähes täyspuhdasta yhdentoista yhdeksikön piitä eli 99, 999 999 999-prosenttisesti puhdasta piitä.
Ensimmäisessä tuotantovaiheessa eli kiteenkasvatuksessa polypii sulatetaan korkeassa lämpötilassa pitkissä uuneissa. Piin sekaan seostetaan hyvin pieniä määriä ”doupattavaa” alkuainetta yksi kerrallaan. Näitä alkuaineita ovat antimoni, boori, arseeni ja fosfori.
Näin saadaan aikaan erilaisia plus- ja miinuskiteitä ja vaikutetaan niiden konduktiivisuuteen tai resistiivisyyteen.
Kiteen kasvatus uunissa kestää muutaman vuorokauden.
”Kaikki kiteemme kasvatetaan asiakkaan tarpeisiin. Meillä ei ole hyllytavaraa ollenkaan”, Seikku kertoo.
Pituudeltaan 1,5–2-metrisestä kiteestä sahataan timanttilankasahalla noin millimetrin paksuisia kiekkoja. Yhdestä kiteestä tulee 1 000–2 000 kiekkoa, mutta kaikkia ei välttämättä voida käyttää.
Sahaukseen asti tuotanto on käytännössä metalliteollisuutta, johon ei vaadita puhdastilaa.
Puhdastilaan siirryttäessä kiekkoja käsitellään useissa vaiheissa. Näitä ovat esimerkiksi läppäys, syövytys, puhdistus, hionta ja kiillotus. Eri työvaiheiden jälkeen kiekon pinta saadaan peilimäiseksi.
”Itse asiassa piikiekko on melkein paljastavampi kuin tavallinen peili. Näen tällaisen ikämiehen rypyt siitä paremmin kuin kylpyhuoneen peilistä”, Seikku naurahtaa.
Tehtaan lopputuote
Uudella tehtaalla valmistetaan halkaisijaltaan 200 mm piikiekkoja. ”Vanhalla” tehtaalla valmistetaan 150 ja 200 mm kiekkoja. Nämä koot ovat vanhaa standardia, sillä nykyään iso volyymi tulee halkaisijaltaan 300 mm kiekoista. Tätä kokoa Okmetic ei valmista ollenkaan.
”Reilu 10 vuotta sitten kuopattiin 450 mm kiekot. Ala oli käyttänyt isojen kiekkojen kehitykseen miljardeja ja miljardeja. Ongelma oli, että suuremmat kiekot taipuvat, ja ne olisi pitänyt prosessoida pystyasennossa ja kokonaan veden ympäröimänä. Näin ollen 300 mm on tällä hetkellä limitti.”
Piikiekoista valmistettavia siruja käytettään älypuhelimissa, kannettavissa laitteissa, autoelektroniikassa, teollisuuden prosessien ohjauksessa ja lääkinnällisissä laitteissa, esineiden internetin (iot) tuotteissa sekä erilaisissa virransyöttöön ja tehokkuuden parantamiseen liittyvissä ratkaisuissa.
Eri käyttötarkoituksiin on eri kiekot.
Kiekot ovat tyypillisesti yksi- tai kaksipuolisesti kiillotettuja (single side polished – SSP tai double side polished – DSP). Lisäksi Okmeticin erikoisuus ovat kerrostetut SOI-kiekot (silicon on insulator), joissa on kaksi piikiekkoa päällekkäin ja oksidikerros välissä. SOI-kiekkoihin voidaan tehdä syvempiä ja monimutkaisempia rakenteita kuin tavallisiin kiekkoihin.
Okmetic ei edusta isoa volyymivalmistusta vaan tekee erikoiskiekkoja. Erikoistuminen tiettyyn nicheen on hyvin tyypillistä suomalaisille teknologiayrityksille.
Okmetic on erikoistunut tuottamaan piikiekkoja MEMS- (micro-electro-mechanical systems) ja anturisovelluksiin. Nämä pienet laitteet yhdistävät mekaanisen ja elektronisen komponentin.
MEMS-kiekkojen lisäksi yritys valmistaa myös kiekkoja tehopuolijohteisiin ja radiotaajuussovelluksiin (RF).
RF-laitteet prosessoivat, generoivat, lähettävät, vastaanottavat ja filtteröivät radiotaajuisia signaaleja. Tehopuolijohteet puolestaan ohjaavat ja muuntavat sähkötehoa esimerkiksi kytkemällä virran päälle ja pois, säätämällä jännitettä ja virtaa, muuttamalla vaihtovirran tasavirraksi (ja päinvastoin) ja suojaamalla piirejä ylikuormitukselta.
Tällaisten kiekkojen valmistus on pienten sarjojen mutta korkeamman lisäarvon tuotantoa.
Isomman volyymin (300 mm) kiekkoja, joita Okmetic ei valmista, käytetään muun muassa logiikkapiireissä, kuten prosessoreissa ja muisteissa.
Valmiit piikiekot toimitetaan asiakkaille eli siruvalmistajille kaseteissa.
