De beskrivs ofta som vår tids guld eller olja. Halvledarna, mikrochipen, styr för närvarande stora delar av världsekonomin. Centrum för den allra dyraste och mest krävande tillverkningen ligger i omstridda Taiwan – men även Sverige har små marknadsandelar.
Ett material som kan fungera som både en ledare och en isolator, beroende på vilket sammanhang det används under. Så kan man kortfattat beskriva halvledare, som i dagsläget styr stora delar av världsekonomin.
Samtidigt råder ett närmast omvänt förhållande mellan halvledarnas storlek och deras påverkan på det globala näringslivet. Enskilda halvledare kan snart tillverkas om storlekar ned till två nanometer, och många miljarder av dem kan rymmas på ett enda mikrochip.
– För att sätta det i ett sammanhang så är det mindre än motsvarande ett covid-19-virus, säger Jonas Klar, halvledarexpert och redaktör på den oberoende svenska halvledarnyhetssajten Semi14.
Jonas Klar har även bott några år i Taiwan, som sedan lång tid tillbaka är världsledande inom halvledare. Särskilt det taiwanesiska företaget TSMC (se faktaruta) dominerar utvecklingen, och investerar löpande enorma summor för att stanna i framkant.
-TSMC ensamt har idag 60 procent av världsmarknaden räknat i omsättning, fortsätter Jonas Klar.
Bakgrunden till framgångssagan var att det nyblivna men omstridda landet Taiwan så tidigt insåg att uppdragsframställning av mikrochip på beställning från världens stora teknikföretag skulle kunna bli en ekonomisk framgångssaga. Särskilt viktigt var att man handplockade den briljante affärsmannen och elektroingenjören Morris Chang från USA, samt att regeringen lät bygga upp det specialiserade forskningscentret ITRI, Industrial Technology Research Institute.
-Tänk dig typ som RISE i Sverige, fast på steroider, sammanfattar Jonas Klar.
Samma framsynthet har länge saknats i andra länder, och inte minst amerikanska bolag hoppade på tåget sent. Intel, känt som världsledare inom PC-chipstillverkning, fick redan 2006 ett förslag från inga mindre än Apple om att börja tillverka en smartphone-processor till deras nya mobiler. Intel avböjde, då de trodde att utvecklingskostnaderna skulle bli för höga.
I det ofattbart kostnadsdrivande och synnerligen konkurrensutsatta halvledarracet har ett litet land som Sverige inte mycket att sätta emot. Ändå finns svenska företag som är världsledande inom vissa sorters halvledare. Ett exempel är Silex, grundat år 2000 med säte i Stockholm, som fokuserar på halvledare i 350-nanometersklassen samt så kallade MEMS (se faktaruta).
-Vi är världsbäst inom MEMS. Var man än åker i världen – Kalifornien, Kina, Japan – och frågar vilket som är världens största och bästa MEMS-foundry så säger de Silex, säger Edvard Kälvesten, grundare och vd.
2015 såldes dock Silex till det Kinabaserade riskkapitalbolaget GAE Ltd.
-Då var Kina någonting väldigt positivt. Det var marknaden som växte, och det här skulle vara ett perfekt sätt att skaffa sig marknadsandelar i Kina, fortsätter Edvard Kälvesten.
Kapitaltillskottet var dessutom välbehövligt med tanke på hur extremt kostsam halvledarbranschen är att verka inom – endast Silex maskinutrustning är värd i runda slängar tre miljarder kronor idag. Samtidigt blev företaget också föremål för granskning av den svenska staten. 2021 förbjöd Inspektionen för strategiska produkter, ISP, Silex från att exportera produkter och teknik till sitt kinesiska dotterbolag.
-Så här i efterhand anses det där ISP-beslutet ganska bra om man ser till våra amerikanska kunder. Det gör ju att vi nu har regeringsbeslut på att vi inte får föra över någon teknologi till Kina, påtalar Edvard Kälvesten.
Ett viktigt besked till dagens säkerhetspolitiskt alltmer oroliga marknad. De nya kinesiska ägarna är dessutom tydliga med att de enbart är finansiella ägare och inte lägger sig i tekniken eller den dagliga driften av Silex. Tillverkningen och industrihemligheterna får tryggt stanna i Järfälla.
I en annan Stockholmsförort, Täby, håller Mycronic till. Här tillverkas såväl bildskärmar som så kallade maskritare (se faktaruta), ett avgörande utrustningssegment för framställning av halvledare.
-Processen är densamma för bildskärmar och halvledare. Man tar fram ett antal fotomasker, glasskivor, som man ritar ett mönster på. Mönstret skapar de elektriska kretsarna till skärmen eller halvledaren, förklarar Sven Chetkovich, chef för investerarrelationer vid Mycronic.
Just Mycronics halvledarmaskritare har inneburit en enorm succé för bolaget. Till en början hoppades de kunna sälja mellan fyra-sex maskiner av det slaget per år. Fyra och ett halvt år senare har de dock redan lyckats sälja 51 enheter, det vill säga två-tre gånger så många som man ursprungligen hoppades på.
Ifråga om marknadsandelar uppskattar Mycronic att de har lagt under sig imponerande 70 procent av alla nya order för laserbaserade maskritare globalt. Så gott som alla maskiner exporteras till Kina, Taiwan, Sydkorea, Japan och USA.
Sverige står för 0,5 procent av vår försäljning, berättar han. Kina ensamt för omkring 45 procent. Lägger vi till Taiwan, Sydkorea och Japan blir det närmare 65 procent.
Även om Ostasien i dagsläget ett obestridligt centrum för världens halvledartillverkning vill nu EU och USA ta upp konkurrensen. Bland annat förhandlades den europeiska ”EU Chips Act” fram under det svenska EU-ordförandeskapet. En nyckelåtgärd kommer att vara inrättandet av ett EU-kompetenscentrum för halvledare i Sverige, som Vinnova står värd för och som ingår som en del i det större programmet Chips Joint Undertaking.
-Vi har en större budget för hela programmet som på årsbasis ligger på runt 50 miljoner kronor, berättar Lars Gustafsson, programhandläggare på Vinnova. Sedan kommer EU-kommissionen att lägga 50 miljoner ytterligare, så det blir bra hävstång.
USA vill inte vara sämre, utan lägger under sin egen ”CHIPS and Science Act” 52,7 miljarder dollar i offentligt stöd för forskning och tillverkning av halvledare i landet.
Men även om det kan tyckas vara enorma summor utgör dock kaffepengar i den galna halvledarvärlden. Jonas Klar på Semi14 ger ett exempel:
EU vill fördubbla sin halvledarförsäljning mätt i omsättning till 2030. För det satsar de 40 miljarder euro från 2022 till 2027. Men de 40 miljarder eurona motsvarar vad TSMC har i kapitalinvesteringsbudget för ett enda år!
Taiwan satsar alltså som inget annat land på halvledartillverkning. För att se vad det handlar om åker vi dit. Centrum för tillverkningen ligger i staden Hsinchu, strax söder om huvudstaden Taipei. Här besöker vi bland annat legendariska TSMC:s ”Museum of Innovation” för en exposé över halvledarnas betydelse för den moderna ekonomin.
Exempel på utvecklingen ges bland annat i relation till fordonstillverkning (veteranbilar innehöll knappt någon elektronik alls, medan en vanlig bil i dagsläget ofta rymmer 5 000 halvledare av olika slag), telefoni, smarta kök och annat.
Tillträde till själva tillverkningen ges dock inte alls till utomstående. Den är satt under strikt renrumsmiljö, och drivs i praktiken uteslutande av robotar. Operatörer med behörighet scannas med biometrisk igenkänning när de går in, och får passera luftduschar som blåser bort skadliga partiklar.
Fabrikerna är helt automatiserade, och de anställda går bara in i dem när något behöver fixas eller repareras – och även då är det mycket som kan lösas digitalt, berättar Ulric Kelly, projektledare och guide vid museet.
En nyckelkomponent är stabil strömförsörjning. Här kommer Hitachi Energy, med stor tillverkning i Sverige, in i bilden. Vi besöker företagets kontor i Taiwans huvudstad Taipei, och får träffa bland andra marknads- och kommunikationschefen William Chen samt försäljningschefen Kai-Jiankai Wang.
-På samma sätt som för datacenter behöver halvledarfabrikerna ha mycket stabil elförsörjning. De håller igång tillverkningen 24/7 och kräver korta nedtider. Vi kan erbjuda högre pålitlighet jämfört med de lokala tillverkarna, berättar Kai-Jiankai Wang.
William Chen påpekar att halvledarsektorn också har behov av spänning med höga volttal, vilket Hitachi Energy kan leverera.
Vi förser de stora halvledarföretagen med bland annat transformatorer och spänningsomvandlare, exemplifierar han.
Ett annat specialkrav är att spolarna till transformatorerna vanligen sänks ned i mineralolja, men det finns en risk att detta kan orsaka en explosion.
-Så istället förser vi ledande halvledartillverkare med torra transformatorer, som är dyrare och svårare att återvinna, förklarar Kai-Jiankai Wang.
Vissa av halvledaranläggningarna tillhör de dyraste fabriker som någonsin byggts, och beslutet att använda torrtypstransformatorer påverkar bara totalkostnaden på marginalen.
-Transformatorer är en avgörande del av utrustningen. Om något börjar brinna och produktionslinan skulle behöva stoppas ett tag kan de förlora många miljoner, säger William Chen.
Att förlägga superavancerad halvledartillverkning till Taiwan har uppenbara risker. Området är med jämna mellanrum utsatt för kraftiga jordbävningar och tyfoner. Så sent som 1999 drabbades ön av en jordbävning där över 2 400 människor dog, och där halvledartillverkningen vid bland annat TSMC låg nere i över en vecka.
I april i år slog ytterligare en jordbävning till, men tack vare omfattande säkerhetsarrangemang var TSMC väl förberedda nu, och kunde återuppta produktionen efter bara ett dygn.
Världsekonomins nya olja kunde fortsätta flöda, med andra ord, efter bara ett tillfälligt hack i kurvan.
FAKTARUTA: TSMC
TSMC står för Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited, och är världens största tillverkare av halvledare. Företaget grundades 1987 av forskaren och entreprenören Morris Chang, som vuxit upp i Kina och Hongkong och sedan byggt en karriär inom akademi och näringsliv i USA.
TSMC är en så kallat ”pure play foundry”, det vill säga helt inriktade på uppdragsbeställningar från andra företag. Detta till skillnad från exempelvis Samsung, som både tillverkar halvledare åt andra företag och sätter dem i sina egna produkter.
Idag uppskattas TSMC:s börsvärde till motsvarande över 9 000 miljarder svenska kronor, vilket gör det till världens nionde högst värderade företag. Deras nya flaggskeppsfabrik Fab 18 i Tainan City beräknas kosta cirka 200 miljarder svenska kronor att bygga.
FAKTARUTA: MEMS OCH MASKRITARE
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) är små enheter som kombinerar elektronik och mekanik på mikroskopisk nivå. De består av sensorer, ställdon och mikromekaniska strukturer.
Till skillnad från vanliga halvledare, som främst utnyttjar elektriska egenskaper, kan MEMS röra sig och reagera på fysiska förändringar i miljön. Detta möjliggör kompakta, energieffektiva lösningar för olika applikationer, såsom accelerometrar och mikrofoner i smartphones, trycksensorer i medicinsk utrustning och mikromekaniska speglar i projektorer.
En maskritare för halvledartillverkning är en avancerad apparat som använder en högprecisionslaser för att etsa detaljerade mönster i nanometerskala på glasskivor belagda med krom.
Text: JOAKIM RÅDSTRÖM, Journalist
