Управление производством

Инкубатор электронных инноваций

ЗАО «Зеленоградский нанотехнологический центр» (ЗНТЦ) был основан в 2010 году МИЭТ и Зеленоградским инновационно-технологическим центром, Фондом образовательных и инфраструктурных программ (ОАО «Роснано») для развития высокотехнологичных проектов в области нано- и микроэлектроники. Основная идея наноцетра – создание инфраструктуры, на базе которой возможно запускать стартапы и выращивать новые команды и новые компетенции до уровня коммерческой самостоятельности. Вместе с тем, его производственном комплексе не только создают стартовые компании, но и производят микросхемы.
23 марта 2015

ЗАО «Зеленоградский нанотехнологический центр» (ЗНТЦ) был основан в 2010 году МИЭТ и Зеленоградским инновационно-технологическим центром, Фондом образовательных и инфраструктурных программ (ОАО «Роснано») для развития высокотехнологичных проектов в области нано- и микроэлектроники. Основная идея наноцетра – создание инфраструктуры, на базе которой возможно запускать стартапы и выращивать новые команды и новые компетенции до уровня коммерческой самостоятельности. Вместе с тем, его производственном комплексе не только создают стартовые компании, но и производят микросхемы.

КРЕМНИЕВЫЕ КРИСТАЛЛЫ – БУДУЩЕЕ РОССИЙСКОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Директор ЗНТЦ Анатолий Ковалев проводит экскурсию по кристальному производству, попутно обрисовывая перспективы российской микроэлектроники. В России производства, подобные Зеленоградскому, можно пересчитать по пальцам. Рынок продукции отечественной микроэлектроники пока пребывает в зачаточном состоянии: до сих пор этот сегмент практически полностью закрывался с помощью импорта.

Кристальное производство

На самом современном оборудовании из США, Германии и Японии специалисты кристального производства создают кремниевые микросхемы. Здесь заняты в основном выпускники МИЭТа, специалисты высокой квалификации.

– Кристальное производство состоит из нескольких частей, – рассказывает Ковалев. – У нас есть особое зонирование. В гермозону можно пройти только в специальной одежде, там все стерильно. В серой зоне меньшие требования к стерильности, к ней относится инженерная инфраструктура.

Для обеспечения бездефектного производства изделий с минимальными размерами 0,35 мкм в чистую комнату подается ламинарный нисходящий поток очищенного от пыли, осушенного до 45% влажности воздуха с постоянной температурой 22±0.5°С. Такая подготовка воздуха – весьма дорогое удовольствие, поэтому площадь чистой зоны стремятся минимизировать,– поясняет руководитель наноцентра.

Анатолий Ковалев

Чистая комната делится на участки химической обработки и травления, диффузии и осаждения пленок, фотолитографии, ионного легирования, плазмохимического травления, напыления.

При изготовлении кристаллов ИМС исходная кремниевая пластина проходит определенное количество циклов физико-химической обработки. В ходе этих циклов в объеме и на поверхности кремниевой подложки формируются транзисторы, резисторы, конденсаторы, а также металлические проводники, соединяющие эти элементы в электрическую схему. Формирование топологического рисунка элементов на поверхности кремниевой пластины производится установкой оптической фотолитографии с точностью поддержания размеров 25 нм и последующими операциями плазмохимического травления пленок. Директор ЗАО «ЗНТЦ» поясняет, что подобный маршрут используют многие мировые производители, отличаются лишь некоторые особенности.

Инженерная инфраструктура кристального производства

Проектная мощность производства – 600 пластин диаметром 150-200 мм в месяц. Кристальный комплекс позиционируется как контрактное производство, поэтому мощности ЗНТЦ могут использовать и другие компании, в том числе работающие на пластинах диаметром 200 мм.

– Технологию мы не покупали, это наша разработка. Сам КМОП (CMOS) маршрут достаточно универсален и не является запатентованным, то есть его могут использовать все. Есть свои особенности, связанные с возможностями оборудования. Мы, например, применяем двухстороннюю литографию, – добавляет Ковалев.

Производственное оборудование было приобретено до введения санкций и до сих пор находится на гарантийном обслуживании. А что будет по окончании гарантийного срока?

– Риски, конечно, есть, к сожалению, большую часть используемых здесь материалов мы вынуждены закупать за рубежом, – говорит Анатолий Ковалев. – Пока что мы серьезных ограничений не почувствовали, все поставщики, с кем мы работаем, подтвердили возможность поставок в 2015 году. Поставщики в основном из Европы. Фоторезисторы, химические растворы и газы нам поставляют французы. Сейчас этот рынок пытаются освоить и российские компании, предлагающие импортозамещающую продукцию. Например, фирма «ХОРСТ» отрабатывает технологию изготовления специальных газов, и если у них получится произвести подходящие для нас газы необходимого качества, то мы, конечно, будем покупать у них, ведь это гораздо выгоднее.

Интересуюсь мнением своего собеседника по поводу того, насколько эффективно используют отечественные компании сегодняшнюю ситуацию, стимулирующую импортозамещение в сфере высоких технологий. Пытаются ли они продвигать собственные разработки или же чаще копируют зарубежные образцы?

– Что касается электроники, то у России поддерживается высокий уровень развития теоретических исследований и отечественные научные школы ни в чем не уступают зарубежным научным организациям в реализации передовых научных разработок, даже если порой и не хватает всей полноты научно-технологической инфраструктуры. Убедительное тому подтверждение – большая востребованность русских теоретических групп за рубежом. При этом при решении крупных задач нецелесообразно ставить перед собой «догоняющие» цели. Нужно стремиться выбрать те области, где возможно сделать если не прорыв, то создать уникальное технологическое и потребительское преимущество. То есть выбирать направления, где мы можем выйти в лидеры, найти свои ниши. В сфере разработки и производства микроэлектроники это МЭМС-сенсоры и системы обработки и преобразования сигналов от них.

Наш сегмент рынка специфический: для МЭМСов и для радиационно-стойкой базы размерные характеристики составляют 0,25 мкм-0,35 мкм. 250-350 нанометров – достаточно распространенный размер для продукции мировых производителей. Датчики, изготавливаемые на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС), позволяют радикально миниатюризировать электронную технику, достигнув качественно нового уровня. Примерами использования микросистемной техники могут служить датчики физических и химических величин, в которых эффективность чувствительного элемента значительно повышается, уменьшаются размеры, и все это – при улучшенных характеристиках функционирования, высокой надежности и стойкости к внешним воздействиям, и низкой стоимости изготовления.

Участок фотолитографии

На данный момент на отечественном рынке в этом сегменте основные потребители – оборонка и космос. В то же время ЗНТЦ строит планы по занятию новых сбытовых ниш.

– Для промышленной электроники надо создавать рынок, – рассуждает Анатолий Ковалев. – А спрос на отечественную продукцию этого сегмента в России есть, и не только потому, что сократился импорт радиоэлектронной продукции. Всегда есть спрос на уникальные специализированные изделия. Кремниевые микросхемы также можно активно использовать в машиностроении, в том числе в двигателестроении и, конечно же, в станкостроении. Это могут быть различные схемы управления двигателями, алгоритмами действий, силовая электроника. Это не совсем массовое производство, это как раз то, что нужно нам. Ведь на ЗНТЦ схемы миллионными партиями не делаются, но тысячи разных типов и номиналов мы произвести можем. Сегодня, например, мы сделали для калужской «Автоэлектроники» серию схем, которые проходят испытания на гражданское применение, мы рассчитываем отвоевать часть сегмента у европейских поставщиков.

Межоперационный контроль

Помимо радиационной стойкости мы обеспечиваем и высокотемпературную стойкость электроники. В настоящее время осуществляется разработка технологий элементной базы микроэлектромеханических систем и микроэлектроники экстремальных применений. Это такая новация, которую в России еще никто не создал, при этом востребованность ее чрезвычайно высока как для специального, так и для общепромышленного применения. Возьмем, к примеру, двигатель. Сейчас все схемы контроля непосредственно примыкают к моторам, а там температуры бывают гораздо выше, чем 100 градусов. В этом направлении мы и ведем сейчас работу, знаем, как это сделать, и рассчитываем к концу 2015 года выпустить образцы, выдерживающие 225 градусов.

Важность развития данного направления в первую очередь для авиационной промышленности и ракетостроения обусловлена переходом к распределенной схеме управления, что требует размещения датчиков, систем управления ближе к источникам тепла, а также замены традиционных централизованных контроллеров управлением двигателями распределенной системой контроля. Контроллер управления двигателем при этом может располагаться непосредственно на двигателе, снизив при этом сложность взаимосвязи всех систем управления, экономя сотни килограмм веса.

Мощности кристального производства загружены пока частично, но, как считают его создатели, это только начало, ведь применение МЭМС и НЭМС становится ключевым фактором в цепочке производства современных электронных устройств.

ЗАО «ЗНТЦ» пытается осуществлять мониторинг рынка по всем возможным направлениям.

– Но где этот рынок сам? – задает риторический вопрос Анатолий Ковалев. – Фактически мы участвуем в развитии рынка. Ищем стратегических партнеров по всему миру – приглашаем к сотрудничеству зарубежные компании. Недавно подписали соглашение с Дрезденским кластером и пытаемся осуществлять совместные разработки. Приходится на это идти, поскольку к нашим продуктам этого сегмента на мировом рынке до сих пор сохраняется недоверие. Надеемся, со временем мы его преодолеем, – резюмирует директор.

 Сборочное производство микросхем и датчиков

ОТ НАУЧНОЙ ИДЕИ ДО ГОТОВОГО БИЗНЕСА

Зеленоградский наноцентр – это не только микроэлектронное производство, центр оказывает всестороннюю поддержку ученым и инноваторам, стремящимся коммерциализировать результаты своих разработок в области нанотехнологий или других технологичных отраслей путем создания собственной компании.

– Наноцентр выступает smart-инвестором, оказывая проектам коммерческую поддержку, предоставляя услуги технологического консалтинга и возможность проведения исследований и экспериментов на высокотехнологичном оборудовании, изготовления прототипов, – поясняет руководитель отдела маркетинга Оксана Шаймарданова. – Все мы понимаем, что инновации в первую очередь должны быть процессом преобразования фундаментальных исследований в коммерческий рыночный продукт. Мы своего рода мост, по которому осуществляется переход от науки к конкретным продуктам.

Корпусирование микросхем

В настоящее время поддержку и содействие в развитии получают более 20 малых инновационных компаний, реализующих разработки по ряду направлений: наноэлектроники и микросистемной техники, созданию новых материалов и технологий, green tech, биотехнологии.

Один из примеров внедрения перспективной разработки в производство – стартап PICASSO 3D, начавший первым в нашей стране выпускать 3D-принтеры. Всего за год идея превратилась в успешный высокотехнологичный бизнес. Сегодня это хорошо известный в России бренд с дистрибьюторами по всей стране, а также в странах СНГ.

Технология производства отлажена, серийное производство размещено у партнеров – компании «Альт мастер», которые не только осуществляют сборку, но и изготавливают печатные платы для 3D-принтеров. Печатающая головка (самый сложный элемент), материалы корпуса, токарно-фрезерные детали – все это производится в России. На ближайшее время запланировано создание нового модельного ряда с улучшенными характеристиками.

– Я считаю, что разработку инновационных продуктов нельзя отрывать от производства. В противном случае и первое, и второе – разрозненные элементы, – отмечает Анатолий Ковалев. – У нас есть проекты в области микроэлектроники, как ориентированные на массовый рынок, так и прорывные работы, востребованные с узких сегментах. Часть из них пришла из МИЭТ, часть выросла из крупных проектов.

В ЗНТЦ стартапы приходят еще на стадии научно-исследовательских работ и далее поэтапно переводятся в бизнес-проекты. Расскажем вкратце о трех стартапах, находящихся в предкоммерческой стадии: это ООО «Спинтроникс», ООО «Спинэкст» и ООО «Лекс Квантум». Они разные по профилю, при этом их объединяет то, что во главе каждого проекта стоят молодые и амбициозные специалисты – выпускники «МИЭТ».

В проекте, реализуемом компанией «Спинтроникс», используются мощности кристального производства наноцентра. Здесь работают над созданием сенсоров магнитного поля на основе наноразмерных магниторезисторов. Эта технология может найти широкое применение в автопроме, а именно в датчиках системы управления инжекторным двигателем: в датчике положения коленчатого вала, в датчике положения впускных/выпускных клапанов, в датчике изменения/ускорения перемещений в системе подвески, в датчике тока и т.д. Вполне применима эта технология и в станкостроении: для считывания крутящих моментов, положения подвижных деталей, системы контроля вращения. В производстве используются тонкопленочные материалы толщиной 10-30 нанометров. Последующая температурная обработка позволяет получить сенсор на основе АМС эффекта с изменением сопротивления до 2,5%.

Принтер Picaso

Еще одна компания, которая использует технологическую базу наноцентра, – «Спинекст». Стартап занимается разработками технологий в сфере спинтроники и наномагнетизма. По сути это спин-офф, выросший из крупного исследовательского проекта. По мнению экспертов, спинтроника – это следующий этап развития современной электроники. На основе этой технологии можно создавать наногенераторы. Приставка «нано» родилась оттого, что их характерный масштаб – десятки нанометров. Такие генераторы можно использовать для мобильных приложений с расширенным частотным диапазоном приема/передачи сигнала от сотни МГц до 10 ГГц, что охватывает такие беспроводные международные стандарты связи, как GSM, WCDMA, WI-FI, GPS, UWB, RFID, и т.д. Также интересны разработки спинтроники для полупроводниковых технологий – спиновые диоды, транзисторы, различные логические элементы.

Для реализации проектов в области биотехнологий и медицины созданы современные лаборатории, на базе которых развиваются разработки стартапов. В лабораториях создана специальная инфраструктура для работы с биологическими объектами и средами, производства изделий медицинского назначения. В настоящий момент на площадке наноцентра развивается семь проектов по разработке медицинских приборов и систем. Один из них – «Лекс квантум». В этой компании разрабатывают прибор для лечения злокачественных опухолей по новой методике. Лечение проходит без хирургических операций и общей химиотерапии, эффективность лечения – до 95%, до 50% снижается доза химиотерапии.

– Уже давно хорошо известно, что УВЧ-нагрев повышает проницаемость раковых клеток, электрофорез улучшает доставку препарата, а метод электропорации позволяет выжигать опухоли. Все остальные похожие проекты используют эти методы по отдельности. Мы же просто взяли все это и совместили. Нам удалось подобрать параметры, которые усиливают общий эффект. В прошлом году команда ярко заявила о себе: выиграла конкурс Startup Village InBioMed и получила грант от фонда Бортника, вышла в финалы других конкурсов высоких технологий — Generation S (в Биотехнологическом треке), «ОнкоБиоМед». Проект вошел в ТОП-10 биомедицинских стартапов России 2014 года, по мнению Russian Startup Rating, – рассказывает руководитель проекта Алексей Модянов.

Алексей Модянов и прототипы аппаратов по лечению рака

Устройство уникально тем, что позволяет лечить даже глубокие опухоли, при этом не отравляя организм большими дозами химии. Лечение данным медицинским аппаратом сочетает в себе несколько методов. Методика предполагает целевую доставку препарата прямо в опухоль, то есть он практически не распространяется по всему остальному организму. Достаточно долгое время зарезервировано на проведение клинических испытаний. Устройство через несколько лет может выйти на медицинский рынок и оказаться спасением для пациентов, однако для лечения животных оно может применяться гораздо раньше.

– Проекты в области микроэлектроники и нано- и микросистемной техники были и останутся основной специализацией наноцентра, но уровень развития технологий, имеющиеся знания не позволяют останавливаться на этом. Мы стремимся идти дальше. – резюмирует Оксана Шаймарданова, – Будущее за проектами в смежных с микроэлектроникой областях. Это открывает новые горизонты, становится возможным создавать новые типы изделий, с более широким функционалом, изделия, которые еще вчера были просто невозможны.