Duurzame chips: van goud naar koper naar… niks?

By Cindy Cloin

In de huidige chips is de bedrading van goud vrijwel compleet vervangen door koper. Inmiddels wordt bij NXP in Nijmegen aan een nieuwe generatie chips gewerkt waarbij er geen edelmetalen meer nodig zijn om verbindingen te maken.

Een chip produceren zonder verbindingsdraden is goedkoper én duurzamer. Maar zo’n overstap maak je niet van de ene op de andere dag.

Koploper

De ontwikkeling om chips duurzamer te maken is al jaren gaande. In 2005 begon NXP als één van de eerste halfgeleiderproducenten met de overstap van goud naar koper. “De gedachte was altijd dat gouddraad veruit het meest geschikt was om de verbindingen te maken. We wilden vanuit kostenbesparing en met het oog op duurzaamheid toch op zoek naar een andere oplossing”, vertelt Pascal Oberndorff, Research & Development packaging manager bij NXP.

Minder schadelijk

Daar was uitgebreid onderzoek voor nodig. Koper heeft andere eigenschappen dan goud. Het is makkelijker te mijnen, minder schaars en er worden minder schadelijke chemische stoffen gebruikt om de grondstof te kunnen winnen. Koper is dus beter voor het milieu, maar is de kwaliteit net zo goed voor het gebruik in chips? De ultradunne gouddraden (ongeveer een twintigste van een mensenhaar) hechten en geleiden goed, daarnaast zijn ze niet gevoelig voor corrosie. Bij koper ligt dat anders. Dat kan bijvoorbeeld wel roesten. “Door de koperdraden op een speciale manier te behandelen en verpakken, bleek de kwaliteit zelfs nog beter dan van goud”, vertelt Oberndorff. 

100 kilometer gouddraad

NXP was daarin koploper. Na een fusie met Freescale in 2015 ging de ontwikkeling nog sneller. Inmiddels is zo’n 90 procent van het goud in nieuwe chips vervangen door de dunne koperdraden. Dat levert een kostenbesparing op van vele miljoenen euro’s per jaar. Oberndorff: “In één chip gaat maar heel weinig goud, maar door de enorme hoeveelheid chips die NXP in Nijmegen alleen al produceert, zo’n 15 miljard per jaar, gaat het om zo’n 100 kilometer per jaar aan gouddraad die nu is vervangen door koper.”

Chip zonder draden

De overstap van goud naar koper is afgerond en gemeengoed geworden in de halfgeleiderindustrie. Bij NXP wordt nu ook gewerkt aan de volgende stap: een chip zonder draden. “In feite verstoren de draden het signaal. Als je geen gebruik maakt van draden, maar de verbindingen soldeert met tin dan wordt het signaal sterker en sneller”, zegt Oberndorff. Ook bestaat er in de nieuwe chip de mogelijkheid voor betere warmtegeleiding, waardoor een hoger vermogen kan worden gebruikt en de chip meer functionaliteit kan krijgen. “Tegelijkertijd is zo’n verbinding kwetsbaarder dus het vraagt opnieuw veel onderzoek hoe je de chip heel betrouwbaar kunt maken.” 

Nieuwe verpakking

Daarnaast wordt er onderzoek gedaan naar een nieuwe verpakking voor de chip. “Het plastic omhulsel dat om de chip zit om deze te beschermen is tot wel vijf keer groter dan de chip zelf. Aangezien we willen dat alles steeds kleiner wordt, zou het een enorme stap voorwaarts zijn als de verpakking nauwelijks groter is dan de chip zelf.” Een andere ontwikkeling is dat er in de toekomst verschillende chips in één package kunnen. 

Er worden miljarden chips in Nijmegen gemaakt. Oberndorff: “Het afmonteren van deze nieuwste soort chips, zoals radarchips, gebeurt echter in Azië in fabrieken die hierin zijn gespecialiseerd.” 

Ook interessant: Nederlandse automatie sector pusht zuinige en veilige chips