Halfgeleiders. Bouwstenen van moderne elektronica
Audi Magazine
Een woord dat de voorbije jaren veelvuldig en in één adem met de automobielindustrie werd genoemd, is halfgeleiders. Maar wat zijn precies deze essentiële onderdelen van digitale toestellen, wat is hun functie in een Audi en waarom is er vandaag nog steeds een tekort?
Honderden fabricagestappen
Halfgeleiders zijn materialen met een elektrische geleidbaarheid die tussen die van isolatoren (die slecht geleiden) en geleiders (die goed geleiden) in ligt. Ook microchips worden zo genoemd, omdat ze van halfgeleidermateriaal gemaakt zijn. Ze bestaan uit een reeks elektronische circuits op een klein, plat stukje silicium met een wafelvormige structuur. Geavanceerde productietechnologieën plaatsen en verwijderen deze materialen, vaak met atomaire precisie en gedurende honderden fabricagestappen, om de uiteindelijke halfgeleiderchip te ontwikkelen. Zo vormen deze de bouwstenen van moderne elektronica.
Silicon Valley
Nobelprijswinnaar William Shockley was de pionier van de moderne halfgeleiders. Hij kwam op het idee om silicium te gebruiken voor de productie van transistoren, de meest elementaire bouwstenen in de elektronica. Deze reguleren elektrische stroom, versterken en genereren elektrische signalen, en fungeren als schakelaar of poort. Om zijn industriële ambities waar te maken, bracht Shockley in 1956 een groep briljante ingenieurs en wetenschappers samen in zijn eigen bedrijf in het Californische Mountain View, nabij San Francisco. Een plaats waar op dat moment al technologische pioniers als Hewlett-Packards en Stanford University aan de slag waren.
Shockley bleek echter een betere wetenschapper dan een manager of ondernemer. Zijn topwerknemers vertrokken om het succesvolle bedrijf Fairchild Semiconductor op te richten, en de moderne halfgeleiderindustrie was geboren. Het product van deze industrie inspireerde eveneens de naam van deze bijzondere omgeving: Silicon Valley, naar het Engelse woord ‘silicon’ voor silicium. Oorspronkelijk sloeg de term op de siliciumchips die een groot aantal bedrijven er ontwikkelden en produceerden, maar ondertussen omvat deze de hightechbedrijven die er actief zijn. Google, Apple en Meta bijvoorbeeld hebben vandaag hun hoofdkwartier nabij de plaats waar alles startte met Shockley.
Kleiner, sneller en betrouwbaarder
Vandaag hebben we halfgeleiders nodig voor de meest diverse toepassingen. Dankzij hun unieke elektrische eigenschappen hebben ze voor een revolutie gezorgd in de wereld van de moderne technologie. Verdere ontwikkelingen hebben elektronische apparaten in de voorbije 50 jaar steeds kleiner, sneller en betaalbaarder gemaakt. Een mobiele telefoon bijvoorbeeld woog in 1984 bijna 1 kg, kostte zo’n 3.700 euro en had een laadreserve om ongeveer 30 minuten te bellen.
Halfgeleiders zijn dan ook essentieel voor alle mogelijke toepassingen op het vlak van informatica, gezondheidszorg, militaire systemen, transport, schone energie en andere. Zonder halfgeleiders zouden er geen smartphones, radio’s, tv’s, computers, 5G, videogames of medische analyseapparatuur bestaan, en ook geen elektrische wagens. Sinds eind 2020 zien we echter wereldwijd een groot tekort aan halfgeleiders. De toeleveringsketen ervan is immers zeer complex en kwetsbaar voor verstorende factoren zoals de voorbije Covid-19-crisis. Hierdoor heeft de industrie nog steeds moeite om de schok van de pandemie te verwerken.
10.000 chips in de Audi RS e-tron GT
“Halfgeleiders zijn sleutelelementen in onze innovatieve wagens omdat ze de mobiliteit, de veiligheid en het comfort verbeteren. We hebben ze nodig om autofuncties aan elkaar te koppelen en om een wagen te laten communiceren met zijn omgeving. Zo bevat een Audi RS e-tron GT ongeveer 10.000 speciaal ontworpen elektronische chips, waarvan de LED koplampen alleen al er ongeveer 100 gebruiken," zegt Uwe Girgsdies van Audi Reliability Design Electronics. Wereldwijd zijn er maar weinig fabrikanten die aan de hoge kwaliteitseisen van Audi kunnen voldoen. Deze chips hebben zeer strenge selectieprocessen ondergaan, zijn uiterst complex en vereisen ongeveer 600 verschillende productiestappen. Ze worden dan ook speciaal voor Audi geproduceerd.
Als gevolg van de toegenomen vraag naar halfgeleiders, ervaart ook Audi knelpunten in de wereldwijde bevoorrading. We proberen deze omstandigheden het hoofd te bieden en werken voortdurend aan alternatieve oplossingen en nieuwe ideeën. Zijn bepaalde features tijdelijk niet beschikbaar door een tekort aan halfgeleiders? Dan past Audi het aanbod en de betreffende configuratiepakketten aan, bijvoorbeeld door alternatieve pakketten samen te stellen. Zo kunnen we bestaande bestellingen aanpassen om een snellere montage en kortere leveringstijden van onze wagens mogelijk te maken.
