1. No category

VARFÖR BEHÖVER
MIKROELEKTRONIKINDUSTRIN
ULTRA RENT VATTEN?
XZERO AB
1
VARFÖR BEHÖVS ULTRARENT VATTEN I
MIKROELEKTRONIKINDUSTRIN?
Många industrier använder ultrarent vatten.
Matarvatten till kraftverk måste vara mycket rent.
Vatten som används vid läkemedelstillverkning och för
injektionslösningar måste vara ännu renare. De högsta
kraven ställs emellertid på det vatten som används i
stora mängder vid tillverkning av processorer och minnen inom mikroelektroniken.
Dessa komponenter tillverkas genom att man bygger lager på lager av olika material på en kiselplatta.
Överblivet material måste sköljas bort mellan varje steg
i tillverkningen. Sköljvattnet måste vara så rent så att det
inte lämnar några joner eller partiklar kvar i komponenten. En enskild jon eller partikel kan t.ex. förorsaka
kortslutning.
För att öka prestandan hos processorer och minnen gör
man dem allt mer kompakta. Detta gör man genom att
göra dem allt tätare. Avståndet mellan ledande ”trådar”
är nu nere i diametrar som närmar sig 10 nanometer –
det är 20 000 gånger smalare än ett hårstrå.
Om en förorening är större än 10 nanometer kan
den alltså orsaka t.ex. kortslutning.
Integrerade kretsar tillverkas i den mest avancerade klassen av renrum. OregonLive.com
TILLVERKNING AV MIKROCHIP
2. Allt arbete sker i renrum
1. Man börjar med en kiselskiva.
2
3. Man lägger på lager av lager av komplicerade
strukturer genom att bygga på olika lager med
ledande eller halvledande ämnen
6. Kiselskivan sågas itu till enstaka mikrochip. Ett
mikrochip kan idag innehålla ända till miljarder
transistorer (elektriska kretsar som kan vara av eller på som mycket små strömbrytare)
7. Det finns många olika sorters mikrochip för
olika ändamål
4. Det får inte komma föroreningar någonstans
på produkten
8. Vanligtvis förpackas chipet i en plastkapsel
med anslutningsledningar till själva kretsen. Här
syns processorn för en MacBookPro
5. På kiselskivan sitter nu omkring hundra mikrochip
3
Så här har kiselskivorna utvecklats under åren
9. Mikrochipet monteras
10. Processorn som här syns monterad på ett
moderkort är ett mikrochip som bearbetar all information
Här syns utvecklingen under den senaste tiden.
200 mm var gårdagens teknik. 300 är dagens och
450 är morgondagens.
ALLT RENARE ULTRARENT VATTEN
11. Ett annat mikrochip är minneschipet som lagrar all data
UTAN MIKROCHIP
•
•
•
•
4
Inga datorer
Inget Internet
Inga rymdfärder
Inget Microsoft
har varit förutsättningen för :
•
•
•
•
•
Smartphone
Ipad
Google
Spotify
YouTube
NU KRÄVS ÄNNU RENARE ULTRARENT VATTEN
Trots att hela vårt liv idag faktiskt påverkas – på gott
och på ont - av den exceptionella utvecklingen i mikroelektroniken har de flesta av oss fortfarande väldigt vaga
uppfattningar om hur tekniken har utvecklats och hur
den i grunden fungerar.
Vi märker bara att vi numera kan ladda ner flera långfilmer i vår smarta telefon och skicka i stort sett hur stora
text-, musik- och bildmassor som helst till vänner och
bekanta – på andra sidan jordklotet om så skulle behövas.
Hur många känner till Moore’s Law? Hur många förstår
vilket tekniksprång som det kommer att innebära att
industrin går över från 300 mm kiselskivor som grund
i tillverkningen till 450 mm - och från 32 nanometers
linjebredd till 16 och så småningom 8 nanometer.
För att kunna tillverka nästa generation avancerade
mikrokretsar till rimliga kostnader måste även tillverkningsmetoderna rationaliseras. En viktig del i detta är
den övergång från 300 mm kiselskivor till 450 mm. Den
nuvarande storleken började användas redan år 2001.
Genom denna förändring kan man tillverka dubbelt
så många mikrokretsar på varje kiselplatta vilket ökar
produktiviteten och beräknas minska totalkostnaden
nästan till hälften. Att samtidigt gå från 32 nanometers
linjebredd till 16 och från 300 mm kiselskiva till 450
kommer att vara det svåraste steget i utvecklingen hittills – och det absolut dyraste.
Moores lag, uppkallad efter en av Intels grundare
Gordon E. Moore, säger att antalet transistorer (enkelt
uttryckt – strömbrytare) som får plats på en mikrokrets
(ett chip) växer exponentiellt (fördubbling vartannat
år). Moores lag har visat sig i stort sett korrekt ända sedan 1965 då den formulerades.
På 80-talet tolkades lagen som fördubblingen av antalet
transistorer per chip. I början av 90-talet menades fördubblingen av mikroprocessorkraften och senare fördubblingen av beräkningskraft per fix kostnad.
Det som Moores lag beskriver ligger bakom den explosionsartade utvecklingen vi sett inom elektronik och informationsteknologi (IT) under de senaste decennierna.
Den huvudsakliga orsaken till denna utveckling är att
man kunnat tillverka allt kompaktare mikrokretsar.
Avståndet mellan ”av och på”, (alltså ”noll och ett” som
är det språk som har möjliggjort hela datatekniken) har
gjorts mindre och mindre. Detta gör att beräkningar
blir snabbare och lagringskapacitet ökar.
I praktiken har denna utveckling huvudsakligen möjliggjorts genom att industrin minskat linjebredden på
mikrokretsarna (processorer och minnen för massmarknaden) vartannat år. Sedan början av 2010 är 32
nanometer standard. Det finns 22 nanometer och man
siktar på 16 nanometer. Det finns också redan en färdplan för att nå 8 nanometer.
En färdig 300 mm kiselskiva innan den skärs upp i ”chip” (se
fyrkanterna på skivan) som är huvudkomponenten i en processor. Varje ”chip” kan innehålla flera miljarder transistorer.
Det krävs en oerhörd mängd avancerade tekniska nyheter. Bland annat krävs det utveckling av ett vattenreningssystem som även avlägsnar de minsta partiklar
som ännu inte går att upptäcka i vattnet. En sådan teknik har utvecklats av Xzero med början redan för mer
än tio år sedan. Samtidigt pågår naturligtvis utveckling
av förbättringar av den nu använda tekniken, men
Xzero är än så länge ensamma om att utveckla en helt
ny teknik för detta ändamål.
För att komma vidare i utvecklingen mot allt högre kapaciteter till överkomliga priser har det hela tiden krävts
årlig forskning och utveckling i mångmiljardklassen.
Denna bekostas till stor del av de ledande företagen,
men även stora statliga strategiska forskningspengar
bidrar.
Intels nuvarande fabrik i Hillsboro, Oregon, USA
5
Kostnaderna för verktygsutveckling som behövs för
detta nya steg beräknas till $ 25 miljarder. En stor del
av detta kommer förmodligen att bekostas av ett konsortium av ledande tillverkare som går under namnet
Global 450 Consortium (G450C). Medlemmar är för
närvarande Intel, TSMC, GLOBALFOUNDRIES, IBM
och Samsung.
Planen är som vanligt inom mikrokretstillverkningen
att bygga helt nya fabriker för den nya tillverkningen.
Att uppgradera en existerande 22-nm-fabrik (Hillsboro,
Oregon) för användning av 450 mm kiselskivor kommer enligt beräkningar av ägaren Intel att kosta mellan $ 6 och 8 miljarder. En helt ny fabrik beräknas (av
TSMC) kosta $ 8-10 miljarder.
Även installationskostnaden för vattenreningsutrustning beräknas stiga dramatiskt från idag cirka 100 miljoner SEK i en normalstor fabrik till mellan 900–1 250
miljoner SEK.
HISTORIK
Redan i början av nittiotalet fick Scarab Development
besök av vattenexperter från Intel och IBM som sa ”inte
nu, men kanske någon gång snart” kan vi behöva en ny
vattenreningsteknik.
Ultrapure Water i Phoenix, Arizona, USA den 12 och
13 november 2012 har vi fått en första bekräftelse från
tongivande experter att vår teknik rent teoretiskt skulle
kunna åstadkomma en total avskiljning av föroreningar.
Dessa kontakter ledde till att Scarab fick möjlighet att
testa rening av använt sköljvatten från halvledarindustrin. Detta skedde på Sandia National Laboratories i
Albuquerque, New Mexico, USA. Testerna finansierades
av EPA, USA:s miljödepartement, och Sematech, halvledarindustrins forskningsinstitut. Testerna visade att
vi kunde få bort samtliga föroreningar från sköljvattnet
till under gällande utsläppsregler. Testerna visade också
att ett enda steg med Scarabs metod gav lika rent vatten
som en lång serie traditionella behandlingar. Det var i
detta läge som Scarab Development AB startade Xzero
AB (publ) för att lansera tekniken till halvledarindustrin.
Vi fick också bekräftat att det nya paradigmskifte som
satsningen på nästa steg i minskningen av linjebredden
och övergången till 450 mm kiselplattor kommer att
kräva ny vattenreningsteknik. Man har på många håll
accepterat att Xzeros teknik inte är likt ”ett ännu bättre
myggnät” som stoppar allt mindre partiklar, utan i sitt
praktiska resultat mer likt ”ett flugpapper som stoppar
allt”. Nu är diskussionen i stället igång om hur vi ska
se till att vattnet inte blir förorenat igen före användningen.
De flesta har varit tveksamma till vår teknik. Hur kan
ett litet företag i Sverige komma med genombrytande
nyheter inom ett område där utvecklingen vanligtvis sker på stora laboratorier i USA? På konferensen
Vi har också lärt oss att med de oerhörda krav som
ställs måste vi söka samarbete med den mest avancerade
forskningen inom halvledarindustrin för att i praktiken
kunna uppnå det vi teoretiskt sett kan åstadkomma.
Inom branschen förutspår man att det bara kommer att
vara ett fåtal tillverkare som har råd att ta nästa steg i
utvecklingen.
TESTER MED LÄKEMEDELSRESTER
För att verifiera effektiviteten testar vi för närvarande
läkemedel. Rester från läkemedel anses som ett stort
och växand problem. Resultaten från det första testet på
Sjöstadsverket med 37 olika välkända läkemedel som
finns i avloppsvattnet (kommer främst från mänsklig
urin och avföring) i Henriksdalsverket avskilde vår anläggning samtliga så att de var under detektionsnivån
efter rening.
Se resultat från tester på broschyrens baksida.
Xzeros demonstrationsanläggning på Sjöstadsverket
6
Genom att visa att Xzero kan få bort läkemedelsrester
från avloppsvatten stärker vi trovärdigheten i vårt påstående att vi har en överlägsen teknik. Även om det kan
ta lång tid innan vår teknik är tillräckligt billig för att
användas för att behandla avloppsvatten kan detta vara
ett framtida affärsområde. Det finns även mer specifika
problem som vi kan lösa för läkemedelsindustrin.
Demonstrationsanläggningen kom igång efter sommaren 2012 och har redan tagit emot ett dussintals besökare som är intresserade av tekniken. Den används för
närvarande för tester med läkemedelsrester i avloppsvatten men kommer att användas för åtskilliga andra
tester av Svenska Miljöinstitutet (IVL) och Kungliga
Tekniska högskolan (KTH).
ATT ÅTERANVÄNDA VATTEN
Xzero har genomfört tester för att koncentrera koncentrat från en avsaltningsanläggning i Saudiarabien tillsammans med ett lokalt vattenföretag, Moya Bushnak. I
november 2010 presenterade Xzero och Moya Bushnak
sina försöksresultat på International Desalination
Associations årskonferens i Perth, Australien.
användbar för att behandla ”produced water” alltså det
vatten som följer med upp när man utvinner gas. Qatar
har världens tredje största gasfyndigheter och har beslutat att inte ge tillstånd för utvinning om inte det företag
som söker tillstånd kan visa att de kan rena det vatten
som följer med oljan upp.
Efter en del inkörningsproblem har nu de första testerna
givit goda resultat och anläggningen som har testats på
Qatars universitet kommer i januari 2013 att flyttas till
en produktionsmiljö på det statliga kraft/vattenbolaget.
Huvudsakligen kommer dessa försök för Xzeros del
vara viktiga för att visa att tekniken kan nå en hög
koncentrationsnivå och därigenom vara lämplig för
att åstadkomma nollutsläpp vilket blir en allt viktigare
fråga även för mikroelektronikföretagen
Xzeros testanläggning i Saudiarabien
Sedan dess har Xzero sålt ytterligare en testanläggning
till Global Water Sustainability Center i Qatar. Den är
avsedd att användas för att prova om tekniken kan vara
Xzeros pilotanläggning i Qatar
7
Result Xzero 2012-11-08
Treatment plant: Sjöstadsverket
Effluent from municipal
waste water plant Module 1a, 52C
Substans:
Mode of action:
Diclofenac
Anti-inflammatory
336
<3
<3
Furosemide
Diuretics
592
<5
<5
Sulfamethoxazole
Antibiotic
95
<5
<5
Hydrochlorothiazide
Antihypertensive
860
<7
<7
Ibuprofen
Anti-inflammatory
63
<3
<3
Naproxen
Anti-inflammatory
42
<5
<5
Warfarin
Blood thinning
12,8
<2
<2
Atenolol
Antihypertensive
136
<1
<1
Ciprofloxacin
Antibiotic
16
<10
<10
Paracetamol
Anti-inflammatory
20
<8
<8
Trimetoprim
Antibiotic
15
<3
<3
Ranitidine
Anti-acid
46
<5
<5
Metoprolol
Antihypertensive
761
<1
<1
Oxazepam
Sedatives
187
<2
<2
Carbamazepine
Sedatives
190
<1
<1
Ketoprofen
Anti-inflammatory
53
<4
<4
Amlodipine
Antihypertensive
38
<8
<8
Propranolol
Antihypertensive
50
<2
<2
Citalopram
Antidepressant
115
<2
<2
Bisoprolol
Antihypertensive
25
<3
<3
Sertralin
Antidepressant
3,7
<0.8
<0.8
< means below the indicated detection limit
XZERO AB
Xzero AB
Teknikhöjden, Björnnäsvägen 21
SE-114 19 Stockholm
SWEDEN
Tel: +46 8 660 39 64
Fax: +46 8 662 96 18
E-post: [email protected]
www.xzero.se
8
Module 1b, 54C