René Raaijmakers
7 February

Technobis in Alkmaar is klaar voor een groeispurt naar 160 miljoen euro omzet. ‘Onze systemen werken, we staan in klantenroadmaps en dit gaat gewoon gebeuren. Het is de knop aanzetten, up-rampen en de prijs naar beneden krijgen’, zegt directeur Pim Kat.

Na een half uur praten laat Pim Kat, directeur-eigenaar van Technobis, een vergrote afbeelding zien van zijn optische chip: zo ver zijn ze in Alkmaar al met optische integratie. Op het plaatje van het 4 bij 4,6 millimeter grote priegeltje komen de verschillende onderdelen prachtig in beeld: een spectrometer met een waaier aan golfgeleiders die uitkomt op een array van 48 fotodiodes.

Terloops laat Kat zich ontvallen dat de foto hem eigenlijk behoorlijk dwarszit. Hij weet niet hoe het plaatje tot stand is gekomen. Ook niet wie de maker is. Toen hij en zijn medewerkers de foto eens goed bekeken, krabden ze zich achter de oren; er was ook een tester te zien, een instrument waarvan de herkomst voor hen volkomen onduidelijk was. Waren ze hier indirect getuige van reverse-engineering, een poging van een concurrent om de Alkmaarse technologie uit te pluizen?

‘We realiseerden ons dat het een beetje dom is om dit soort details op de foto te zetten’, zegt Kat. De enige geruststelling: het was een chip van acht generaties terug. ‘We zullen ’m nooit meer zo maken, maar het jeukte wel. Dit voelde niet goed.’

‘Aan alle kanten geld binnenhalen en met dezelfde bloedgang verbranden’

Hockeystick-groeicurve

Kats lichtelijk paranoïde opmerkingen zijn begrijpelijk. Voor hem staat er veel op het spel. De ondernemer is de drijvende kracht achter Technobis’ gewaagde avontuur met optische sensorsystemen. Met high-end markten in het vizier verbrandde het Alkmaarse technologiebedrijf achttien miljoen euro sinds 2008. De komende jaren verwacht Kat grote aantallen af te zetten in vliegtuigen, hightech en medische apparatuur.

Het begon allemaal in de businessunit Technobis Mechatronics. Kat zag in de beginjaren 2000 dat zijn bedrijf zich met motion control in Nederland niet kon onderscheiden. ‘Ik heb gezegd: we moeten unieker worden. Het werden optische systemen. Die markt is groot: je kunt ze kwijt van microscopen tot analyzers. Onze mechatronicabusinessunit doet nu vrijwel alleen nog producten en projecten op basis van optische systemen.’

Daarnaast richt de businessunit Technobis TFT-Fos zich op optische sensorsystemen op basis van fiber Bragg gratings: lichtgeleiders die een zeer nauwe frequentieband uitfilteren. Technobis laat die op chips zetten met golfgeleiders, detectoren en actieve componenten om te komen tot een geavanceerd sensorsysteem, ‘doosjes om optische fibers te kunnen uitlezen’, zoals Kat het verwoordt.

In Alkmaar staat momenteel alles gereed om op te schalen naar massaproductie en assemblage. Kat verwacht dat deze startende activiteit in het komende decennium de vermaarde stijging in de hockeystick-groeicurve gaat beleven. Dat zal het bedrijf naar een omzet van 140 tot 160 miljoen euro brengen. ‘Sommigen hebben vol ongeloof geroepen: een bedrijf met twaalf miljoen omzet dat over vijf jaar 140 miljoen doet, dat kan toch niet waar zijn.’

Hoe dan ook, Technobis is een van de krachten achter het breed gedragen optimisme over de Nederlandse expertise en kansen in geïntegreerde fotonica. Het bedrijf behoort tot de vijfentwintig specialisten die zich verenigen binnen Photondelta. Vorig jaar spraken ze de ambitie uit om in 2030 voor vierduizend arbeidsplaatsen te zorgen en in dat jaar een totale omzet van één miljard euro te halen.

Te optimistisch? Niet als je naar Kat luistert en naar branchegenoot Arne Leinse, directeur van Lionix (onlangs overgenomen door het Koreaanse Magic Micro). Breed lachend zegt Leinse tegen Bits&Chips dat de Enschedese onderneming dat miljard zelf gaat genereren. Kat: ‘Ik denk dat ze daarin serieus zijn.’ Technobis is iets bescheidener, maar de groei waar Kat nu op inzet, is nog altijd indrukwekkend.

Amerikaanse inhaalrace

De energie binnen de integrated photonics-gemeenschap heeft haar oorsprong in het gegeven dat Nederland met deze technologie tot de wereldtop behoort. Kat vindt dat zelf te bescheiden uitgedrukt. ‘We lopen ver voorop’, meent hij. Dat de Verenigde Staten momenteel tweehonderd miljoen dollar per jaar in de technologie pompen, maakt hem niet zenuwachtig. ‘Ik denk echt dat we in Nederland zo’n vijf jaar vooroplopen. Dat is geen opschepperij, serieus.’

Kat vertelt over het moeizame pad dat Technobis moest afleggen om tot zijn huidige technologische niveau te komen. In 2006 begon het allemaal met klassieke optische sensoren op basis van glasvezels. Twee jaar later liet hij een zogeheten interrogator integreren op chip – in Alkmaar noemen ze die microsysteempjes inmiddels gators. Technobis nam Bright Photonics in de arm voor het design en liet dat bij Smart Photonics in Eindhoven en later ook bij Fraunhofer HHI in Berlijn produceren.

Technobis kiest voor Smart en HHI omdat ze foundryservices verlenen voor optische chips op basis van indiumfosfide. InP is een van de vele smaken in de fotonica. Het halfgeleidermateriaal en de chipfabricage zijn relatief duur, maar hebben als voordeel dat passieve onderdelen samen met sensoren en actieve elementen zoals lasers zijn te combineren. Een hogere integratiegraad betekent ook minder assemblage. In de micro-optische wereld is die vaak zeer gecompliceerd en kostbaar.

Met de chips kwamen de voordelen. Technobis’ systemen werden compacter, lichter, stabieler, nauwkeuriger, low-power en ze waren in grote volumes te maken. De productie onder de knie krijgen is echter geen sinecure. Kat: ‘In 2008 hadden we de eerste versie van onze gator-chip. In 2018 zaten we op ontwerpversie zeventien. We hadden in 2008 het geluk of misschien wel de pech dat de eerste het al aardig deed. Mooi, denk je dan: je bedenkt een chip, laat ’m designen en fabriceren en hij doet het ook nog! Maar dat is daarna nooit meer voorgekomen. Echt nooit meer. Het was gewoon pure mazzel. Nu zitten we op zeventien versies en elk van die iteraties duurt een half jaar. Dat gaat niemand inhalen, want je kunt niet sneller door die leercurve heen. Een chip maken kost alleen al vier maanden. Dan moet je nog een maand meten, dan weer een nieuw design inleveren. Twee iteraties per jaar is echt het maximum.’

Naar 150 euro per stuk

In 2011 begon Technobis voor ASML aan een van de eerste r&d-trajecten om zijn optische technologie toe te passen. De machinefabrikant zocht een sensor die rek met subnanometerprecisie in beeld kon brengen in komende generatie positioneertafels. Kat vertelde de Veldhovenaren dat dit haalbaar moest zijn door de optische chip binnen een zeer nauw temperatuurbereik te conditioneren. Daarmee zouden ze resoluties halen die een factor honderdduizend keer beter waren dan met klassieke interferometers. ‘Klassieke lasers kwamen op zevenduizend euro per stuk’, zegt Kat. ‘Voor elke wafertafel waren er twintig nodig en dat was zelfs ASML te gortig.’

Intussen gaat de laserontwikkeling door. Met Lionix werkt Technobis er nu aan eentje met een zeer nauwe bandbreedte. Op de markt kosten die onderdelen nog steeds zevenduizend euro, maar geïntegreerd op chip zullen ze betaalbaar worden, zo’n 150 euro per stuk. Dat toont de steile leercurve die deze technologie doormaakt. Bij Smart Photonics zetten ze drieduizend suikerkorrel-grote circuits inclusief lasers op een drie inch (75 mm) wafer.

Met opdrachten van early victims als ASML slaagde Technobis erin om zijn technologie te verfijnen. ‘We verdienen er nog steeds niet aan’, aldus Kat. ‘We zitten nu op achttien miljoen euro geïnvesteerd vermogen. Dat konden we ophoesten door heel veel Europese subsidie te scoren, nieuwe aandeelhouders aan te trekken en door de winst van de andere bedrijfsonderdelen erin te stoppen. We waren inderdaad veel te optimistisch. De eerste chip is een lucky shot geweest. Dat konden we eigenlijk helemaal niet met het kennisniveau van toen. Daarna was het aan alle kanten geld binnenhalen en met dezelfde bloedgang verbranden.’

Vliegtuigen, helikopters en drones

Intussen heeft Technobis zich wel bewezen in verschillende markten. De vliegtuigindustrie en medische apparatuur springen eruit. Commerciële interrogator-systemen uit Alkmaar meten intussen trillingen, vorm en krachten in landingsgestellen, vliegtuigvleugels en helikopterbladen. Technobis levert die sensoren voor vliegtuigen, helikopters en drones aan grote spelers, waaronder Airbus, Boeing en Saab.

De omzetten in de luchtvaart zijn nog bescheiden: een paar miljoen euro per jaar. Maar het brengt wel prestige, want in de hele wereld is er geen speler die vergelijkbare technologie kan leveren. ‘Sensorsystemen gebaseerd op integrated photronics kunnen wij als enige. We zijn echt de enige op dit moment’, zegt Kat stellig.

De Amerikanen erkennen optische integratie nu als strategische technologie en zijn dus een inhaalslag gestart van tweehonderd miljoen dollar per jaar. Hoe lang zullen Technobis en Nederland in het algemeen hun koppositie kunnen houden? ‘Wij hebben ook tweehonderd miljoen om voor te blijven’, stelt Kat, ‘al is dat over vijf jaar. Als iemand roept: ik wil ook fiber Bragg grating interrogators maken, dan zeg ik: doe je best en reken erop dat het tien miljoen gaat kosten voordat je echt producten kunt gaan leveren.’

Natuurlijk komen er concurrenten, weet Kat, maar voorlopig is Nederland nog verrekte goed. ‘De VS gaan vol inzetten op integrated photonics, Azië blijft ook niet achter. Maar toen ik laatst in Taiwan was, waren ze daar nog aan het kijken of dit wel een technologie is waar ze op moeten inspringen.’ Kat stelde de Taiwanezen voor om de eerste paar honderdduizend stuks eerst maar naar Alkmaar te sturen. ‘Als het eenmaal mainstream wordt, dan zetten ze daar wel een foundry neer voor miljoenen units per jaar. Dat gaan wij als Technobis niet doen.’

Naar 160 medewerkers

In de vijfhonderd vierkante meters schone ruimte in Alkmaar kunnen ruim vijftig medewerkers aan de slag met het testen, evalueren en assembleren van optische chips. Sinds Technobis vorig jaar naar de nieuwe locatie verhuisde, is het aantal medewerkers gestegen van 23 naar zeventig. Kat: ‘We gaan de komende jaren naar de 160. Het is alleen afmaken van de technologie en zorgen dat we de groei kunnen bijbenen en financieren en de juiste mensen vinden.’

Daarbij richt Technobis zich niet alleen op eigen producten. Om optische systemen kostendekkend te kunnen assembleren, zocht Kat naar schaalgrootte. Hij nam een aantal jaren geleden het risico om met zijn faciliteiten ook te mikken op opdrachten van collega’s in de markt.

Kat: ‘We zijn een packaging-foundry uit noodzaak. Er was niemand die een optische chip goed in een systeem kon verpakken. Dus moesten we wel. We investeren nu 14,4 miljoen euro in onze fab. Als we dat allemaal moeten afschrijven op onze gatortjes, dan worden ze wel heel duur. Dus ik heb gezegd: we openen onze cleanroom voor bedrijven die ook optische chips moeten packagen. Voor iedereen die producten maakt met geïntegreerde optica en zich niet richt op ons specialisme. Want de taart is groot genoeg. Wat wij doen, de fiber Bragg grating interrogators, vormt maar twee procent van de optische sensing-markt. Want een chip maken en zorgen dat hij zich in de packaging nog steeds gedraagt zoals hij zich moet gedragen, dat is verschrikkelijk moeilijk. Daar hebben wij noodgedwongen jaren research in gestopt, samen met het Tyndall National Institute uit het Ierse Cork.’

Inmiddels, zegt Kat, ‘begint een aantal mensen te begrijpen dat we hier een voorsprong hebben opgebouwd.’

Interferometrie voor stages

Een assemblageklant die hij bij naam kan noemen, is Settels Savenije. Bij dit Eindhovense ingenieursbureau zagen ze rond 2015 de mogelijkheden van geïntegreerde fotonica voor sensing. Tijdens de ontwikkeling van een demonstrator met een optische interferometerchip gingen de Settels-ingenieurs met Kat om de tafel om ervaringen uit te wisselen. Besloten werd om gebruik te maken van elkaars kennis en expertise. Kat: ‘Zij zochten een optische sensor voor interferometrie om de beweging van stages zeer nauwkeurig te meten. Wij hadden daarvoor al een chip ontwikkeld, terwijl we er weinig mee deden.’

Voor Kat was het een kans om een klant te winnen voor zijn assemblagefoundry. Hij wilde zelf focussen op systemen die op basis van fiber Bragg gratings rek en spanning kunnen uitlezen. ‘Ik zei: jongens, laten we nu één ding afmaken en ons niet op alle researchgebieden richten. We moeten zorgen dat we binnen een paar jaar naar de markt kunnen met één product. Toen hebben we besloten dat we met interferometrie niet naar de markt gingen.’

Dus zei Kat tegen Settels: als jij denkt dat jij daar een goede markt voor hebt, be my guest. ‘We helpen Settels nu met het design, de productie en het packagen. Zij hebben in 2020 een lijn interferometers op chip. Wij helpen graag, want hoe meer chips er worden gemaakt, hoe beter de productie en vulling van onze eigen fabriek.’ Kat zegt dat hij op deze manier ook samenwerkt met andere partijen om hun producten volwassen te maken. ‘De komende drie jaar komen die op de markt met hun systemen.’

Kat voorspelt dat Technobis de komende jaren een forse kostendaling kan bewerkstelligen. ‘Wij gaan als het goed is dit jaar de eerste serie leveren. Daarna in 2020 drieduizend stuks. Het jaar daarop zevenduizend stuks en dan komt er nog een chiplijn bij van honderdduizend stuks voor een medische toepassing. Ons systeem en de applicatie werken. We staan in de roadmaps van onze klanten en dit gaat gewoon gebeuren. Het is nu de knop aanzetten, up-rampen en de prijs naar beneden krijgen.’

De drieduizend gatorsystemen die Technobis dit jaar gaat leveren, kosten veertienduizend euro per stuk en de serie van zevenduizend moet naar 4.500 euro. ‘De honderdduizend zullen elk 450 euro gaan kosten’, schat Kat. ‘Het moet natuurlijk goedkoper, naar grotere wafers en hogere opbrengsten, en dan naar honderden, tientallen of enkele euro’s per unit. Als we dat bereiken, gaat optische technologie in medische apparaten heel groot worden, want op dat kostenniveau komen heel veel applicaties binnen bereik. In automotive zijn we ook al bezig. Daar gaan fabrikanten ook nooit systemen van veertienduizend euro in hun wagens stoppen.’