Bits&Chips

Lionix leidt optische chips naar groeispurt

15 december 2017 

Met de oprichting van assemblagefoundry Phix denkt het Enschedese Lionix de geïntegreerde fotonica in een langverwachte groeispurt te duwen.

Lionix pakt het eens anders aan. Van oudsher is het een onderneming van de behoedzame stappen, van de organische groei. Sinds de oprichting in 2001 groeide het fotonicabedrijf uit Enschede gestaag, voornamelijk gefinancierd met opbrengsten uit eigen activiteiten. Zelfs tijdens de magere jaren van de kredietcrisis werd er niemand de laan uit gestuurd.

Nu kiest Lionix voor de vlucht naar voren. Samen met enkele co-investeerders uit de Twentse regio begint het een foundry voor de assemblage van geïntegreerde fotonicamodules. Phix is de eerste faciliteit in haar soort waar niet raar wordt opgekeken van volumes van rond de honderdduizend stuks per maand (zelf produceert Lionix nu hooguit enkele duizenden modules per maand, meestal minder). Er kunnen bovendien verschillende ‘smaakjes’ fotonica worden gecombineerd - ook dat is bijzonder.

Het is een noodzakelijke stap, maar niet eentje die Lionix altijd al heeft willen zetten, vertelt vp marketing en sales Douwe Geuzebroek. ‘We hebben altijd gedacht dat er vroeg of laat een partij zou opstaan om de volumes te doen, maar dat gebeurde dus niet. Zonder volumes komt de markt niet verder, dus je zit met een kip-of-eisituatie. Daarom doen we het zelf.’

Dankzij kostprijsreducties en nieuwe technologische mogelijkheden zet Phix de markt voor geïntegreerde fotonica in een versnelling, verwacht Lionix. Tientallen jaren onderzoek is in de technologie gestoken en al een kleine twintig jaar maken diverse nichemarkten er gebruik van, maar nu is het tijd dat zij op grote schaal wordt omarmd. ‘Jarenlang hebben we een steen de heuvel op geduwd. Nu denken we de top te hebben bereikt en hopen we dat die steen uit zichzelf gaat rollen. En dat wij erachteraan moeten gaan rennen’, zegt Geuzebroeks collega, chief commercial officer Arne Leinse.

’s Werelds meest smalbandige laser, gemaakt met InP- en Triplex-technologie

Impuls

Hans van den Vlekkert (nu ceo) en René Heideman (nu cto) begonnen Lionix op het hoogtepunt van de telecombubbel. Hun idee: integratie van optische componenten op chips om - vergelijkbaar met de elektronica - compactere, robuustere en beter schaalbare producten te verkrijgen. De ondernemers hadden in eerste instantie vooral de communicatiemarkt op het oog, later zijn daar ook applicaties in onder meer lifescience-instrumentatie en metrologie bij gekomen.

Aanvankelijk richtte Lionix zich puur op de chips. Dat vak beheerst het bedrijf na vijftien jaar ervaring tot in de puntjes, zegt Geuzebroek. ‘Als we onze bouwblokken bij elkaar op een chip zetten, doen ze het - first time right. Onze chipproductie is volwassen, vergelijkbaar met vlsi in de elektronica.’

Niemand heeft echter iets aan een losse chip; dat is in de fotonica niet anders dan in de elektronica. De voeding moet worden aangesloten, net als de optische fibers waarmee de signalen de chip in en uit gaan. Misschien is er perifere elektronica nodig en er moet een verpakking omheen. Deze assemblage van chip tot module is tot op heden in essentie handwerk, en daardoor in hoge mate kostprijsbepalend. De hoge kosten voor de assemblage en verpakking vormen het belangrijkste obstakel voor de definitieve doorbraak van geïntegreerde fotonica.

Tien jaar geleden zag Lionix assemblage als een applicatieafhankelijke discipline, die beter bij specialisten kon worden ondergebracht. Samen met de Universiteit Twente, van begin af aan aandeelhouder en partner, richtte het bedrijf er twee zelf op: in 2008 Xio Photonics voor lifesciencetoepassingen en in 2009 Satrax voor de telecommunicatie. Deze bedrijven bouwden modules op basis van Lionix’ chips, die klanten kant-en-klaar in hun producten kunnen integreren.

‘We hadden in die tijd het idee dat de fotonica snel ging doorbreken. Lionix verwachtte dat deze bedrijven binnen enkele jaren hele grote afnemers zouden worden’, vertelt Leinse. De kredietcrisis gooide echter roet in het eten. ‘Het hele ecosysteem deed een stap terug.’ Lionix moest nog even geduld hebben.

Dat had ook voordelen, haakt Geuzebroek in. ‘We hebben in het verleden vaak voor de troepen uit gelopen. De vertraging van de laatste jaren heeft ons de tijd gegeven om onze positie te versterken. Vorig jaar hebben we Xio en Satrax gereabsorbeerd - sindsdien heten we officieel Lionix International - zodat we weer direct met klanten kunnen sparren. Dat hebben we nodig, merken we. Zeker nu er een nieuw type klant opstaat, die maar één ding wil: een doosje dat doet wat hij wil. We dachten in 2008 al dat het die kant op ging, maar nu pas zien we het gebeuren.’

Het plan is nu dat Lionix zich over zowel chips als modules ontfermt en de afmontage alsnog bij een externe organisatie legt: Phix. Dat bedrijf zal met automatisering en Lionix’ jarenlange expertise op dat vlak de volumes omhoog en de kostprijs omlaag brengen. Als foundry kan iedereen die maar wil daarvan profiteren. Zo krijgt de fotonicamarkt een forse impuls, is de verwachting.

Optische chip voor 5g-toepassingen

Aankloppen

Telecommunicatie (aansturing van 5g-antennes) en networking (met name datacentra) worden gezien als de markten die het hardst om nieuwe oplossingen staan te trappelen. Elektronica kan simpelweg niet meer voldoen aan de specificaties die over niet al te lange tijd nodig zijn om de mondiaal razendsnel groeiende datastromen in goede banen te leiden - er wordt driehonderd uur video per minuut geüpload naar Youtube, om maar wat te noemen. De elektriciteitsrekeningen om dat allemaal mogelijk te maken, lopen hard op.

Geuzebroek: ‘Het zijn overigens niet alleen de prestaties die geïntegreerde fotonica aantrekkelijk maken voor die sectoren. Er komen ook hele praktische afwegingen bij kijken. Glasvezel is lichter dan koperen kabels. In een datacentrum scheelt dat al gauw een heleboel kosten in de fundering. Of omdat optische systemen kleiner zijn, kunnen er meer van in een serverrack, of ze kunnen makkelijker worden gekoeld.’

Wie datacentra zegt, zegt Google of Facebook. In het verleden hebben die zich regelmatig op detailniveau bemoeid met technologie die zij nodig hebben. Hebben deze datareuzen zich al gemeld bij Lionix? ‘Ik kan niet zeggen wie onze klanten zijn, maar dit soort bedrijven kloppen wel degelijk bij ons aan’, zegt Leinse.

Sterktes en zwaktes

Aan de andere kant van de grote plas gaat van oudsher de meeste aandacht uit naar silicium fotonica. Omdat deze halfgeleider nauwelijks geheimen meer heeft, met cmos kan worden gecombineerd en ook als fotonische technologie sterk kan worden geminiaturiseerd, geldt silicium als de beste kandidaat voor grote volumes. Het probleem is dat in silicium zelf geen licht kan worden opgewekt, waardoor een externe lichtbron noodzakelijk is.

De enige fotonicatechnologie die wél zelf licht kan opwekken, is voor een belangrijk deel aan de TU Eindhoven ontwikkeld. Met indiumfosfide (InP) kunnen actieve componenten rechtstreeks op de chip worden geïntegreerd. Voor de meest complexe optische circuits kan daarom niemand om InP heen.

Lionix heeft zijn eigen, unieke ‘recept’ ontwikkeld voor de fabricage van optische chips, dat het midden houdt tussen InP en silicium. Het Triplex-platform op basis van siliciumnitride kan ook niet zelf licht maken, maar de structuren zijn relatief klein. Lionix’ platform onderscheidt zich bovendien door lage lichtverliezen en het brede golflengtegebied, waaronder het zichtbare deel van het spectrum (InP en silicium zijn beperkt tot het infrarood). Lage lichtverliezen maken relatief complexe chips mogelijk, omdat elke component die het licht aandoet een beetje lichtverlies betekent en tussentijdse versterking is voorbehouden aan InP. Met zichtbaar licht worden nieuwe toepassingen ontsloten, zoals bio-sensing.

De verschillende smaakjes kunnen prima met elkaar of met elektronica worden gemengd. Deze zomer publiceerde Lionix bijvoorbeeld samen met de Universiteit Twente over een laser-op-chip met de laagste bandbreedte ooit gerealiseerd. Of eigenlijk: een laser-op-chips, want het ging om twee optisch verbonden fotonicachips, de ene gebaseerd op InP en de andere op Triplex. De TUE werkt hard aan hybride integratie van InP met cmos.

Leinse: ‘We geloven sterk in hybride integratie. Je moet voor elke functie de beste technologie kiezen, om deze vervolgens te integreren. Daarom gaat Phix hybride chips afmonteren. Dankzij InP kunnen wij nog betere producten aanbieden en dat zal de vraag vergroten.’ Hij acht het niet waarschijnlijk dat op langere termijn, na nog meer jaren van onderzoek, één platform alles kan. ‘Silicium domineert de elektronica, maar er is nog steeds niet één halfgeleider waar je alles mee kunt doen. In de geïntegreerde fotonica zul je ook sterktes en zwaktes houden.’

Optische chip voor lifesciencetoepassingen

Regeerakkoord

Deze manier van denken, waarbij verschillende fotonicatechnologieën in hun waarde worden gelaten, heeft moeten groeien, erkent Leinse. ‘Tien jaar geleden had je nog eilandjes die tegen elkaar opboksten. Volgens mij zijn we in Nederland bij het Smartmix-project Memphis begonnen om elkaar meer als partners te zien, niet als concurrenten. Veel applicaties kun je niet alleen. Zelfs enige overlap tussen bedrijven is goed, dat vinden klanten prettig. Zij leveren zich niet graag uit aan één leverancier.’

Inmiddels is de complete Europese fotonica doordrongen van de samen-staan-we-sterker-gedachte. Bedrijven hebben zich achter Photondelta geschaard, een netwerkorganisatie met aanpalend onderzoeksinstituut dat vanuit Eindhoven de markt voor fotonica naar een hoger plan probeert te tillen. ‘Het is wij tegen de Verenigde Staten en Azië. We lopen hier voor in kennis en producten, maar je ziet andere regio’s eraan beginnen te trekken’, zegt Geuzebroek.

Hij vervolgt: ‘Zoals ik het zie, missen ze daar nog een paar stukken van de puzzel. Ze zijn nog zoekende naar applicaties en de beste investeringen. In Europa hebben we het ook nog niet helemaal rond, maar daarbuiten zijn ze jaloers op ons ecosysteem. Aan iets als Phix zijn ze elders nog niet toe.’

Een voorsprong hebben en houden zijn echter twee verschillende dingen. Staat alles en iedereen goed opgesteld om de leidende positie te behouden? Geuzebroek en Leinse zijn vooral tevreden over de steun van de Europese Unie. Leinse: ‘We hebben behoefte aan applicatieontwikkeling op de middellange termijn. De Europese pilotlijnen en multiwaferprojecten zijn precies daarop geënt: nieuwe applicaties gereedmaken voor de markt.’

‘Nederland heeft die mechanismen niet meer. Er is alleen ruimte voor generieke technologieontwikkeling. Voorheen kon je nog eens geld krijgen om samen een demonstrator te bouwen. Dan kun je zeggen: dat werk werd toch wel gedaan. Dat is vaak zo, maar het gaat om iets anders. In zo’n project komen partners bij elkaar, ze maken afspraken en tijd voor elkaar. Dat is zeer waardevol.’

Het regeerakkoord biedt wat dat betreft hoop: na een jarenlange lobbyinspanning wordt fotonica expliciet genoemd als een van de sectoren waar Nederland op moet inzetten. Als Den Haag goed luistert, kan Nederland het brandpunt van een nieuwe industrie worden - daar zijn Geuzebroek en Leinse van overtuigd. ‘Er is hier niet alleen zo veel kennis over fotonica, maar ook over machinebouw en procesautomatisering. Dat is een recept voor succes’, besluit Leinse.

Abonneer direct op onze nieuwsbrief

abonneren

System modelling with sysML

4 juni - 7 juni

Eindhoven

System modelling with sysML

4 juni - 7 juni

Eindhoven

Dutch System Architecting Conference

14 juni

's-Hertogenbosch