Zasilacze mogą być sexy. Z tajemnic warszawskiego Targówka korzysta cały świat. Również Ty

28 września 2023przeczytasz w 6 min.

Odwiedziliśmy warszawską fabrykę, w której są projektowane, testowane i montowane zasilacze. Nie są to jednak zasilacze takie jak te w komputerach i innych popularnych urządzeniach elektronicznych. Ale to dzięki nim możemy cieszyć się wieloma wytworami nowoczesnej cywilizacji.

Wspólny mianownik wytworów nowoczesnych technologii

Czy zastanawialiście się jaki wspólny mianownik mogą mieć smartfony, wysokiej klasy wiertła, ekran w telewizorze, obiektyw do aparatu cyfrowego, panel słoneczny, proteza medyczna i okno w biurowcu? Co więcej, czy ten mianownik może mieć coś wspólnego z Polską? Tym wspólnym mianownikiem, który ma związek z naszym krajem, są procesy powlekania, łączenia elementów, w których naniesione warstwy lub powierzchnie styczne są tworzone z grubością czy też dokładnością liczoną w nanometrach. A jeden nanometr to milionowa część milimetra. Ludzki włos ma grubość aż 10 tysięcy nanometrów, atomy są mniejsze niż 1 nm. Najnowocześniejsze procesory są z kolei produkowane w procesach kilku nanometrów i taki jest rozmiar najmniejszych elementów.

Bierzecie w dłoń smartfon i myślicie, co to urządzenie może mieć wspólnego z Polską? A ma i to sporo

Jak uwidaczniają się te procesy w popularnych produktach? Producenci smartfonów chwalą się często niepowtarzalnym wzorem na tylnej ściance, precyzyjnie wykonanymi warstwami ochronnymi na ekranach. Podobnie jest w przypadku branży foto, gdy mowa o obiektywach pokrytych nanopowłokami. Wiertło może mieć warstwę twardego materiału, a okno czy ekran telewizora cienką warstwę odpowiadającą za odpowiednią transmisję światła. Nawet w produkcji elektroniki półprzewodnikowej stosowane są podobne technologie. Cały świat nowoczesnych produktów polega na tym, jak dokładnie jesteśmy w stanie pracować z powierzchnią materiałów.

Plazma, słowo klucz przy precyzyjnej obróbce powierzchni

Warunki, by móc tak dokładnie obrabiać powierzchnie, albo powlekać je tak cienkimi powłokami, wymagają obecności plazmy, stąd określenie powlekanie plazmowe, czy też czyszczenie plazmowe. To pierwsze prowadzi do naniesienia odpowiedniej warstwy materiału, drugie czyści powierzchnie dokładniej niż jakikolwiek inny czynnik czyszczący, nawet rozpuszczalniki.

Co to jest plazma? To w skrócie gaz, w którym atomy zostały odarte ze swoich powłok elektronowych, czyli mamy do czynienia z jonizacją. Te ostatnie swobodnie poruszają się pomiędzy naładowanymi jonami (jądrami atomów). Plazmę traktuje się często jako stan skupienia materia. Plazmą jest gaz, który tworzy gwiazdy, ale też gaz który świeci w atmosferze, gdy obserwujemy zjawisko zorzy polarnej, czy wyładowanie podczas burzy. Człowiek potrafi wytwarzać tak zwaną plazmę zimną, czyli taką, w której jonizacja nie jest pełna. W takiej plazmie można obrabiać także materiały, który są delikatne.

W latach 60. XX wieku w komorze plazmowej NASA stworzono efektowną symulację ziemskiego pola magnetycznego i związanych z nim tzw. pasów Van Allena (fot: NASA)

Do jej powstania potrzebne są komory, z których należy wypompować powietrze tworząc warunki próżniowe, by wprowadzić inny potrzebny nam gaz i związki. Gdy w komorze powstanie plazma można dodawać na przykład substancje, które będą nanoszone na obrabiane powierzchnie. Zanim jednak plazma się wytworzy konieczne jest podłączenie źródła prądu o bardzo wysokim napięciu, natężeniu i częstotliwości do komory.

I tu u podstaw przemysłowych procesów plazmowych kluczową rolę odgrywa firma TRUMPF Huettinger która w Warszawie i okolicach ma zakłady wytwarzające zasilacze do procesów plazmowych. Służą one wzbudzeniu plazmy, a zależnie od ich parametrów roboczych można dokonywać różnego rodzaju obróbki materiału. Mogą to być powierzchnie gotowe do naniesienia innych powłok czy też powierzchnie odporne na działanie czynników zewnętrznych.

Zakłady TRUMPF Huettinger na Targówku w Warszawie

Zasilacz do procesów plazmowych to urządzenie wymagające najwyższych standardów

Wydawałoby się, że zasilacz to nic trudnego, choć posiadacze komputerów gamingowych, którzy korzystają z bardzo rozbudowanych konfiguracji sprzętowych, wiedzą, że dobry zasilacz musi swoje kosztować, a to oznacza, że nie da się go wyprodukować od tak łącząc elementy na podstawie uniwersalnego projektu.

Zasilacze dla procesów plazmowych muszą być zdolne do obsłużenia napięć rzędu tysięcy woltów i natężeń rzędu tysięcy amperów. Średnia moc wyzwalana w trakcie pracy takiego zasilacza może wynosić nawet kilkadziesiąt kW, a częstotliwość impulsów sięgać stu tysięcy herców. To wszystko należy dokładnie kontrolować, by uzyskać precyzyjną krzywą zmienności prądu wyjściowego. Takie zasilacze nie są małe, niektóre mają rozmiar niewielkiej przenośnej lodówki. Zasilacz trzeba też odpowiednio schłodzić, a to także wyzwanie.

Elementy zasilaczy do komór plazmowych, w trakcie procesu produkcyjnego

Jak podkreśla prezes TRUMPF Huettinger, dr inż. Paweł Ozimek (na zdjęciu poniżej) - każdy z tysięcy produkowanych zasilaczy musi mieć identyczne parametry (w bardzo wąskim zakresie tolerancji), a ich typów jest ponad 400. Zaprojektowanie takiego urządzenia wymaga współpracy specjalistów najwyższej klasy z dziedziny elektroniki, energoelektroniki i programowania - dodaje.

Plazma - niezwykły i kapryśny stan skupienia materii

Zapytaliśmy prezesa TRUMPF Huettinger, co sprawia, że opanowanie plazmy gazowej w procesach przemysłowych jest takim wyzwaniem. Oto odpowiedź.

Wytwarzanie i utrzymywanie plazmy gazowej w procesach przemysłowych jest na dzisiejszym poziomie rozwoju technologii dość dobrze opanowane. Niemniej jednak plazma taka jest dość "kapryśna" a jej stabilność zależy od wielu czynników jak przepływy i ciśnienia gazów czy pole magnetyczne, w którym jest utrzymywana.

Regulowanie parametrów plazmy przy pomocy wspomnianych mediów jest trudne ze względu na długi czas reakcji - trudno jest w skali mikrosekundowej zmienić przepływ czy ciśnienie gazu a tym bardziej pole magnetyczne pochodzące od magnesów trwałych. Wszelkie dynamiczne odchyły od stanu równowagi muszą więc być kompensowane w czasie rzeczywistym przez systemy zasilające.

Plazma kojarzy się laikowi z czymś futurystycznym, zwykle destrukcyjnym, tak jak w tym palniku plazmowym. Lecz to tylko jedna strona medalu, druga to ujarzmienie plazmy tak, by pozwalała tworzyć (fot. NASA)

To właśnie zasilacz jest odpowiedzialny za kompensowanie wszelkich wahań, w szczególności w sytuacji, gdy wyładowanie normalne (jarzeniowe) przechodzi w wyładowanie łukowe. Proces ten zachodzi w czasie poniżej 1 mikrosekundy i zasilacz musi taką sytuację wykryć i inteligentnie zareagować wyłączeniem lub ograniczeniem dostarczanej mocy. W przeciwnym przypadku łuk elektryczny palący się wewnątrz komory plazmowej uszkadza zarówno obrabiane elementy jak i samą komorę.

Zasilacze są więc bardzo precyzyjnymi, sterowanymi najszybszymi układami cyfrowymi urządzeniami monitorującymi sytuację w komorze plazmowej z rozdzielczością poniżej 10 nanosekund (10^-8s).

Branże, które czerpią korzyści z urządzeń produkowanych w Polsce

I tu okazuje się, że odpowiednie kompetencje, do wytwarzania takiej elektroniki, znaleźć można nie w Chinach, USA, czy krajach zachodniej Europy, ale w Polsce. Firma TRUMPF Huettinger to spółka należąca do międzynarodowego koncernu, jednakże to warszawskie zakłady i dział badawczo-rozwojowy w Zielonce są największe (reszta zakładów znajduje się w Niemczech, Chinach, Japonii, USA i Korei Południowej), a ich geneza jest w pełni Polska.

Powstały w 2022 roku zakład, w którym powstają zasilacze to jeden z kilku zakładów w Warszawie, najnowszy na warszawskim Annopolu uruchomiono w sierpniu, gdzie obecnie produkcja elektroniki przebiega już w pełnym wymiarze na kilku liniach. Produkowane na Targówku zasilacze trafiają na cały świat do firm, które zajmują się lub są związane z etapem:

produkcji układów scalonych i pamięci,
wykonywania pokryć dekoracyjnych i ochronnych w telefonach,
wytwarzania warstw LED i OLED w wyświetlaczach,
produkcji paneli solarnych,
uszlachetniania powierzchni metalowych (narzędzia tnące, łopatki turbin, protezy medyczne),
pokrycia UV i dekoracyjne szkła architektonicznego.

Krzysztof Ruda, szef działu biznesowego w TRUMPF Huettinger z dumą stwierdza - główni odbiorcy produktów firmy to klienci z USA oraz Azji. A to miejsca, gdzie powstaje najwięcej nowoczesnych produktów.

Tak wyglądają gotowe zasilacze plazmowe.

Można powiedzieć, że sukces niejednej firmy, który polega na zastosowaniu atrakcyjnych lub innowacyjnych technologii materiałowych, ma bezpośredni związek ze wspomnianymi zasilaczami. Użytkownik telefonu, telewizora i innych urządzeń nie widzi tego jednak w ten sposób. Dla niego ważny jest finalny produkt, który wyróżnia się danymi cechami. I trudno się temu dziwić. Nawet spoglądając się na wnętrze fabryki, które mieliśmy okazję zwiedzić, trudno od razu docenić wartość tworzonych tu rozwiązań.

Jak wygląda zakład produkcji zasilaczy dla obróbki plazmowej?

Zakład przypomina duże centrum logistyczne, bo po części ma taki charakter. W dużej hali zasilacze tworzone są od podstaw. Najpierw płytki PCB, które również są projektowane przez polski dział TRUMPF Huettinger, są integrowane z elementami elektronicznymi, część tego procesu odbywa się w sposób zautomatyzowany, część ręcznie. Produkt wędruje po hali stopniowo nabierając ostatecznej formy.

Roboty są w stanie wykonać pewne zadania podczas produkcji, ale wciąż to człowiek jest decydującym ogniwem

Także i na etapie kontroli tam, gdzie lepiej zrobi to maszyna, rezygnuje się z pomocy człowieka. Jednak ostateczne testy już gotowych zasilaczy zawsze wymagają udziału ludzi i są realizowane z dokładnością, o której masowo wytwarzane produkty elektroniczne mogą tylko pomarzyć.

Hala produkcyjna na Targówku - w zasadzie mogłyby tu powstawać dowolne urządzenia elektroniczne

Hala produkcyjno-montażowa jest otwartą przestrzenią, którą można zaaranżować do konkretnych potrzeb. Zasilacze dla procesów plazmowych bowiem nie są tylko gotowymi seryjnymi urządzeniami, czasem trzeba zmodyfikować istniejące konstrukcje by dopasować się do oczekiwań klienta, a to wymaga zmiany ustawienia linii produkcyjnej.

Klienta, czyli firmy, która wykorzystując zasilacze z warszawskiego Targówka stworzy element czegoś co w końcu trafi do naszej kieszeni, na nasz stół, czy stanie się elementem wyposażenia domu, miejsca pracy. Może to być telefon, procesor, telewizor, czy też inna rzecz, która cechuje się precyzyjnie obrobioną powierzchnią, z naniesioną super-cienką warstwą uszlachetniającego materiału.

Do pracy w TRUMPF Huettinger można trafić nawet z uczelni

W fabryce na Targówku spotkaliśmy ludzi pracujących na różnych stanowiskach, widzieliśmy także szkolenia. Od razu zakiełkowało w głowie pytanie, skąd Ci ludzie się biorą. Czy tylko z naboru do pracy? Nie tylko, jak powiedziała nam Bogusława Wróblewska, HR Manager, TRUMPF Huettinger, wyjaśniając - od 14 lat w TRUMPF Huettinger przyjmujemy studentów na wakacyjny, płatny program stażowy.

Przez 3 miesiące w firmie nasi stażyści zapoznają się z procesami w różnych działach od produkcji po dział badawczo-rozwojowy. Oprócz dodatkowego, wakacyjnego dochodu studenci wynoszą bezcenne na rynku pracy doświadczenie. Program stażowy to początek, który dla wielu ambitnych studentów oznacza rozpoczęcie kariery na znacznie dłużej.

Zasilacze to nie wszystko co potrafi TRUMPF Huettinger

Polski oddział TRUMPF Huettinger swoje początki datuje jeszcze w 1995 roku, gdy firma APS s.c. stworzyła pierwszy zasilacz do plazmy próżniowej. W 2007 nastąpiło połączenie z Huettinger Electronic, sześć lat potem firma przybrała obecną nazwę. W trakcie wizyty w hali produkcyjnej na Targówku widzieliśmy przede wszystkim produkcję zasilaczy do procesów plazmowych.

To jednak nie jedyna rzecz, w której specjalizuje się w skali światowej ta firma. Dużą cześć produkcji stanowią także produkty zasilające technologie laserowe. Do obróbki, ale tym razem polegającej na cięciu, wykrawaniu i łączeniu (spawaniu) laserowym. Doświadczenie przy produkcji systemów zasilania wysokiej mocy i laserów, w połączeniu z firmami ASML i ZEISS, TRUMPF wykorzystuje także do litografii w nadfiolecie w procesach poniżej 5 nm. A te wykorzystywane są do produkcji najbardziej zaawansowanych procesorów.

Jak widać, nawet coś takiego jak zasilacz potrafi być sexy, dla kogoś kto ma wizję, do czego będzie mógłby być on wykorzystany. I taki zasilacz może powstawać w Polsce, dzięki pomysłowości naszych inżynierów.

Foto wejsciowe: prezes TRUMPF Huettinger, dr inż. Paweł Ozimek

Przeczytaj także: