Plazma to zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz. Kojarzy nam się z procesami zachodzącymi we wnętrzu gwiazd czy reaktorów termojądrowych. Tymczasem, jako tzw. zimna plazma z powodzeniem wykorzystywana jest na przykład do produkcji ekranów telewizyjnych czy tak ważnych dla współczesnej gospodarki urządzeń półprzewodnikowych. Ogromny udział w procesie tworzenia niezbędnych do tego zasilaczy, mają polscy uczeni i inżynierowie. Interdyscyplinarny zespół fachowców, zatrudnionych w Centrum Badawczo-Rozwojowym w Zielonce liczy prawie 180 osób.
Przemysłowe procesy plazmowe pozwalają też na tworzenie ultracienkich (mających zaledwie kilka do kilkudziesięciu nanometrów) warstw na różnego rodzaju powierzchniach: zabezpieczających wyświetlacze telefonów i szkła okularów, zatrzymujących promieniowanie podczerwone na szkle architektonicznym, czy też transparentnych ścieżek elektronicznych na wyświetlaczach OLED. Kluczowym elementem procesu produkcji wymienionych produktów są urządzenia zasilające procesy plazmowe dostarczające energii potrzebnej aby wytworzyć plazmę.
Polska myśl techniczna
Aby zobaczyć, jak powstają takie urządzenia – efekt polskiej myśli technicznej – odwiedzamy firmę TRUMPF Huettinger. Pierwsze kroki kierujemy do Centrum Badawczo-Rozwojowego w Zielonce pod Warszawą. Proces projektowania urządzenia zasilającego procesy plazmowe rozpoczyna się od wyboru topologii urządzenia, umożliwiającej spełnienie wszystkich wymagań klienta odnośnie do napięcia, mocy, częstotliwości, czy dynamiki jego pracy. Następnie wykonywane są symulacje pola elektromagnetycznego czy przepływów cieczy chłodzącej, co pozwala sprawdzić, czy projekt odpowiada założonym parametrom.
Gdy projekt jest gotowy, rozpoczynają się prace nad prototypem urządzenia. Powstają projekty: obwodów drukowanych oraz mechaniki urządzenia zasilającego proces plazmowy. Równolegle inżynierowie pracują nad algorytmami sterującymi oraz kontrolno-pomiarowymi, które pozwolą na realizację procesów plazmowych. Programiści tworzą oprogramowanie dla układów FPGA oraz mikroprocesorów, stanowiących serce płyty sterującej tych urządzeń. Jego konstrukcja składa się zasadniczo z: radiatora przez który płynie woda chłodząca urządzenie, elementów mocy i płytek drukowanych, ale wszystkich elementów, które składają się na generator plazmowy jest około 30 000. Dla porównania, przeciętny samochód składa się z około 12 tysięcy części.
Czas na kontrolę
Prototypy urządzenia podłączane są na specjalnych stanowiskach testowych w celu sprawdzenia zasadniczych funkcjonalności urządzenia, jego sprawności czy działania chłodzenia, które zostało określone na etapie jego projektowania.. Najbardziej wymagające są jednak testy przyspieszonego starzenia: prototyp poddawany jest działaniu wibracji oraz periodycznym zmianom temperatury w zakresie od minus 50 do plus 150 stopni Celsjusza aby już na etapie prototypu wyeliminować ewentualne słabe punkty projektu a poprzez to zapewnić najwyższy poziom niezawodności finalnego urządzenia zasilającego proces plazmowy.
Na koniec należy zweryfikować jak urządzenie sprawdzi się w realnych warunkach pracy – komory plazmowe, którymi dysponuje Centrum Badawczo-Rozwojowe w Zielonce pozwalają odtworzyć procesy zasilane przez urządzenie TRUMPF u klienta końcowego. Jeśli urządzenie spełnia wszystkie wymagania – można rozpocząć produkcję seryjną.
Dział Produkcji Elektroniki
Mieści się po sąsiedzku w Zielonce. Montowane są tutaj elementy elektroniczne na płytach PCB. Materiały, które zostaną zamontowane na płytce, czyli rezystory, kondensatory, układy scalone, dostarczane są głównie w szpulach i rejestrowane w systemie. Szpule wędrują na odpowiedni regał i stąd trafiają na produkcję. Najpierw umieszcza się je w podajnikach, a następnie instaluje w odpowiednim module linii.
Teraz powstaje coś w rodzaju kanapki na gorąco: na dedykowane pady (miejsca lutownicze) na płytce aplikuje się pastę lutownicza, a na niej – zgodnie z projektem – układa się poszczególne elementy. Całość jest lutowana w piecu 10-strefowym a następnie kontrolowana przez automatyczny system inspekcyjny 3D. Wydajność linii to 60 tysięcy komponentów na godzinę
A teraz proces montażu elementów przewlekanych. Różnego rodzaju kondensatory i złącza są układane na płytkach przez operatorów. W niektórych przypadkach wykorzystywane jest stanowisko z laserem, które precyzyjnie wskazuje pozycję montażu. Taka płytka wjeżdża następnie do fali selektywnej gdzie w miejscu, w którym operator ułożył element, podawany jest topnik i odbywa się lutowanie. Po montażu płytka wkładana jest do testera igłowego, w którym odbywa się kontrola elektryczna
Zmiana miejsce pobytu
Jesteśmy teraz w hali produkcyjnej na warszawskim Targówku. To tu trafia elektronika oraz inne komponenty, z których składa się urządzenie zasilające procesy plazmowe. Z magazynu wszystkie komponenty przekazywane są na stanowiska montażowe.
Przy tej okazji możemy także pokazać inne nowoczesne rozwiązania logistyczne przypominające paczkomaty, które służą w firmie do wymiany materiałów nieprodukcyjnych pomiędzy poszczególnymi budynkami.Wracając do procesu montażu, Bazą urządzenia jest radiator, do którego mocowane są kolejne podzespoły: tranzystory, rezystory, diody. Ramię automatyczne pobiera odpowiednie komponenty i podaje robotowi do przykręcenia. W kolejnym kroku produkcji montowane są m.in. płytki PCB , oraz inne podzespoły..
Czas na testy funkcjonalne, podczas których sprawdza się, czy urządzenie działa zgodnie ze specyfikacją oraz wykonuje się testy obciążeniowe w ekstremalnych warunkach. Wszystkie dane dotyczące produkcji oraz wyniki testów zapisywane są w systemie ERP.
Urządzenia zasilające procesy plazmowe mogą być umieszczone w szafach zasilających. Odbywa się to w zakładzie TRUMPF w Markach gdzie produkuje się szafy sterownicze i elektryczne dla całej grupy TRUMPF. Jednak zazwyczaj gotowe generatory pakowane są do skrzyń . Trafiają one do klientów na całym świecie. Warszawa, Zielonka, Marki… Czy to zalążek polskiej „doliny krzemowej”?
Dołącz do TRUMPF Huettinger: www.zajrzyjzciekawosci.pl
