Kretsar som värmer

Det är kanske allmänt känt att elektronik inte fungerar så bra i vårt nordiska vinterklimat. Då är det kanske inte att förvånas över att världens största tillverkare av flexibla värmare ligger i Sverige. Du har förmodligen aldrig hört talas om Calesco, trots att deras produkter finns i stort sett överallt, inuti och utanpå bilar och flygplan, i golv, bankomater och kameror.

Den mask man använder vid screentryckförfarandet framställs med jätte-uv-skrivare direkt från Autocad- filen, framkallas och går ut till produktion. Det gula ljuset i skrivarrummet är till för att resisten inte ska exponeras i förväg. På bilden kvalitetskontrolleras en mask. Äldre masker som gått ur produktion tvättas rena, beläggs med ny fotoresist och används igen.

Fredrik Andersson, utvecklare som jobbar med stora projekt, och Johan Harder som är platschef på fabriken i Kolbäck, tar emot oss runt ett konferensbord med ett helt berg av lustigt formade plastfolier, böjbara kretsar och stora flak täckta med gyllene värmeslingor. Det är knappt man får plats med kaffekoppen.

– Calesco började som labbverksamhet inom det svenska företaget Kanthal, men bröt sig ur och började tillverka värmefolier själva år 1992, säger Fredrik Andersson.

De första produkterna var griskultingvärmare och värmeelement till vattensängar. 1998 köptes företaget av Nibe (som tillverkar värmeaggregat), och numera heter det egentligen Backer BHV division Calesco, men vi nöjer oss med att kalla det Calesco.

– Vi gör numera böjliga sensorer, antenner, kretskort och, just det, värmare. Nästan allt vi gör är kundanpassat och vi har ungefär 10 000 konstruktions-ritningar på lager, varav 5 000 artiklar tillverkas aktivt hela tiden, säger Fredrik Andersson.

– Varje vecka kör vi ut mellan 500 000 och 600 000 kretsar i 150 olika varianter. Etsmaskinen kan etsa 25 kilometer folie per vecka. Vi kan göra allt från enstaka exemplar till flera hundra tusen. Det är en väldig spännvidd på sortimentet.

Calesco har produktion i Kolbäck i Sverige, men större serier skickas till Pirzice utanför Stettin i Polen för slutmontering, samt till Kina. Dessutom har man kontor i Frankrike och USA. All utveckling och tillverkning av kretsar sker i Sverige, men när det gäller större serier, i hundratusental, hamnar efterbehandlingen och slutmonteringen i Polen.

– Man tänker inte på att våra produkter måste finnas för att modern elektronik ska fungera. Vi är missionärer och vill informera för att få införa vår teknik på ställen där gamla lösningar inte alltid är effektiva. Vi kan designa värmen så den hamnar precis där den ska vara, säger Johan Harder.

– När det är kallt är det till exempel svårt att köra snöskoter. Då gör vi handtagsvärmare.

Calesco gör många militära produkter, allt från ir-skjutmål till batterivärmare. Man har också gjort värmare till Nasas rymdprojekt, men huvudsakligen sitter sådana värmare på flygplan, till exempel värmare för piloternas fötter, batterivärmare i stridsflygplan och värmare för flygplans- vingens framkant. Inom medicinområdet är det bland annat värmare till magnetomrörare, operationsbord, anestesiutrustning och provrörsvärmning för provrörs-befruktning. Eller vad sägs om värmare till vingarna på vindkraftverk, eller samma teknik men ett helt annat användningsområde: hoprullade antenner till handhållna radiosändare?

– Värmarkretsen består av en isolerande värmetålig bärare, ett kretsmaterial och en ”topp”, som limmas ihop med ett häftämne, förklarar Johan Harder.

– För högre temperaturer använder vi epoxi, men i extremfall vulkaniserar vi ihop folierna. Den billigaste bärarfolien är polyester (tål upp till 100 grader Celsius, mindre än 0,5 watt per kvadratcentimeter), men det finns en hel rad andra material att välja på, beroende på miljö. Silikon används i våta utrymmen, medan man väljer kapton för rymd- och flygbruk. För riktigt höga temperaturer och yteffekter används härdad glimmer-folie (klarar upp till 400 grader Celsius, mindre än 5 watt per kvadratcentimeter).

Värmaren kan formas till olika former och passas in i till exempel bildelar, eller bli till rör eller bollar. Man kan till och med laminera på ett dekorativt ytskikt med konstverk och göra en vacker värmare.

Värmarna kan lamineras ihop med allt från trä till gummi, och till och med vulkaniseras fast mot kärlet som ska värmas, så att det blir fukttätt. Helt vanliga radiatorer är kanske också en uppenbar produkt. Stora värmare för vattensängar kan ha kilowatteffekter.

Ledarmaterial kan vara allt från koppar, mässing, aluminium, kopparnickel, inconel, silver och rostfritt stål, till kolpasta, till exempel för golvvärme. Valet av ledarmaterial beror på vilken spänning man vill använda och hur stor yteffekt som behövs. Även tjockleken påverkar avgiven effekt. Vill man kunna löda på komponenter måste metallen vara lödbar. Ju högre spänning man använder, desto mindre måste ledarytan göras och desto smalare måste man göra ledarna. Det finns en gräns när man inte kan göra smalare ledare, vilket begränsar hur hög spänning som kan användas i en värmare.

Fredrik Andersson, utvecklare, och Johan Harder, produktionschef, med en betydande folieprodukt, en bebisvärmare.

Mässing får betraktas som en dyrbar metall i sammanhanget, så dyr att man vid extrem masstillverkning vill ha en kostnadseffektivare lösning, i till exempel backspegelvärmare, och beställer dem i aluminium i stället. Några ören per styck betyder mycket på hundra tusen enheter. Men mässing är ett robustare ledarmaterial som används vid tuffare applikationer, till exempel inom rymdindustrin.

Värmarfolien kan fås i tjocklekar från 50 my och uppåt, och vulkaniserade värmare kan vara flera millimeter tjocka. Dessutom styr överslags-hållfastheten hur tunn värmaren får vara. Vissa värmare kan drivas med upp till 800 volt och då börjar isolationsavstånden inne på själva värmarkretsen bli av betydelse. Vid så höga spänningar kan man ibland inte använda metall som ledare, utan trycker mönstret med högresistiv kolpasta i stället.

På värmaren kan man sedan löda på komponenter som kan utgöra enkla sensorer, som ntc-motstånd, upp till hela reglerkretsar som mäter eller sköter till- och frånslag och styr temperaturen. Eftersom de flesta metallers ledningsresistans ökar med temperaturen, kan värmaren själv användas som sensor, genom att man resistansmäter den kontinuerligt.

Värmare i kolmassa ökar i resistans med temperaturen och fungerar därmed som ett överhettningsskydd och sätter en egen maxtemperatur, oberoende av reglerkretsen, vilket kan vara bra i exempelvis golvvärme om regler-elektroniken skulle gå sönder.

– Vilket reglersystem man integrerar på värmaren är givetvis kundspecifikt, men den teknik som slutligen väljs är dels en kostnadsfråga och dels ett emckrav, säger Fredrik Andersson.

– Vill man ha ett linjärt reglersystem kommer reglerkomponenterna att bli stora för att klara effekten, men inte så många. Väljer man i stället ett switchande reglersystem blir det flera mindre komponenter, men å andra sidan ökar störstrålningen från värmaren, som ju fungerar som strålande antenn. Det kanske inte spelar så stor roll i en bil, men kan ha stor betydelse inom rymd- och militärsektorn där det finns känsliga radiomottagare.

Produktionen börjar oftast med att kunden har ett problem som de inte kan lösa.
– Då agerar vi oppfinnar-jockar och problemlösare, säger Johan Harder.

– Men det finns också fall när kunden är verkligt klar på vad man vill ha. Vi får oftast ett format objekt och kunden säger: ”Den här ytan ska värmas. Den här ytan ska vara en sensor. Lös problemet!” Eller en kontrast som: ”Här får det inte vara varmt, men här ska det vara väldigt varmt!” Dessutom har vi ett antal designregler som anger hur många ohm per meter ledaren får vara och hur varm värmaren får bli, vilket styr materialvalet. Det får konstruktörerna ta fasta på och rita upp i Autocad.

– Allt basmaterial ligger på rulle, 600 millimeter brett. På den bredden försöker man tränga in så många värmare som möjligt. Ledarmönstret trycks med en resist som motstår etsning, i en screentryckmaskin som kan trycka kvadratmetervis på löpande bana. Efter torkning i en torkenhet rullas folien upp på en ny rulle och tas till etsmaskinen, berättar Fredrik Andersson.

Eftersom Calesco etsar en mängd olika metaller kan man inte alltid välja det optimala etsmediet, till exempel kopparklorid för koppar, utan man använder järnklorid till allt, med lite saltsyra för att få extra sprutt.

Resterna av etsbadet pumpas ut till en indunstare och det som blir kvar, så kallade filterkakor, skickas till deponi.

– Vi sätter en ära i att inte släppa ut något i Kolbäcksån här intill. Ännu så länge har vi inte hittat någon som skulle vilja utvinna kopparn i våra filterkakor. Det finns 8–10 procent koppar i dem, men det är tyvärr inte lönsamt, säger Fredrik Andersson.

– Sedan kommer volymfrågan in. Är det mindre volymer tar vi rullarna till vår fabrik här i Kolbäck, men i annat fall går rullarna till fabrikerna i Polen eller i Kina, säger Johan Harder.

Oavsett var rullen hamnar, lägger man sedan på ett toppmaterial och eventuellt ett häftämne om värmaren ska vara självhäftande. Därefter skär eller stansar man ut konturen och värmarfolien blir till enskilda ark. Slutligen kontakteras foliearket, exempelvis med någon typ av flatstift.

– Det finns hundratals olika typer av flatstift och vi har försökt begränsa typerna, men har inte lyckats, säger Johan Harder.

– Det finns många som gör sensorer, många som gör värmare, många som gör kretskort och antenner, men det är få som gör allt i ett paket. Du kanske tror att vattensängar är en förgången produkt, men de är fortfarande populära i Tyskland.

Men de behöver väl inte anslutas till internet?
– Algbeväxning inuti vatten-påsen är ett problem. Sängtillverkarna vill ha integrerad styrning på värmarna för att kunna veta hur länge de är i drift, för att i en framtid kunna skicka ut algskyddsmedel till kunderna med lämpliga intervaller. Då behövs både en värmare och ett intelligent rapporterings-system. Vi är duktiga på att få till den ”smarta värmaren”, avslutar Fredrik Andersson.