Mikroelektronik allt mer avgörande för elektriker

Hit men inte längre. Världens främsta tillverkare av så kallade halvledare, TSMC (se faktaruta), släpper inte någon genom dörren till företagets superavancerade fabriker.

Så sker också all produktion i strikt renrumsmiljö, och drivs i praktiken uteslutande av robotar.

Operatörerna scannas med biometrisk igenkänning när de går in, och får passera luftduschar som blåser bort skadliga partiklar.

– Fabrikerna är helt automatiserade. De anställda går bara in i dem när något behöver fixas eller repareras – och även då är det mycket som kan lösas digitalt, berättar Ulric Kelly, projektledare och guide vid TSMC:s ”Museum of Innovation”.

Museet är öppet för allmänheten, och låter besökare i rum för rum ta del av det mikrochipmirakel som ägt rum under de senaste årtiondena i just Taiwan.

För det var här som man först insåg att produktion av mikrochip på beställning från världens stora teknikföretag skulle kunna innebära mycket stora pengar.

– TSMC ensamt har i dag 60 procent av världsmarknaden räknat i omsättning, berättar Jonas Klar, halvledarexpert och redaktör på den oberoende svenska nyhetssajten Semi14 som följer halvledarsektorn.

Världens dyraste fabrik

TSMC:s anläggning Fab 18 i Tainan City i södra Taiwan anses i dag vara världens genom tiderna dyraste fabrik.

Framgångarna med halvledare har idag gjort Taiwan till en global ekonomisk spelare.

I downtown Taipei, landets huvudstad, samsas en köpstark inhemsk befolkning med turister längs gator kantade av blänkande skyskrapor.

Kanske den främsta symbolen för framgången är världens tidigare högsta skyskrapa, Taipei 101, mitt i stan.

Desto mindre är halvledarna själva, som består av en mikroskopisk bit ultrarent kisel eller annat material i tre ytterst tunna lager.

Var och en av dem är ofattbart små, ned till ett fåtal nanometer. Ett enda mikrochip kan rymma många miljarder av dem.

– För att sätta det i ett sammanhang så är det mycket mindre än motsvarande ett covid-19-virus, förklarar Jonas Klar.

Växla mellan ledare och isolator

Genom deras unika förmåga att växla mellan att vara ledare och isolator gör halvledare det möjligt att styra elektrisk ström, en helt grundläggande egenskap hos all modern elektronik.

De ingår i logiska kretsar, minnen och processorer, och bygger därmed upp datorer, mobiltelefoner, moderna bilar, solceller och åtskilliga andra system.

Tillverkningsprocessen är samtidigt enormt komplex. Exempelvis krävs renrum med tusen gånger högre renhetsgrad än en operationssal.

Åtskilliga produktionssteg krävs dessutom, och i allmänhet tar det tre till fem månader att tillverka ett enda mikrochip av detta slag.

En nyckelkomponent är stabil strömförsörjning. Hitachi Energy, med stor tillverkning i Sverige, förser Taiwans stora halvledartillverkare med avancerade torrtransformatorer.

– På samma sätt som för datacenter behöver halvledarfabrikerna ha mycket stabil elförsörjning. De håller igång tillverkningen 24/7 och kräver korta stilleståndstider, berättar Kai-Jiankai Wang, försäljningschef vid Hitachi Energy i Taipei.

Militära angrepp hotar

Osäker elförsörjning är dock långtifrån den enda risken. Exempelvis hotar Fastlandskina endast 13 mil bort regelbundet med militära angrepp.

Dessutom drabbas Taiwan med jämna mellanrum av jordbävningar och tyfoner. Så sent som i april i fjol dödades flera människor i en allvarlig jordbävning med epicentrum på öns sydöstra del.

När vi besöker området ifråga är fortfarande många vägar avstängda, och förstämning råder bland lokala näringsidkare, exempelvis vid nationalparken Taroko.

Även datachipjätten TSMC:s fabriker skakades något, vilket i sig kan vara potentiellt förödande eftersom tillverkningsprocesserna är så känsliga.

För att skydda sig har företaget avancerade UPS-system som återstartar strömmen på bråkdelar av en sekund.

Vidare har de egen brandkår och ett noggrant rapporteringssystem över bränder och olyckor, för att lära av tidigare tillbud och förhindra att nya uppstår.

Ibland uppstår dock ”perfekta stormar” av oförutsedda händelser som tillsammans orsakar allvarliga störningar av produktion och distributionskedjor av de världsekonomiskt så avgörande halvledarna.

Hemarbete ökade under pandemin

Det var också precis vad som hände i samband med coronapandemin 2020.

Då ökade hemarbete, vilket gjorde att efterfrågan växte på datorer och nätverkselektronik – samtidigt som tillverkande fabriker sattes i lockdown.

På samma gång var det torka i Taiwan, vars halvledarindustri använder mängder av så kallat ultrarent vatten. Lägg till det några plötsliga bränder på japanska chipfabriker, och kraschen var ett faktum.

Störningarna inom halvledarkedjorna spred sig sedan över hela världsekonomin. Exempelvis biltillverkning saktade av eller stoppades helt på flera håll under krisen för några år sedan.

Moderna bilar rymmer nämligen ofta 3 000 halvledare av olika slag, och tillverkarna hade inte tagit höjd i produktionen för att någon stor brist skulle uppstå.

Mikroelektronik levererades inte i tid

Även elektrikerkåren påverkades. Utbildningsföretaget Trainor, som varje år utbildar runt 400 elektriker, drabbades genom att utrustning med mikroelektronik inte kunde levereras i tid.

– Vi har haft bekymmer med styrsystem, från både Siemens och Mitsubishi, berättar Hans Kilander, lärare vid Trainor och utbildad elingenjör.

Vi träffas i Trainors utbildningslokaler i Solna. Utöver klassrum och träningssalar med olika elinstallationer finns här stora förråd fulla med elektrikerutrustning, inklusive lådor med mekatroniksatser och annat.

Det är bland annat just lådorna med mekatronik – mikroelektronik för att styra motorer – som tidigare var svåra att kunna få på plats.

Mikroelektronik ryms också i vanliga dimmerpuckar och annan belysningsstyrning, liksom i mätare för elkvalitet och elanalys, påpekar Hans Kilander.

– Så det var stökigt ett tag, med långa leveranstider när vi skulle ha nya instrument, fortsätter han.

Arrangerar säkerhetsutbildningar

Trainor arrangerar alltifrån elsäkerhetsutbildningar inom industrin till kompletta utbildningar för elinstallatörer, linjemontörer, larmtekniker och personal inom automation.

Inkluderat gymnasie- och komvuxkurser samt kompetensutveckling för företag utbildas varje år uppskattningsvis 1 500–2 000 personer hos dem.

Materialbristen innebar därför en rejäl bromskloss när nya elevkullar skulle få träna på moderna installationer.

Mikroelektronik blir också alltmer relevant även för elektriker, menar Hans Kilander.

– Kursdeltagarna kommer hit och förväntar sig kanske en utbildning där man ska fokusera på att koppla belysningar och elcentraler och sådant. Men i dagens elektronik har man ju inte strömbrytare och tändtrådar som man hade förr i tiden.

Utrustning ännu mer avancerad

I stället utgörs installationerna numera av digitala system med 230 volts frammatning direkt till exempelvis en lampa eller andra applikationer.

I lampan sitter det sedan en liten styrenhet som man kan kommunicera med via bluetooth, wifi eller på andra sätt.

Utrustning för mekatronik är ännu mer avancerad – Hans Kilander beskriver styrsystemen som ”små datorer”, med CPU:er (centralprocessorer), minnen och kommunikationskretsar runtomkring.

Att i tider av materialbrist ersätta moderna, digitala system med äldre, analoga, ser inte Hans Kilander som något alternativ.

– Nej, den vägen är stängd. Man vill integrera fastigheter, processindustrier och sådant med webbfunktionaliteter, och då väntar man hellre på sina produkter för att kunna genomföra de projekt man har planerat för från början.

Om något ökar kraven på elektriker i dag att kunna sätta sig in i avancerade styrsystem och till och med programmering.

– Förr i tiden så bestämde man hur en anläggning skulle fungera med skruvmejslar, kabelskalare eller plintar. Idag styr man med hjälp av digitala verktyg som beskriver vilka lampor som ska tändas, om bastun ska gå igång och så, säger Hans Kilander.

Utbildarnas uppdrag förändras

Även utbildarnas uppdrag har därmed förändrats genom åren.

Hans Kilander har med vissa avbrott arbetat i hela 35 år med fortbildning av personal inom elfrågor, och är djupt engagerad i att få utbildad personal att bli attraktiv på arbetsmarknaden.

– Vi försöker alltid matcha verklighetens krav, alltså de presumtiva arbetsgivarnas krav på vad elever ska kunna. Men det kommer ändå i slutänden handla om handpåläggning; att kunna dra åt en skruv eller att skala en kabel på rätt sätt.

De nya kunskapskraven i arbetslivet har samtidigt gjort att ett äldre, mer hierarkiskt och hårt arbetssätt har börjat ersättas av större ömsesidig respekt mellan ”elektriker-mäster” och nytillkomna lärlingar, menar Hans Kilander.

– Det känns som att elektroniken genomsyrar allt mer. Många gamla elektriker gillar inte det här digitala, utan tycker det är skitjobbigt. Andra omfamnar det.

”Man lär sig av yngre elever”

Jan Andersson är lärare på Trainor och Solna och kollega till Hans Kilander. Han håller med om vilket bidrag som yngre elever kan ge till äldre delar av kåren.

– Man lär sig av dem också; det är det som är så fint. Men alla är olika. En del gillar att ta i lite, borra och sätta upp stegar, medan andra är mer intresserade av tekniken. Men det finns arbete för alla intressekategorier.

Per Åkerlund är en av alla som pluggar hos Trainor. Han var tidigare verksam som byggprojektledare inom bensinstationsbranschen, men håller nu på att sadla om mot elområdet.

– För mig är det nytt med mikroelektronik. Sedan känner jag ju till en del, som lampor som man kan styra med appar och sådana saker. Men utvecklingen går fort! säger han.

”Mest är det en vanefråga”

En annan student, Aatos Aurelius, har jobbat med el på Gotland tidigare, men är nu i Solna för att utbilda sig till elektriker.

Trots att mycket av mikroelektronikfältet är relativt nytt för många i branschen tycker han att kursen han just nu går har gått smidigt.

– Det är en hel del man ska veta. Men det är mest en vanefråga, att man lär känna apparaterna och listar ut intuitivt hur man ska göra. Men man måste ta hjälp också, säger Aatos Aurelius.

”Branschen uppdelad i öar”

Ida Kullander är också lärare vid Trainor och tidigare elektriker med lång erfarenhet.

– Jag skulle säga att branschen är ganska uppdelad i ”öar” numera. Det finns de som i princip bara skalar kablar och installerar brytare, och är bra på det, och så finns det andra grupper som tittar mer på nya styrningar och så, säger hon.

Även om det är värdefullt med elektriker som är mycket kunniga kring traditionella tekniker menar Ida Kullander att det finns stora möjligheter för de flesta att vidareutbilda sig, ofta också på arbetstid.

– Man kanske inte behöver gå ett halvår på heltid, utan kan ta en kurs på en månad på halvfart. Det tror jag vore jättebra för alla – samhället, arbetsgivaren och den enskilda elektrikern, påpekar Ida Kullander.

Halvledarkompetens viktig

Även Hitachi Energy i Taiwan påtalar vikten av halvledarkompetens hos elektriker.

För trots att en stor del av yrkeskåren som arbetar med mikroelektronik vid företaget är högskoleutbildad personal blir fältet alltmer relevant även för andra yrkesgrupper.

– Jag tror att elektriker behöver lära sig om halvledare. Det behövs inte bara för ingenjörer, säger William Chen, marknads- och kommunikationschef vid Hitachi Energy i Taiwan.

Halvledarsuccén i landet där han befinner sig bär syn för sägen. Mikroelektroniken har erövrat världen – och elektrikerbranschen är rimligen inget undantag.