Złącza sygnałowe dla elektroniki - miniaturyzacja i innowacyjność podstawą rozwoju rynku

Po stronie biznesowej jest to wzrost znaczenia i duży potencjał usług EMS i kooperacji w zakresie produkcji wiązek kablowych, a także to, że szybko postępująca elektronizacja w technice zwiększa stale strumień sprzedaży na nowe sektory techniki. Spory udział w rozwoju mają też nowe otwarcia takie jak oświetlenie LED, IoT, smart cities, nowe technologie komunikacji (np. USB 3.0, IoT, sieci bazujące na Ethernecie w przemyśle), rozwój aplikacji budynkowych. Do tematyki złączy powracamy po trzech latach przerwy. Przyglądamy się nowym zjawiskom i trendom w technologii oraz relacjom między firmami na rynku tych komponentów, starając się uchwycić wszystkie szczegóły techniczne i rynkowe.

Wydarzenia w gospodarce światowej w ostatnich latach zmieniły wiele przyzwyczajeń klientów i utartych szlaków zaopatrzenia. Bezsprzecznie klienci zaopatrujący się w złącza częściej dzisiaj zwracają uwagę nie tylko na ceny, ale na jakość tych elementów, a ich wiedza techniczna, znajomość rynku i orientacja w branży jest obecnie znacznie lepsza niż jeszcze kilka lat temu. Ta wiedza i umiejętności powiązania jakości z ceną sprzyjają producentom może rzadziej spotykanym na rynku, jednak oferującym złącza nie gorszej jakości niż liderzy.

Problemy rynku złączy są dość typowe, a za najważniejszy można uznać dużą konkurencję ze strony producentów azjatyckich, zarówno cenową, jak i poprzez system tańszych zamienników oraz podróbki.

Do czynników negatywnych zalicza się ponadto wielkie rozdrobnienie rynku złączy widoczne w dużej liczbie producentów, typów i wykonań produktów. Efektem jest bardzo mała standaryzacja, brak spójnego i wspólnego nazewnictwa itp.

Kłopoty dystrybutorom sprawia również to, że są oni coraz częściej marginalizowani w dużych projektach, bo producenci elektroniki w takich okolicznościach nawiązują kontakty bezpośrednie z wytwórcami tych elementów. Ogólnie można powiedzieć, że popyt na złącza jest ponadto mocno skorelowany z kondycją rynku motoryzacyjnego oraz AGD w Europie.

W ślad za zjawiskiem przenoszenia montażu podzespołów elektronicznych z Dalekiego Wschodu do Polski wzrosło zainteresowanie asortymentem dotąd mało popularnym i słabo znanym w Polsce. A na skutek zmian w strukturze produkcji w Polsce w wielu obszarach nastąpił wzrost importu gotowych rozwiązań sprowadzanych z Chin, przez co niektóre złącza zaczęły się sprzedawać słabo, np. BNC. Ogólnie, krajowy rynek w coraz większym stopniu oparty jest na współpracy z firmami zagranicznymi, co z jednej strony jest bardzo pozytywne, bo uwalnia od ograniczeń związanych z silną konkurencją w Polsce, ale z drugiej strony zwiększa zależność od zleceniodawców zagranicznych.

Przyłącze przewodów

W nowościach produktowych najbardziej widać dążenie do maksymalnego ułatwienia podłączania przewodów do złączy, głównie za pomocą zacisku sprężynowego, pozwalającego na szybki montaż bez konieczności korzystania z dodatkowych narzędzi. Sporo rozwiązań bazuje też na technice IDC, gdzie kabel do złącza mocuje się przez zaciśnięcie go w pinie o kształcie litery U. Pin rozcina izolację i zapewnia pewne połączenie bez konieczności mozolnego przygotowywania każdego przewodu z osobna.

Producenci różnie nazywają zacisk sprężynowy przewodu, niemniej częścią wspólną większości rozwiązań jest to, że pozwala on zamocować przewód o różnej średnicy, złącze ma często przycisk zwalniający kabel, a także bywa wykonane w dwóch częściach: jako wtyk, do którego mocuje się przewód i gniazdo, które następnie jest lutowane do PCB. Szybkie techniki montażu dotyczą też wersji optycznych (światłowody), w.cz. (kable koncentryczne), kabli teleinformatycznych i oczywiście rozwiązań przemysłowych.

Z punktu widzenia biznesowego złącza są pozycją istotną w ofercie dla co drugiej firmy, a dla co trzeciej jedynie dodatkiem i uzupełnieniem kompleksowej i dużej reszty. Jedynie niewielka część dostawców stawia na ten produkt, tworząc wokół niego specjalizację. Takie wyniki to efekt tego, że struktura rynku dystrybucyjnego w zakresie złączy jest często rozproszona, a autoryzowani dystrybutorzy lub krajowe przedstawicielstwa producenta współpracują z wieloma reselerami i partnerami. Rynek złączy nie tylko jest różnorodny od strony asortymentu, ale także łączy bardzo wielu producentów, markowych i mniej renomowanych, którzy walczą o swoje miejsce i udziały także tym, że są sprzedawani przez każdego, kto ma na to chęć.

Złącza sprężynowe są już na rynku przeszło dekadę. Nie są więc nowością, ale typowym rozwiązaniem, łatwo dostępnym i uznanym w branży. Specjaliści sygnalizują, że elementy tego typu stają się korzystną alternatywą cenową dla sprawdzonych złączy. Prosta zamiana 1:1 na atrakcyjniejsze cenowo rozwiązanie nie zawsze wychodzi na dobre, bo pojawiają się problemy z jakością.

Stąd ich zdaniem warto rozważyć np. zmianę technologii montażu lub sposobu przyłączania przewodów (uzyskując oszczędności na procesie produkcyjnym), a nie oszczędzać na jakości samego komponentu. Do technologii szybkich połączeń należy zaliczyć też nowatorskie rozwiązania połączeń magnetycznych, w których gniazdo i wtyk mają wbudowane magnesy trwałe zapewniające silne połączenie mechaniczne po zetknięciu obu części. Takie elementy pojawiły się kilka lat temu w sprzęcie komputerowym (Apple), obecnie są też dostępne w niewielkim zakresie dla zastosowań profesjonalnych.

Montaż automatyczny

Od wielu lat w przemyśle elektronicznym trwa walka o to, aby możliwie jak najwięcej podzespołów elektronicznych na płytkach drukowanych było montowanych maszynowo. Powodem są oczywiście duże koszty pracy ręcznej i problemy z utrzymaniem jakości. Duże elementy, jak złącza, przekaźniki, elementy indukcyjne, zalicza się do tych, które cały czas opierają się automatyzacji montażu.

Oczywiście na rynku są wersje SMD, niemniej nie zawsze można ich użyć bez analizy długoterminowej jakości mechanicznej połączenia. Tam gdzie rozłączanie i podłączanie wtyków następuje często, na przykład w portach interfejsowych lub gniazdach ładowania, delikatne kontakty pinów i obudowy złącza nie wytrzymują naprężeń i wersje SMD nie mają racji bytu.

Producenci są świadomi tych ograniczeń, bo widać, że wiele elementów w wersjach SMD ma powiększone pola lutownicze mocujące korpus do PCB, ale przy wszechobecnej miniaturyzacji możliwości powiększania padów są ograniczone. Z tych przyczyn szuka się też technologii o właściwościach równoważnych funkcjonalnie montażowi w technologii przewlekanej, ale bez korzystania z pracy ręcznej, gdyż ważne jest zapewnienie jednolitości procesów produkcyjnych.

Złącza przeznaczone do pracy w aplikacjach przemysłowych stanowią segment rynku o największym potencjale, a więc te, gdzie liczy się odporność środowiskowa, duża trwałość i wysoka jakość oraz także dobre dopasowanie konstrukcji mechanicznej do warunków panujących w halach produkcyjnych i do pracy działów utrzymania ruchu. Znaleźć je można w ofertach producentów wyspecjalizowanych właśnie w takich obszarach rynku, jak na przykład Molex, TE Connectivity lub Phoenix Contact, ale wydaje się, że z czasem coraz więcej producentów i dystrybutorów jest zainteresowanych tym obszarem rynku. Kolejne miejsce związane z elektroniką konsumencką i telekomunikacją kryją głównie złącza do kart, krawędziowe i wiele popularnych złączy interfejsowych. Niskie notowania motoryzacji, wojska i medycyny to odpowiednio efekt wąskiej specjalizacji, specyficznych wymagań odbiorcy i konieczności spełnienia warunków formalnych lub słabości branży.

Chodzi o umożliwienie umieszczania i lutowania w tym samym procesie złączy oraz komponentów SMD, jak kondensatory, rezystory lub układy scalone. Wszystkie te rozwiązania opierają się na tym, aby element montować w otworach wykonanych na PCB, gdyż zapewniają one możliwość jego ciasnego zaklinowania i pozwalają przenosić obciążenia wzdłużne, a więc takie, jakie pojawiają się przy wyciąganiu lub wkładaniu wtyczki do gniazda. Są to technologie takie jak THR (Through Hole Reflow) oraz wciskanie prasą (press fit).

W technologii THR piny złącza są wciskane za pomocą automatu montażowego w otwory w płytce, a następnie lutowane w piecu rozpływowym. Proces ten wymaga odpowiedniego kształtu końcówek i otworów w płytce, które muszą umożliwić nałożenie pasty lutownicznej tak, aby po montażu złącza została ona w otworze, a następnie po podgrzaniu stopiła się i stworzyła pewne połączenie. Niemniej takie szczegóły zostały dopracowane i dzisiaj dzięki elementom THR udaje się sporo zaoszczędzić po stronie kosztów i czasu procesu montażu płytek.

Podobne rozwiązanie polega na wciśnięciu złącza w płytkę za pomocą prasy. Następnie lutuje się je na fali.

Rozwinięciem tej ostatniej koncepcji są złącza Skedd. Ich montaż przypomina wciskanie prasą, bo wkłada się je w metalizowane otwory na PCB, a następnie zatrzaskuje konstrukcję za pomocą blokady przypominającej nit.

Zdaniem ankietowanych specjalistów, rok 2016 w dystrybucji złączy sygnałowych był dobry. Taką opinię wyraziło blisko 60% pytanych, kolejne 20% (a więc co piąta osoba) postrzega miniony okres wręcz za bardzo dobry dla biznesu. 4% przeciwnych wskazań nie zmienia obrazu całości, zwłaszcza na tak szerokim i różnorodnym rynku, gdyż kiepskie wyniki mogą być po prostu efektem zbyt wąskiej specjalizacji i związanej z nią wrażliwości na pojedyncze kontrakty. Patrząc na otoczenie gospodarcze na naszym kontynencie, widzimy, że wykres wygląda bardzo pozytywnie. Cały czas rynków za naszą wschodnią granicą nie można uznać za stabilne i chłonne, programy rozwojowe bazujące na funduszach unijnych w 2016 roku miały widoczną zadyszkę i wiele mówiło się o wstrzymaniu w inwestycjach. Tych negatywnych zjawisk na wykresie nie widać, co jest kolejnym dowodem, że elektronika profesjonalna była i jest odporna na kryzysy, spowolnienia, dekoniunktury itp.

Piny złącza Skedd są wygięte i sprężynowe i nie trzeba ich lutować, bo kontakt elektryczny jest realizowany przez ich nacisk sprężyny na metalizację otworu.

Jak widać, mimo dużego postępu i śmiałych rozwiązań technologicznych, nie da się powiedzieć, że problem automatycznego montażu złączy został w pełni opanowany. Przedstawione metody nadal mają ograniczenia, co znaczy, że przemysł nie powiedział jeszcze ostatniego słowa i rozwiązana te będą doskonalone.

Poza Skeed pozostałe grupy wyrobów znane są w branży od minimum pięciu lat, ale przez specjalistów cały czas są wymieniane jako nowe rozwiązania. Oznacza to, że w branży złączy procesy upowszechniania się nowości technologicznych trwają dość długo.