Materiały chemiczne dla elektroniki pomagają spełnić wymagania jakościowe

Miniaturowa i nowoczesna elektronika wymaga też odejścia od klasycznego montażu za pomocą skręcania, nitowania i podobnych operacji. Zamiast tego dzisiaj się przykleja, zalewa, owija taśmą, bo jest to sposób lepszy, szybszy i tańszy oraz co jest coraz ważniejsze - dający się automatyzować. Najlepszym przykładem aplikacji, które korzystają z takich nowoczesnych metod montażu i integracji komponentów, jest oświetlenie ledowe.

Rosnące zainteresowanie materiałami chemicznymi i ich coraz większe użycie w procesie produkcji to także wynik tego, że proces montażu powierzchniowego staje się na skutek właśnie miniaturyzacji coraz bardziej złożony i podatny nawet na drobne zaburzenia.

Panowanie nad procesem wymaga preparatów chemicznych do przygotowania powierzchni, a potem topników, past, zmywaczy, masek itd. Co więcej, poza materiałami chemicznymi niezbędnymi do stworzenia produktu jest jeszcze cała spora grupa wyrobów do utrzymania w dobrej kondycji linii produkcyjnej, np. do mycia szablonów.

Kolejny obszar aplikacyjny chemii to oczywiście serwis i utrzymanie ruchu maszyn i urządzeń przemysłowych, gdzie niezbędne są preparaty do czyszczenia, mycia, usuwania lakierów i powłok zabezpieczających po to, aby można było wykonać naprawy lutownicze.

Szeroka oferta, wielu producentów

Użycie preparatów chemicznych staje się konieczne, bo maleją odległości między elementami i przerwy izolacyjne. Drobne zanieczyszczenia lub pozostałości po lutowaniu są w stanie wpłynąć na jakość produktu i tym samym trzeba je usuwać. Z roku na rok takich problemów, z którymi musi się mierzyć producent elektroniki, jest coraz więcej i nietrudno zauważyć, że asortyment dostępnych preparatów się zwiększa.

W obszarze chemii bardzo szybko pojawia się też specjalizacja, która sprawia, że nie ma produktów dobrych w każdej sytuacji. Wystarczy przyjrzeć się chociażby preparatom do mycia płytek, które są na bazie alkoholu, wody z detergentami, rozpuszczalników, plus takie będące kombinacją różnych środków podstawowych.

Branże o największym potencjale zakupowym dla chemii

W warunkach krajowych jednymi z większych odbiorców preparatów chemicznych są producenci kontraktowi elektroniki, a w dalszej kolejności producenci wszystkich klas urządzeń elektronicznych, zarówno tych bardzo zaawansowanych i profesjonalnych, jak i sprzętu powszechnego użytku. Jak widać z wykresu, potrzeba korzystania z preparatów chemicznych dotyczy dzisiaj wszystkich firm produkcyjnych, a potencjał branży (jej chłonność) na takie produkty jest proporcjonalny do skali zaawansowania produkcji. Zastosowania serwisowe chemii pod względem wielkości sprzedaży lokują się poza wykresem, z tym że ich udział i znaczenie często trudno oszacować, bo nie są one rozdzielane w firmach od produkcji i traktowane łącznie. Dlatego zastosowań serwisowych na wykresie nie ma, mimo że formalnie spora część preparatów jest kierowana do takich zastosowań.

Są środki do mycia maszynowego i ręcznego, do zanurzania i natryskiwania, na zimno i na ciepło. To tylko jeden produkt, a już w jego obrębie daje się wyróżnić blisko kilkanaście różnych wersji. W efekcie na rynku materiałów chemicznych funkcjonuje bardzo duży asortyment takich wyrobów, pozwalający dobrać preparat do wymagań procesowych.

Co na rynku?

Tabela 1. Krajowi dostawcy preparatów chemicznych do produkcji i serwisu elektroniki - przegląd firm i ich ofert

Nietrudno dostrzec, że z roku na rok związki elektroniki z chemią cały czas się pogłębiają i wymuszają na inżynierach elektronikach coraz więcej zainteresowania się tą dziedziną. Bezsprzecznie zagadnienia chemiczne są odległe merytorycznie od rdzenia zagadnień elektronicznych, ale elektronicy nie mają wyjścia i przynajmniej ogólna orientacja w tytułowych zagadnieniach staje się dzisiaj obowiązkowa.

Na szczęście, mimo że asortyment produktów chemicznych jest bardzo szeroki, daje się go dość łatwo poszufladkować. Materiały do lutowania to głównie topniki, pasty lutownicze i kleje do mocowania elementów SMD na płytce drukowanej. Za każdym z tych terminów kryje się kilkadziesiąt różnych produktów o różnym składzie, przeznaczeniu, aktywności i sposobie neutralizacji resztek oraz wielkości opakowania.

Kolejna duża grupa produktów o szybko rosnącym potencjale i znaczeniu rynkowym to materiały termoprzewodzące używane do odprowadzania ciepła z układów elektronicznych do obudowy, radiatora lub elementu konstrukcyjnego obudowy. Są to przede wszystkim pasty, podkładki, zalewy i kleje, a także wypełniacze szczelin.

Nowością w tym obszarze są materiały typu phase change (zmiennofazowe), które są w stanie absorbować i oddawać dużą ilość energii dzięki przemianie fazowej (ciało stałe-ciecz). W każdej z tych kategorii dostępnych jest wiele wersji o różnej przewodności cieplnej, zakresie temperaturowym pracy, sposobie nakładania, gęstości lub grubości i innych szczegółowych parametrach.

Materiały termoprzewodzące zyskują na znaczeniu na skutek wspomnianej wcześniej miniaturyzacji, ale także w wyniku rosnącego znaczenia elektroniki mobilnej oraz ekspansji oświetlenia LED.

Są one też korzystnym rozwiązaniem cenowym w zakresie chłodzenia, gdyż dotychczasowe rozwiązania opierające się na elementach mocy połączonych z radiatorem, który następnie jest konwekcyjnie lub w sposób wymuszony chłodzony, nie pasują już do realiów.

Elektronika wydziela dzisiaj mniej ciepła, a sprawność konwersji energii jest tematem dyżurnym w branży, ponieważ ciepła do odprowadzania jest o wiele mniej niż kiedyś dlatego radiatory ustępują miejsca innym rozwiązaniom lub po prostu są małe i zintegrowane z konstrukcją obudowy.

Najważniejsze cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu preparatów chemicznych

Zestawienie najważniejszych czynników branych pod uwagę przez klientów przy zakupach zdominowała cena. Oczywiście to, że jest ona na samej górze takiego zestawienia, nie jest żadnym zaskoczeniem, ale w przypadku materiałów chemicznych dla elektroniki widać, że wybija się ona sporo ponad całą resztę, sugerując, iż w tym przypadku to kryterium zakupowe jest silne i w dużej mierze determinuje relacje w tym segmencie rynku. Gdy cena jest już na poziomie akceptowalnym, w dalszej kolejności pod uwagę brane są parametry techniczne, zgodność z wymaganiami prawnymi, a także jakość i trwałość preparatów. Kompleksowość zaopatrzenia w produkty chemiczne, a także długotrwałe relacje z dostawcą są w tym przypadku praktycznie bez znaczenia biznesowego, tak samo jak marka i renoma producenta. Wykres dowodzi, że preparaty chemiczne wykorzystywane są przez elektroników utylitarnie, co może wynikać z tego, że po prostu elektronicy na chemii się słabo znają.

Poza tym ciepło w układach elektronicznych nie jest wydzielane tak punktowo jak dawniej, a więc przede wszystkich na podzespołach mocy, ale bardziej równomiernie. Konieczność chłodzenia dotyczy tym samym większej części układu elektronicznego, co łatwiej jest zapewnić poprzez np. przymocowanie płytki drukowanej do obudowy za pomocą pasty lub folii termoprzewodzącej.

Niewielką w porównaniu do wymienionych wcześniej grupę tworzą materiały do płytek drukowanych, a więc do wykonywania mozaiki metodą fotochemiczną i trawienia ścieżek oraz napraw soldermaski. Są one kierowane głównie w stronę hobbystów, bo cała reszta zleca wykonanie PCB do specjalizowanych zakładów.

Preparaty do celów serwisowych

Kolejna wyraźna grupa produktowa kierowana jest w stronę zastosowań serwisowych. Ich cechą wspólną jest to, że w znakomitej większości są to aerozole, bo taka forma aplikacji jest w tym obszarze najwygodniejsza. Spreje serwisowe służą przede wszystkim do czyszczenia (styków, ekranów, obudów i odkurzania wnętrza obudów), do smarowania styków, zmywania etykiet, a nawet testowania działania w niskich temperaturach (zamrażacze).

Ogólnie segment ten obejmuje minimum kilkanaście różnych produktów, z roku na rok jest ich więcej. Ostatni segment łączy preparaty ogólnego przeznaczenia, a więc bez jasno wskazanego miejsca aplikacji lub też o szerokim spektrum zastosowań.

Główne trendy techniczno-rynkowe

Trzy najważniejsze trendy rynku preparatów chemicznych do produkcji elektroniki to zgodność z wymaganiami ochrony środowiska i normami branżowymi, bezpieczeństwo ich stosowania i nieszkodliwość dla pracowników oraz także wysoka specjalizacja, a więc to, aby można było korzystać z wielu różnych środków dobrze dobranych do specyfiki aplikacji i celu, jaki się chce osiągnąć. Te kryteria mają na wykresie prawie równe znaczenie i wyraźnie górują nad resztą. Mniejsze znaczenie ma to, jak łatwo dany preparat się stosuje oraz czy jest to nowoczesny środek chemiczny. Jak widać, w chemii dla elektroniki dominuje podejście utylitarne, czyli preparaty mają spełniać oczekiwania i nie sprawiać problemów prawnych dla firmy i zdrowotnych dla pracowników.

W grupie tej mieszczą się wszystkie kleje, smary i oleje, żywice i żele do zalewania wnętrza obudów, lakiery i podobne. Podobnie jak poprzednio ten ogólny opis rozszerza się na wiele typów i wersji. Samych smarów jest minimum dziesięć, a żywic minimum dwa razy tyle.

Wykorzystanie chemii w produkcji elektroniki wiąże się też z odpowiednią metodą aplikacji i producenci starają się wspierać to, że nie każdy ma specjalistyczną maszynę. Przykładem są oczywiście aerozole, czasem z wbudowaną szczoteczką, butelki z pędzelkiem.

Receptury też uwzględniają aplikację środka przez zanurzenie, natrysk lub nanoszenie pędzlem, dzięki czemu od tej strony nie tworzy się dodatkowych problemów. Producenci zwykle oferują preparaty w różnych opakowaniach: od małych aerozoli po duże kanistry dla producentów.

Wiedza na temat chemii

Nietrudno zauważyć, że wiele z materiałów chemicznych wykorzystywanych w elektronice ma skomplikowane receptury i bazuje na zaawansowanych technologiach wytwarzania. Inżynieria chemiczna z pewnością dla elektroników jest wiedzą odległą, stąd najczęściej klienci traktują takie zaawansowane materiały jak czarną skrzynkę, o której mają wiedzę wyłącznie aplikacyjną, najczęściej też powierzchowną.

Kolejna rzecz, jaką widać podczas przeglądania katalogów i list produktów, jest taka, że jest ich bardzo dużo i różnią się one niekiedy tylko drobnymi niuansami. Nierzadko wybór preparatu takiego jak pasta termoprzewodząca, topnik lub zalewa jest na tyle niejednoznaczny, że powstają wątpliwości czy wybór jest optymalny dla danej aplikacji.

Aktualna koniunktura na rynku

Warunki biznesowe w pierwszej połowie 2018 roku zostały ocenione jako zadowalające lub dobre, a więc dokładnie tak samo jak cały ubiegły rok. Takie umiarkowane opinie w porównaniu do wyraźnie lepszych odpowiedzi otrzymywanych w naszych innych badaniach ankietowych wskazują, że rynek produktów chemicznych jest w Polsce bardzo konkurencyjny, marże handlowe niewielkie, a biznes opiera się na nietrwałych relacjach między klientami i dostawcami. W omawianym obszarze rynku obecnych jest coraz więcej graczy, a produkty chemiczne uważa się za użyteczny dodatek do całej reszty, na którym nie trzeba dużo zarabiać, ale warto go mieć jako uzupełnienie biznesu. W takich okolicznościach rynek rozprasza się na wiele przedsiębiorstw, marże handlowe nie są duże, a sprzedaż - dobra lub zadowalająca.

Wydaje się, że w przypadku materiałów chemicznych dostępność kompetentnego wsparcia technicznego, a więc posiadania specjalisty ze sporą wiedzą aplikacyjną, jest kluczowe z punktu widzenia sprzedaży i rozwoju współpracy z klientami. Jest to niezbędny łącznik między światem chemii a elektroniki i w przypadku opisywanych produktów ma on znacznie większe znaczenie niż dla innych grup produktowych.

Zapewne dlatego dostawcy materiałów chemicznych tak akcentują swoje kompetencje w tym obszarze oraz możliwości w zakresie wsparcia technicznego, bo są one kluczem do rynku. Wsparcie uznanego producenta z jego rozbudowanym zapleczem technicznym i badawczym, doświadczoną kadrą pracowników i suportem technologicznym z pewnością też jest dużą pomocą w tym biznesie.

Jakość preparatów

Im bardziej złożony materiał chemiczny, a zadanie, jakie ma on do wykonania, bardziej odpowiedzialne, tym z oczywistych względów znaczenie jakości się zwiększa. W przypadku najprostszych materiałów bazujących na podstawowych substancjach, takich jak alkohol izopropylowy, ryzyko wpadki jakościowej jest z pewnością mniejsze, ale nietrudno się domyślić, że większość aplikacji i zastosowań wykorzystuje materiały o bardziej skomplikowanych recepturach.

W warunkach krajowych rynek produkcji elektronicznej nastawiony jest głównie na wytwarzanie produktów specjalizowanych, elektroniki wojskowej oraz takich wyrobów, które produkowane są w krótkich seriach. Przy takim profilu pokusa oszczędzania na materiałach w produkcji jest w części tłumiona przez sam rynek.

To dlatego, że część wyrobów docelowych przeznaczona jest na eksport, dla przemysłu, medycyny i innych zastosowań określanych jako profesjonalne, a udział produkcji taniej i masowej wśród firm krajowych od lat jest bardzo mały. O wiele gorzej jest w przypadku elektroniki konsumenckiej, a więc segmentu wyrobów masowych, o krótkim czasie życia i takich, gdzie sprzedaż z uwagi na rynkową konkurencję jest dość mocno skorelowana z ceną.

W takich przypadkach nadal zdarzają się oszczędności na siłę i w takich obszarach materiały wysokiej jakości z trudem się przebijają. Tańsze materiały trafiają zwykle do zastosowań serwisowych. Po części jest to skutek tego, że w takim obszarze zadania, jakie stawia się przed preparatami, są prostsze, bo najczęściej chodzi o czyszczenie lub naprawy lutownicze.

Warunki biznesowe na rynku chemii dla elektroniki panujące w 2017 roku

Zdaniem ankietowanych specjalistów warunki biznesowe na rynku preparatów chemicznych dla elektroniki w 2017 roku okazały się dobre lub zadowalające. Razem takich odpowiedzi udzieliło aż blisko 90% pytanych, co pozwala sądzić, że preparaty chemiczne dla elektroniki nie są produktami wystrzałowymi, na których dużo się zarabia, że mogą tworzyć oś biznesu, ale jednocześnie na tyle potrzebne, że tworzą one stabilny, umiarkowanej wielkości strumień sprzedaży. Materiały chemiczne są w produkcji elektroniki tym samym, czym w biurze papier i toner, a więc elementem infrastruktury, narzędziem lub częścią procesu. Są one pomocą w osiąganiu celów firm produkcyjnych i tym samym ich ograniczona rola ogranicza możliwość osiągnięcia relatywnie dużych wzrostów obrotów.

Poza tym w zastosowaniach serwisowych nie kontroluje się tak bardzo jakości, nie ma też jasno sprecyzowanych wskazań przez producenta urządzenia, jaka chemia ma być użyta. Najczęściej dobór aerozoli technicznych wynika z preferencji kupującego, a ponieważ duża część materiałów jest dla siebie alternatywą, wybór sprowadza się do ceny.

Większość producentów elektroniki rozumie te zależności i nie podejmuje ryzyka zakupów z niepewnych źródeł, bo oszczędności są iluzoryczne. Mniejsze i średnie firmy dbające o jakość współpracują zwykle z jedną lub dwoma firmami i kupują od nich równoważne pod względem technicznym materiały. Jest to skuteczny sposób zbalansowania ryzyka zaopatrzenia przy jednocześnie zapewnieniu sobie konkurencyjnych cen.

Bezpieczeństwo - jeden termin, wiele aspektów

Ważną częścią zagadnień związanych z wykorzystaniem materiałów chemicznych jest bezpieczeństwo. Dotyczy ono wszystkich branż i aspektów ich wykorzystania i elektronika nie tworzy tutaj żadnego wyjątku. Materiały chemiczne muszą być bezpieczne dla środowiska naturalnego i ludzi, i podlegają ocenie w takim zakresie wg dyrektywy REACH.

Producenci i importerzy muszą określić ryzyko za pomocą oceny bezpieczeństwa chemicznego (CSA), a jej wyniki udokumentować w raporcie. Ocena powinna uwzględniać produkcję substancji oraz wszystkie znane zastosowania.

Raport musi zawierać szczegółowe podsumowanie informacji dotyczących właściwości substancji, wpływających na ludzkie zdrowie i środowiska, oraz ocenę narażenia i zagrożeń w przypadkach, w których ocena taka jest wymagana. Dla klienta wyniki tych prac są udostępniane w formie zaleceń za pośrednictwem standardowych ostrzeżeń i piktogramów umieszczanych na etykietach oraz kart charakterystyki.

Zagadnienia bezpieczeństwa są w przypadku preparatów chemicznych istotne nie tylko z uwagi na wymagania prawne, ale z tego, że współczesna chemia i terminologia są skomplikowane, zwłaszcza dla osób spoza branży. Obejmują one aspekty takie jak palność, przewodzenie prądu elektrycznego, zawartość substancji lotnych (freony, chlor), zapach, toksyczność.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku

Zestawienie najważniejszych czynników o charakterze pozytywnym dla rynku materiałów chemicznych otwiera kategoria "szybki rozwój elektroniki", która zauważalnie przeważa nad całą resztą i wskazuje, że za tempo rozwoju rynku odpowiada w największym stopniu to, że stale przybywa miejsc, aplikacji, zadań i przedsiębiorstw, które mają potrzeby w tytułowym zakresie. W drugiej kolejności preparaty stają się narzędziem pozwalającym osiągnąć duże zaawansowanie techniczne, zwłaszcza w sytuacji, gdy stale rośnie złożoność układowa, postępuje miniaturyzacja itd. Podobnie w skali znaczenia oceniono w ankietach wagę niezłej sytuacji w gospodarce w połączeniu ze zwiększającymi się potrzebami klientów w tym zakresie. Innymi słowy, producenci potrzebują coraz więcej materiałów chemicznych do produkcji i mają na to środki finansowe.

Do tego dochodzi to, czy materiał powoduje korozję, zostawia osady, jest obojętny dla tworzyw, czy nie zostawia śladów, a także spełnia wymagania RoHS i WEEE. Ta ostatnia kategoria dotyczy możliwości utylizacji resztek. Jak widać, zagadnień związanych z bezpieczeństwem jest dość dużo, a oczywiście wymienione kryteria nie stanowią pełnej listy.

Bezpieczeństwo to termin, który dotyczy także zakresu stosowania, np. okresu przydatności do produkcji, czasu, w jakim należy preparat zużyć po otwarciu opakowania, warunków przechowywania, aplikacji, zakresu temperatur przechowywania i używania, konieczności zapewnienia wentylacji, stosowania środków ochrony osobistej i postępowania w przypadku, gdyby doszło do sytuacji awaryjnej (np. kontaktu skóry z substancją). Z pewnością opis ten jest bardzo pobieżny opis, niemniej sygnalizuje dość wyraźnie, że termin bezpieczeństwo jest bardzo pojemny i istotny.

Krajowi dostawcy materiałów chemicznych

Tabela 2. Dane adresowe dostawców preparatów chemicznych do produkcji i serwisu elektroniki

Rynek materiałów chemicznych jest od strony asortymentu bardzo szeroki i łączy kilkunastu znaczących producentów takich produktów. Rozproszenie rynku widać w tym, że sprzedaż rozkłada się na wielu graczy, nikt nie trzyma w ręku większości udziałów a ponadto nierzadko firmy ze sobą nie konkurują, bo działają w odległych segmentach, np. materiałów do lutowania lub też mają wąską specjalizację.

Takie relacje w sferze producentów przenoszą się na rynek dystrybucji. Materiały chemiczne są użytecznym dodatkiem rozszerzającym oferty firm dystrybucyjnych o szerokim profilu, jak Conrad Electronic, Elfa Distrelec, Farnell element14, RS Components, Digi-Key, Maus Electronics oraz Micros.

Firmy te sprzedają spreje serwisowe, materiały do lutowania, kleje i inne podstawowe produkty z tego obszaru. W szczegółach ich oferta oczywiście się różni, ale wspólnym mianownikiem są tutaj niewielkie opakowania, dostępność podstawowych rodzajów materiałów oraz reprezentacja czołowych producentów tych produktów.

Preparaty chemiczne uzupełniają sprzedaż wielu innych dystrybutorów komponentów, jak ABC Elektronik, AET, Piekarz, Microdis Electronics i innych. Ich oferta zwykle dotyczy wybranego fragmentu spośród szerokiego spektrum produktów chemicznych, np. materiałów do lutowania i środków do czyszczenia.

Więcej chemii można znaleźć u firm sprzedających urządzenia do produkcji, jak Amtest Poland, PAKT Electronics, PCB Technology, Renex, Scanditron, Lenz, Interflux, Loktech. Dla nich preparaty chemiczne są zwykle istotną częścią ich działalności, bo wpisują się w profil biznesowy związany z obsługą sektora produkcji elektroniki.

Najważniejsze czynniki o charakterze negatywnym dla rynku preparatów chemicznych

Główne czynniki o zabarwieniu negatywnym dla tempa rozwoju rynku to napływ tanich produktów o niskiej jakości, które na rynku konkurując ceną trafiają do firm szukających w tym obszarze oszczędności. Pozostałe trzy kryteria, a więc zgodność z normami, silna konkurencja na rynku krajowym, a także brak wiedzy u klientów na tematy związane z szeroko rozumianą chemią dla elektroniki, zostały ocenione wyraźnie słabiej w ankietach, mimo że w sumie są one powiązane z tymi dwoma pierwszymi lub wynikają z takich oszczędności za wszelką cenę. Warto zauważyć, że jakość preparatów chemicznych oraz to, czy są one zgodne z normami i bezpieczne, jest niełatwo ocenić, nie będąc specjalistą, a poza tym zagadnienia chemiczne są dla elektroników zwykle na tyle odległe tematycznie, że brak wiedzy staje się naturalny. Nie można znać się na wszystkim w dzisiejszym wyspecjalizowanym świecie i dlatego w praktyce polega się na tym, co deklaruje producent. Ma to sens, dopóki ktoś tego zaufania nie nadużywa.

Jeszcze większy stopień zaangażowania w tytułowej tematyce i poniekąd specjalizację mają BLelektronik, Magazyn Centralny Centrum, Skład Techniczny oraz Semicon. Dla nich materiały chemiczne to bardzo ważna pozycja w ofercie, często nawet główny pion biznesowy.

Mamy też w kraju dwóch producentów: AG TermoPasty - który wytwarza wiele różnych materiałów dla elektroniki: termoprzewodzących, czyszczących, do lutowania zarówno pod kątem aplikacji serwisowych, jak i produkcyjnych. Drugi to Cynel-Unipress produkujący materiały do lutowania: stopy, topniki oraz rozwijający wytwarzanie past.

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Na koniec warto zauważyć, że preparaty chemiczne pojawiają się w ofertach wielu innych przedsiębiorstw, ale są na tyle drobnym dodatkiem, że w zasadzie nie mają znaczenia biznesowego lub są postrzegane jako niestrategiczne.

Oczywiście obszar produkcji elektroniki tworzy najbardziej wartościową część klientów, ale poza tym wiodącym odbiorcą jest wielu innych drobnych klientów razem tworzących tzw. długi ogon biznesowy (long tail).

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców materiałów chemicznych do produkcji elektroniki w Polsce.