Zabezpieczenia i ochrona ESD/EMI w projektowaniu i produkcji

Większa świadomość zapewnia to, że ochrona antystatyczna, wymagania związane z zapewnieniem kompatybilności elektromagnetycznej przestały być uciążliwością, narzuconym formalnym obowiązkiem. Dzisiaj jest to jeden z elementów zapewnienia jakości. Panowanie nad emisją zaburzeń jest ważną i niełatwą częścią pracy inżynierskiej i każde rozwiązanie układowe lub komponent, które wyraźnie w tym pomaga, jest w tych działaniach cenną pomocą. Bezsprzecznie świadomość związana z potrzebą inwestowania w zabezpieczenia i ochronę antystatyczną stale się zwiększa i dzisiaj nie trzeba już przekonywać do tego, że ochrona jest potrzebna, ale jak sygnalizowali nam w ankietach pytani specjaliści, brakuje jeszcze trochę staranności i systemowego podejścia do ochrony. Gdy pojawiają się pilniejsze sprawy związane z produkcją, mniej się na nią zwraca uwagę. W budowaniu świadomości rynku pomaga to, że z roku na rok liczba firm, które zetknęły się z problemami podczas projektowania produkcji i serwisu oraz poniosły jakieś straty (koszty, opóźnienia), jest coraz większa. Zmienia się też świadomość kadry zarządzającej, która o zagadnieniach tych uczy się na studiach, na szkoleniach lub też po prostu ma dzisiaj większe możliwości współpracy z partnerami zagranicznymi. Mamy także coraz większą wyobraźnię na temat możliwych strat, jakie firma może ponieść w związku z nieszczelną ochroną produkcji i szkodliwym wpływem wyładowań na pracę urządzeń. Ponieważ w koszty obsługi klienta, serwisu, dystrybucji i świadczeń posprzedażnych znacznie wzrosły w ostatnich latach przy silnej konkurencji na rynku, szeregi przedsiębiorców lekceważących zagadnienia związane z ochroną ESD i brakiem EMC szybko topnieją.

Duża liczba firm w branży EMS elektroniki działających na rynku krajowym i zagranicznym także wymusza właściwe podejście do ochrony ESD, gdyż dla tych firm posiadanie skutecznej ochrony przed ESD jest warunkiem uzyskania jakichkolwiek zleceń. Pozytywne wsparcie dla rozwoju rynku dają też regulacje prawne, np. dyrektywy europejskie lub natowskie, gdyż urządzenia bez ochrony przed EMI/ESD nie są w stanie spełnić odpowiednich norm, ulegają uszkodzeniu podczas badań lub po prostu nie działają. Stąd wymogu ochrony nie daje się też tak prosto lekceważyć lub pomijać, nawet gdy tej świadomości nie ma, pozostaje przymus formalny.

Ważne i poszukiwane produkty #9

 

Za ważne i poszukiwane na rynku produkty pytani w ankietach uznali materiały antystatyczne do ochrony stanowisk pracy, dla pracowników oraz do zabezpieczania wyrobów (torebki, koszulki, pudełka). Z punktu widzenia firmy produkcyjnej są one tak samo potrzebne, jak płytki drukowane i podzespoły oraz kupowane w masowych ilościach. W dużym stopniu determinują one jakość produkcji i jak widzimy, przewyższają one znaczeniem te związane z kompatybilnością elektromagnetyczną. Wynika to z tego, że materiały antystatyczne mają znacznie szersze zastosowanie: w produkcji, magazynowaniu, transporcie, a dodatkowo są to elementy zużywające się, a więc wymagające wymiany. Poza tym ochrona elektromagnetyczna jest w dużej części realizowana przez projekt i dobór elementów, a w mniejszym stopniu przez środki ochronne, zatem jej mniejsze znaczenie jest naturalne.

Ochrona antystatyczna

Materiały do ochrony antystatycznej można podzielić na trzy grupy. Pierwsza to środki ochronne dla pracowników, a więc odzież, obuwie, rękawiczki, opaski, maski. Druga grupa to środki chroniące proces produkcyjny przed wyładowaniami elektrostatycznymi, czyli meble, maty, podłogi, sprzęt kontrolny (testery), elementy wyposażenia stanowisk pracy. Trzecia grupa to produkty do ochrony gotowych wyrobów, takie jak opakowania, folie, torebki strunowe, pianki, pudełka itd.

W tych obszarach zmagania kupujących dotyczą zapewnienia najlepszego balansu między ceną a jakością. Niestety jakość materiałów antystatycznych jest niełatwa do zweryfikowania, zwłaszcza w długim czasie. Pomiary parametrów wymagają posiadania specjalistycznej aparatury i zaplecza badawczego, dlatego z reguły dokonuje się prostej kontroli skuteczności ochrony za pomocą testerów, a drobiazgowe badania zostawia producentom. Używanie pewnych jakościowo materiałów i przestrzeganie zaleceń w zakresie czasu używania, harmonogramu wymian, a w przypadku odzieży stosowanie się do zaleceń w zakresie jej konserwacji, jest słusznym balansem między zachowaniem skuteczności ochrony a ponoszonymi wydatkami. Jest to z pewnością kompromis opierający się na zaufaniu między producentem, dystrybutorem i klientem, co niestety prowadzi do kłopotów w przypadku nieuczciwości którejkolwiek ze stron.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku EMI/ESD #1

 

Czynniki negatywnie oddziałujące na rynek to przede wszystkim zawirowania wirusowe i wojenne, obejmujące zakłócenia w działaniu łańcucha dostaw prowadzące do wydłużenia czasu dostaw. Na kolejnych miejscach uplasowały się oszczędności i cięcia kosztów u klientów, a więc to, że próbują oni na ochronie ESD/EMI zaoszczędzić. Te oszczędności to kupowanie od tańszych dostawców, ograniczanie ochrony jedynie do niezbędnych miejsc, przedłużanie czasu eksploatacji i użytkowania materiałów lub złe podejście i bagatelizowanie zagadnień ochronnych wynikające z braku wiedzy.

Materiały o miernych właściwościach, takie których deklarowane parametry nie mają pokrycia w rzeczywistości albo których własności ochronne szybko się degradują, stają się źródłem kłopotów. Jeśli dodatkowo są sprzedawane przez firmy bez kompetencji z tego obszaru, ich wpływ na jakość jest jedynie kwestią czasu.

Ochrona elektromagnetyczna sprzętu

Podobny podział na grupy widoczny jest w przypadku produktów przeznaczonych do zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej, gdzie oferta materiałów także towarzyszy podzespołom dyskretnym. Ochrona elektromagnetyczna opiera się głównie na elementach indukcyjnych, ferrytach, filtrach oraz tłumikach przepięć, takich jak warystory, TVS-y oraz elementy gazowane. Po stronie materiałów są to produkty ekranujące i absorbujące emisję, które jeszcze kilka lat temu znajdowały zastosowanie w wysokiej klasy sprzęcie wojskowym i telekomunikacyjnym, obecnie trafiają też do urządzeń powszechnego użytku. Na rynku jest coraz więcej uszczelek, taśm, koszulek, osłon, siatek. Rośnie liczba kształtów, typów, różniących się stopniem tłumienia i przeznaczeniem. Producenci wprowadzają na rynek coraz więcej elementów tłumiących w obudowach SMD, złożone wersje zawierające wiele pojedynczych ochronników w jednej obudowie lub też specjalizowane układy pasywno- aktywne przeznaczone do współpracy z liniami danych szybkich interfejsów cyfrowych, gdzie istotne jest zapewnienie niskich strat wtrąceniowych lub dużej szybkości reakcji. Złożoność i trudność zagadnień związanych z kompatybilnością sugerują, że w najbliższych latach zapotrzebowanie na podzespoły, usługi, wsparcie techniczne i aparaturę powinno ciągle rosnąć.

Najważniejsze dla klientów cechy ofert #8

 

W zestawieniu najważniejszych czynników składających się na ofertę za najbardziej istotny parametr uznano termin i logistykę dostawy, która przebiła niską cenę. Takie mamy czasy, że kryterium kosztu zakupu spada na niższe pozycje, bo łańcuchy dostaw cały czas nie działają dobrze. Nie dość, że pandemia w Chinach jeszcze nie odpuściła, to mamy dodatkowo wojnę w Ukrainie, która wpływa na cały transport. Poza ceną i terminem bardzo istotne są też parametry techniczne, jakość wykonania oraz kompetencje dostawcy. Podobne oddziaływanie mają też certyfikaty potwierdzające spełnianie norm.

Wiedzę i doświadczenie w zakresie EMC zdobywa się latami, a liczba problemów, które trzeba będzie rozwiązywać, z pewnością nie będzie się zmniejszać. Niemniej proces ograniczenia emisji elektromagnetycznej jest dzisiaj nieodłączną częścią każdego etapu pracy inżynierskiej nad układem elektronicznym. Zasada jest taka, aby stosować takie rozwiązania układowe, aby większość niezbędnego tłumienia zapewniał już sam projekt tj. wielowarstwowa płytka, odpowiednio rozmieszczone elementy i jak najrzadziej sięgać po dodatkowe podzespoły zewnętrzne. Stąd część produktowa związana z ochroną elektromagnetyczną wartościowo i znaczeniowo jest znacznie mniejsza od antystatyki.

Ocena problemów z długim czasem dostaw #2

 

Od prawie półtora roku rynek elektroniki zmaga się z niedostępnością wielu podzespołów i materiałów niezbędnych do produkcji elektroniki, której skutkiem są długie czasy dostaw oraz wzrost cen. Jak widzimy z informacji pokazanych na wykresie, dla ponad połowy ankietowanych problemy z zaopatrzeniem są utrudnieniem, niemniej ocenianym jako niewielkie. Co trzecia firma ocenia je jako znacząco ograniczające rozwój. Na dostawców materiałów antystatycznych i komponentów alokacje dostaw oddziałują negatywnie jako opóźnienia w zaopatrzeniu oraz przez to, że ich klienci (producenci elektroniki) mają problemy oraz muszą przesuwać w czasie projekty.

Nowości, a raczej ulepszenia

Mimo, że w branży antystatycznej nie ma raczej szans na rewolucję i sensacyjne odkrycia, a wielu dostawców ma podobne do siebie oferty, rolę nowości pełnią ulepszenia. Przykładem mogą być opakowania rozpraszające ładunki i jonizujące atmosferę wewnątrz, opakowania antywilgotnościowe do przechowywania komponentów wrażliwych na wilgoć. Rośnie oferta w zakresie specjalizowanych urządzeń pomiarowych, pozwalających kontrolować jakość zabezpieczeń i mierzyć wielkość ładunków. Wzrasta sprzedaż jonizatorów, które pozwalają poprawić stopień rozpraszania ładunku w całej hali produkcyjnej i stanowią cenne uzupełnienie do tradycyjnych mat, opasek i uziemień. Podzespoły ochronne w zakresie EMI i ESD są szeroko stosowane w większości urządzeń elektronicznych i w miarę upływu lat mają coraz bardziej specjalizowany charakter ukierunkowujący funkcjonalność na dany typ występującego czynnika niepożądanego, np. eliminację zakłóceń od telefonów komórkowych. Ale faktem jest, że największy nurt sprzedaży dotyczy produktów typowych.

Wsparcie techniczne

Podobnie jak w wielu innych specjalistycznych grupach produktów dla elektroniki, rola wsparcia technicznego i pomocy ze strony dostawcy, staje się z roku na rok coraz bardziej ważna, gdyż orientacja na rynku, w którym jest wiele produktów i producentów nie jest prosta. Nie jest też łatwo powiązać usterki jakościowe ze skutecznością zabezpieczeń i z takich przyczyn znaczenie wyboru dostawcy i tego, jaki poziom merytoryczny on reprezentuje, jest w czynnikiem bardzo istotnym.

Jaka jest aktualna koniunktura na rynku? #3

 

Ocena bieżącej koniunktury na rynku (w kwietniu 2022 r.) przez 90% pytanych została oceniona pozytywnie. Sprzedaż materiałów antystatycznych i ochronnych jest powiązana z ogólnym potencjałem sektora produkcji elektroniki z tym, realizowanymi inwestycjami oraz nowymi projektami. Dobry klimat tam panujący przenosi się na zamówienia, stąd dane na powyższym wykresie można traktować jako pewnego rodzaju barometr ogólnej koniunktury w branży elektroniki. Przy takim podejściu można podsumować, że sytuacja znakomitej większości przedsiębiorców jest niezła i wpływ wojny oraz gorszej logistyki na rynek jest niewielki.

Problem z dostępnością komponentów jest znaczący

Rynek komponentów i materiałów ochronnych, jak każdy inny sektor elektroniki, cierpi na skutek pandemii i ograniczonej dostępności. Wiele zakładów produkcyjnych w Chinach pracuje w ograniczonym reżimie z uwagi na zamknięcia, co prowadzi do mniejszej wydajności. Podrożał też transport i to znacząco, a dodatkowo czas spedycji się wydłużył, bo brakuje kontenerów, obsady pracowniczej w portach, a w przypadku transportu lotniczego w grę wchodzą ograniczenia związane z pandemią oraz wojną w Ukrainie.

Braki oznaczają coraz wyższe koszty materiałów i komponentów. To oczywista zależność, która jest dzisiaj dodatkowym problemem dla rynku. Ceny zwiększają się w wyniku splotu wielu czynników, takich jak wzrost kosztów surowców, transportu, kosztów pracy, na skutek dużej infl acji pojawiającej się przy okazji tłumienia skutków pandemii a także dużego popytu. Materiały antystatyczne i do ochrony EM nie są wyjątkiem wolnym od tych problemów.

Jak można ocenić warunki biznesowe panujące na rynku elektroniki w 2021 roku? #4

 

W ankietach prawie dwie trzecie pytanych specjalistów określiło warunki panujące na rynku komponentów i materiałów związanych z ochroną antystatyczną i elektromagnetyczną w 2021 roku jako dobre. Tylko co dziesiąty pytany uważał, że są one kiepskie, co w odniesieniu do problemów związanych z zakłóceniami w logistyce, długimi czasami dostaw, wydaje się być bardzo małym wskazaniem. Można też powiedzieć, że 85% odpowiedzi padło na to, że warunki były pozytywne.

Koordynatorzy ESD

Coraz więcej firm ma wśród kadry tzw. koordynatora ESD, a więc osobę, która potrafiocenić skuteczność ochronny antystatycznej, zadbać o przestrzeganie procedur organizacyjnych i realizację szkoleń dla personelu. Pracownicy firmy muszą zdawać sobie sprawę z tego, co robią i w jaki sposób problematyka ochrony przed ESD dotyczy ich pracy i wykonywanych czynności. Bez takiej świadomości inwestowanie nawet w najbardziej wyrafinowane środki ochronne nie ma większego sensu, gdyż jak w wielu innych dziedzinach najsłabszym elementem całego połączonego ze sobą łańcucha zależności okazuje się zazwyczaj człowiek. Dla wielu osób wiążące się z tym wymagania, procedury i postępowanie mogą wydawać się niekiedy przesadzone lub też zbyt rygorystyczne. Takie odczucie wynika z dużej liczby koniecznych środków ochrony, skomplikowania oraz, co jest chyba najważniejsze, z chęci zapewnienia skuteczności ich działania. Koordynator ESD jest odpowiedzialny za to, aby ochrona antystatyczna w firmie była rzeczywista, a nie iluzoryczna. Takie kwalifikacje zdobywa się na szkoleniach (IPC) i dzięki ich dobrej dostępności w Polsce osoba taka przestała być rzadkością.

Stopień specjalizacji dostawców w materiałach i komponentach ochronnych #5

 

Znaczenie materiałów i podzespołów do ochrony antystatycznej i elektromagnetycznej dla firm handlowych i produkcyjnych, a więc innymi słowy ich zaangażowanie w tym biznesie, zmienia się w zależności od stopnia specjalizacji. Można wyróżnić trzy mniej więcej tak samo liczebne grupy. Pierwsza to taka, gdzie omawiane produkty są sprzedawane przy okazji innej działalności lub też w ramach bardzo szerokiego asortymentu charakterystycznego dla dużych firm dystrybucyjnych. Takie przedsiębiorstwa dążą do tego, aby mieć możliwie wszystko, co hipotetycznie może być potrzebne. Druga grupa to firmy sprzedające sprzęt do produkcji lub podzespoły, dla których materiały są także uzupełnieniem profilu, niemniej bardzo istotnym. Trzecią część tworzą firmy wyspecjalizowane w sprzedaży takich wyrobów.

Dostawcy materiałów i podzespołów ochronnych

Na omawiany w naszej analizie sektor rynku składa się wiele produktów z nierzadko odległych grup tematycznych, o różnym przeznaczeniu i funkcjonalności, a rynek ma (z kilkoma wyjątkami) charakter importowy. Linie podziału przebiegają między ochroną antystatyczną i elektromagnetyczną oraz materiałami i podzespołami. Ważnymi graczami są firmy powiązane umową dystrybucyjną ze znaną marką producenta, takie, dla których tematyka jest znaczącą częścią biznesu lub te, które samodzielnie produkują odzież antystatyczną lub meble. Po stronie dystrybucji materiałami antystatycznymi zajmują się firmy zwykle związane z urządzeniami i materiałami do produkcji, bo są to produkty powiązane tematycznie i kierowane do tego samego klienta. Wiele z przedsiębiorstw jest aktywnych w tej tematyce od wielu lat, co oznacza, że branża zbudowała stabilne relacje.

Epidemia koronawirusa i wojna a nasz biznes #6

 

Wykres ilustrujący wpływ pandemii i negatywnych zjawisk, które ona przyniosła oraz wojny na biznes jest podzielony na mniej więcej trzy równe części. W jednej firmy sygnalizują, że warunki działania dla nich się nie zmieniły, inne, że mają mniejsze lub większe problemy. Oznacza to, że sytuacja na rynku nie jest stabilna, kłopoty lub sukces handlowy przeplatają się ze sobą w zależności od firmy, produktu, projektu lub czasu i są wynikiem splotu wielu wydarzeń. Badanie przeprowadzaliśmy w połowie kwietnia, stąd w jakimś sensie uwzględnia ono także wpływ wojny na branżę elektroniki w Polsce.

Częścią działalności dostawców specjalizujących się w tematyce ochrony antystatycznej są szkolenia i audyty bezpieczeństwa, które są elementem transferu wiedzy do klientów oraz budowaniem świadomości co do zagrożeń. Z pewnością są one dobrym wsparciem dla sprzedaży. Duży potencjał w obszarze antystatyki ma firma Renex z Włocławka, która produkuje m.in. odzież antystatyczną, krzesła, obuwie, rękawiczki i opaski. Systematycznie poszerza asortyment własnych produktów antystatycznych, które oferowane są pod marką Reeco. W tej tematyce aktywny jest także LaFot Elektronik, który zajmuje się dystrybucją systemów zabezpieczeń antyelektrostatycznych niemieckiej firmy Wolfgang Warmbier. Treston Ergona od lat zajmuje się sprzedażą materiałów, mebli i wyposażenia produkcji, a Cleanproject dostarcza wyposażenie do pomieszczeń czystych. Producentów obecnych w kraju reprezentują firmy Artpol i Eurostat. Dostawców jest oczywiście znacznie więcej (tabela 2), ale w wymienionych firmach jest to bardzo istotna część działalności, stąd je podajemy.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku EMI/ESD #7

 

Za najważniejszy czynnik pozytywnie kształtujący rozwój rynku ankietowani specjaliści uznali wzrost świadomości firm w zakresie zagrożeń, a więc ich wiedzę i doświadczenie pozwalające nie tylko wybierać produkty jakościowo dobre, ale dostrzegać potrzebę ochrony. Znaczenie ma też zainteresowanie utrzymaniem wysokiej jakości procesów w produkcji elektroniki, a następnie rosnące wymagania klientów. Kolejne czynniki wiążą się z ogólnym rozwojem rynku, a więc, że sprzętu jest coraz więcej, jest on bardziej złożony, mniejszy, czyli delikatniejszy i wymagający lepszej ochrony i produkcji w bardziej zaawansowanych procesach niż jeszcze kilka lat temu.

W zakresie materiałów ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi można wyróżnić firmy takie jak Astat, ABC Elektronik i Arizo, które specjalizują się w zagadnieniach EMC i sprzedają materiały ekranujące i tłumiące. Po stronie podzespołów w zakresie tematyki znajdują się dystrybutorzy podzespołów indukcyjnych, filtrów sieciowych i kondensatorów przeciwzakłóceniowych. Produkty takie ma w ofertach wiele firm, bo wyroby te mają szerokie zastosowania (tabela 1).

Przegląd ofert dostawców

Zestawienie ofert dostawców materiałów i podzespołów ochronnych pokazane zostało w tabeli 1. Znaczna szerokość asortymentowa omawianego rynku niestety nie daje szans wyróżnić więcej szczegółów i stąd informacje zawarte w tabeli mają jedynie charakter wstępnego selektora dla dalszych pytań ofertowych. Niezbędne dane kontaktowe prezentujemy w tabeli 2.

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców materiałów i komponentów do ochrony EM/ESD w Polsce.