PRODUKCJA URZĄDZEŃ ELEKTRONICZNYCH - w kooperacji z firmą EMS lub we własnym zakresie

Rynek produkcji elektroniki rozwija się dzisiaj w wielu kierunkach, wyznaczanych w dużej mierze przez już istniejących graczy oraz pojawianie się nowych technologii. Tym razem przyglądamy mu się przez pryzmat takich rozwiązań, jak sprzęt do produkcji urządzeń, obwody drukowane, wiązki i kable specjalistyczne, materiały chemiczne, obudowy i szafy, znakowanie i oznaczanie, a także urządzenia dla szkół i uczelni. Nieodmiennie ważną kwestią jest także ta zasugerowana już w tytule, bo nie ulega wątpliwości, że produkcja elektroniki na zlecenie stała się już naszą krajową specjalnością.

PRODUKCJA URZĄDZEŃ ELEKTRONICZNYCH - w kooperacji z firmą EMS lub we własnym zakresie

EMS, czyli usługi produkcji elektroniki na zlecenie, są naszą krajową specjalizacją

W warunkach krajowych firmy EMS obsługują głównie krótkie i średnie serie produkcyjne, a więc takie, gdy w krótkim czasie trzeba wyprodukować specjalistyczne urządzenie. W tak zdefiniowanym obszarze zawsze jest większa presja na jakość, częstsza potrzeba wykonania dodatkowych operacji, np. lakierowania oraz niezbędny jest funkcjonalny park maszynowy.

Od lat, zdobywając klientów niskimi kosztami usług produkcyjnych, polscy dostawcy usług EMS zapewniają dzisiaj także wiele innych wymiernych korzyści, takich jak integracja wszystkich etapów realizacji projektu, przez prototyp, produkcję testową aż po wytwarzanie wielkoseryjne, oraz coraz krótszy czas realizacji zamówień i kompleksową usługę razem z płytkami i podzespołami.

Firmy kontraktowe można też traktować jako dostawców zaawansowanej technologii produkcji, bowiem na wiele innowacyjnych maszyn producentów elektroniki nie stać. Producentom kontraktowym sprzyja to, że sam rynek elektroniki nieprzerwanie rośnie, a urządzenia elektroniczne zaczynają być stosowane w nowych gałęziach przemysłu oraz są niezbędną bazą dla nowych innowacyjnych i niewielkich firm.

Na rozwój rynku usług EMS pozytywnie oddziałują też zmiany w elektronice, a dokładniej coraz szybsze tempo rozwoju tego rynku i coraz większe zaawansowanie technologiczne sprzętu elektronicznego. Jednym z efektów tej szybkości jest skracanie się czasu życia wyrobów, nieustanna konieczność zmian w zakresie potrzebnych usług, liczby niezbędnych operacji technologicznych.

Rośnie też rynek krajowej elektroniki, powstaje wiele małych i średnich firm, które rozpoczynają produkcję seryjną swoich opracowań, tworzą się biura konstrukcyjne, a same usługi montażu dostępne są nawet, gdy zamawiający potrzebuje wykonać krótką serię.

WIĘCEJ WYMAGAŃ

Obszar EMS doskonale pokazuje, jak szybko rosną wymagania klientów w stosunku do usługodawców. Dzisiaj coraz częściej oczekuje się, że firma kontraktowa zapewni wiedzę oraz pomoże skutecznie ograniczyć koszty produkcji. Galopująca miniaturyzacja, szybko zmieniające się technologie powodują dużo problemów technicznych, zwłaszcza gdy elektronika nie jest centrum biznesu dla zleceniodawcy.

Do tego dochodzą problemy kadrowe. W miarę jak zasięg elektroniki się poszerza o nowe dziedziny, takich przedsiębiorstw jest coraz więcej i ich udział w strukturze zleceń dla producentów kontraktowych wzrasta. Jest to logiczne, bo klasyczni producenci elektroniki, tacy, którzy operują na większych seriach produkcyjnych, mają nierzadko własne linie produkcyjne.

Można przyjąć, że im elektronika jest dla danej firmy bardziej odległa od centrum biznesu, tym zapotrzebowanie na usługi projektowe jest większe. Niestety, często słabe kwalifikacje i doświadczenie konstruktorów i projektantów w firmach elektronicznych uniemożliwiają bezproblemową realizację projektów, a firmy odległe od elektroniki wręcz wymagają pomocy związanej z projektowaniem i przygotowaniem produkcji, kompleksowej obsługi, włącznie z uczestniczeniem w fazie przygotowania projektu i jego wdrożenia, optymalizacji pod kątem funkcjonalnym i kosztowym oraz zapewnienia serwisu (obsługi posprzedażnej) dla produktu.

Struktura obrotów dostawców usług EMS
 
Pytania o obroty z działalności, obojętnie, czy handlowej, czy jak w tym przypadku z usługowej, należą do najtrudniejszych. Przedsiębiorcy niechętnie dzielą się z nami takimi informacjami, obawiając się zapewne, że ich faktyczna pozycja rynkowa rozmija się z tą deklarowaną i opisywaną. Z uwagi na takie problemy systematycznie ograniczamy wnikliwość tego pytania w ankietach, tak aby podanie danych możliwie najmniej ujawniało, ale w taki sposób, aby dało się wykonać przynajmniej zgrubne badanie statystyczne. Stąd tym razem prosiliśmy o przyporządkowanie wartości sprzedaży usług EMS tylko do jednego z trzech przedziałów: małego, charakterystycznego dla usług będących dodatkiem do większej całości, średniego i dużego, znamiennego dla tych wyspecjalizowanych i większych firm. Jak widać rozkład jest praktycznie równomierny, co oznacza, że co trzecia firma może być traktowana jako mała i tak samo co trzecia to ta większa. W porównaniu do analogicznego zestawienia wykonanego przez nas 3 lata temu liczba liczba tych największych przedsiębiorstw nieznacznie wzrosła, głównie kosztem "środka".

Dobrze jest mieć ponadto całościową wiedzę na temat branży - od znajomości produkcji PCB poprzez technologie montażu i znajomość komponentów.

Stąd widać, że dla zapewnienia rozwoju staje się istotne posiadanie wewnętrznego biura projektowego a nawet laboratorium EMC. Jeśli nie własnego, to przynajmniej blisko współpracującego z producentem EMS.

Klienci coraz częściej pytają o szkodliwość produktów lub procesu produkcji dla środowiska naturalnego. Wymagają kart charakterystyki substancji i półproduktów, zwracają uwagę na sposób postępowania z odpadami poprodukcyjnymi.

Stąd dobrze jest mieć ponadto całościową wiedzę na temat branży - od znajomości produkcji PCB poprzez technologie montażu i znajomość komponentów. Ważne jest także nieszablonowe podejście do zagadnień, nazywane często elastycznością, bo kojarzy się ono z minimalnymi kłopotami.

POTENCJAŁ I KOMPETENCJE

Warto zauważyć, że jesteśmy coraz bardziej doceniani na rynku światowym, a klienci krajowi i zagraniczni coraz chętniej zlecają usługi kompleksowe EMS. Coraz więcej firm wychodzi z założenia, że będzie zlecało montaż w zewnętrznej firmie i są to nie tylko startupy, ale także ci przedsiębiorcy, którzy do niedawna bronili się przed takimi działaniami i mnożyli obawy o wyciek własności intelektualnej, elastyczność działania i inne cechy, które przypisywane były do własnej linii.

 
Przegląd ofert dostawców usług EMS w Polsce

W relacjach między firmami elektronicznymi a branżą EMS zapanował pragmatyzm i stabilizacja sprowadzająca się nierzadko do elastycznego podejścia, w którym część zleceń realizowana jest we własnym zakresie, np. te pilne i nietypowe, reszta oddawana jest do kooperantów.

Startupy, nowe firmy powodują, że rynek usług EMS rośnie i miejsca jest sporo. Sprzyjającym czynnikiem jest też rozwój polskiej produkcji elektronicznej i duża liczba oryginalnych, ciekawych projektów polskiej myśli technicznej, klastry technologiczne. Korzystna dla EMS jest poprawa tendencji na rynku urządzeń M2M, Smart Home, IoT, Smart City oraz sieci bezprzewodowych.

Paweł Banaś, Krystian Adamus

Horizon Technologies

  • Wiele się mówi o zmianach w technologiach HMI, np. technologiach dotykowych. Jak zmiany te wyglądają z Waszej perspektywy?

Faktycznie zauważalny jest wzrost zainteresowania technologiami dotykowymi czy też innymi możliwymi technologiami, które można zintegrować w nowo powstałym produkcie. Z drugiej strony, pojawiają się potencjalnie wyższe koszty, które będą miały wpływ na cenę gotowego urządzenia. W takim przypadku zamawiający na bazie dostarczanych przez nas informacji może dogłębnie przeanalizować, czy tworzenie bardziej zaawansowanego produktu ma sens, czy też w tym konkretnym przypadku lepiej oprzeć się na bardziej standardowym rozwiązaniu.

Szczerze mówiąc, te szeroko rozumiane zmiany w technologiach HMI oznaczają dla nas dużo szerszą perspektywę, w której możemy prezentować swoją ofertę. To do klienta ostatecznie należy decyzja, czy i w jakiej technologii będzie chciał budować swój produkt. My możemy mu w tym przypadku dostarczyć argumenty za i przeciw oraz oszacować potencjalne koszty. Tym samym, bazując na naszych doświadczeniach, możemy wesprzeć go w podjęciu ostatecznej decyzji.

  • Jaką wagę przykłada się do wzornictwa przemysłowego we współczesnej elektronice?

Zauważamy, że dbałość o estetykę urządzenia ma coraz większe znaczenie dla producentów elektroniki użytkowej. Można powiedzieć, że na przestrzeni lat widać, w jaki sposób estetyka urządzeń elektronicznych, które pojawiają się na półkach sklepowych, ewoluowała. Firmy interesują się tym zagadnieniem i chcą, aby ich produkty były estetyczne oraz atrakcyjne wizualnie, skupiają się na detalach, na które kilka lat temu mogliby przymknąć oko.

Skupienie na wszelkich aspektach funkcjonalnych urządzenia, jak również na jego estetyce dopracowaną w najdrobniejszym szczególe sprawia, że inwestycje ponoszone na zaprojektowanie oraz wdrożenie nowych elementów do produkcji są wyższe. Ponadto w obecnych czasach klient końcowy w inny sposób podejmuje swoje decyzje zakupowe, często nie sugeruje się już jedynie ceną, lecz bierze pod uwagę wiele innych parametrów danego urządzenia, między innymi jego wygląd.

Zdarza się, że na etapie poszukiwania i budowania koncepcji nowego produktu, producenci urządzeń elektronicznych szukają możliwości realizacji własnych pomysłów w różnego typu agencjach graficznych czy biurach projektowych, które popuszczając wodze fantazji przedstawiają własną wizję zaawansowanych graficznie wersji produktu.

Niejednokrotnie okazuje się, że z projektem graficznym nie idzie w parze technologiczna wykonalność podmiotowego projektu oraz jego dalsza produkcja. Okazuje się wówczas, że aby obronić wizję takiego urządzenia, trzeba zdecydowanie zwiększyć nakłady inwestycyjne związane z przygotowaniem form narzędzi potrzebnych do zbudowania rzeczywistego modelu nowego produktu, nie wspominając o wyższych kosztach produkcji docelowych elementów.

Można by w tym miejscu przytoczyć co najmniej kilka tego typu przykładów, bazując na doświadczeniach z projektami, które otrzymaliśmy w celu oszacowania kosztów wdrożenia i produkcji. W takich przypadkach, niestety, nierzadko drogi projekt ląduje w koszu, co oznacza nie tylko utratę pieniędzy, ale i czasu. Reasumując, wzornictwo przemysłowe musi iść w parze z dostępnymi i realizowalnymi możliwościami technologicznymi.

ALOKACJE UWYPUKLAJĄ ZNACZENIE PODZESPOŁÓW

Jak wiadomo, rynek usług EMS cały czas się zmienia w kierunku zapewnienia coraz większej kompleksowości usług. Firmy z omawianego obszaru nieustannie starają się zaoferować klientom coraz szerszy zakres współpracy, bo takie są oczekiwania, światowe trendy i wymagania biznesowe. Chodzi o to, że jeśli producent elektroniki dojrzeje do współpracy z EMS-em, to powinien mieć możliwość uwolnienia się w całości od produkcji, w tym głównie płytek i komponentów.

Ostatnio ta pozycja staje się bardzo ważna i stanowi nierzadko o przewadze konkurencyjnej jednej firmy nad drugą. Podzespoły stanowią dość dużą część kosztów produkcji urządzenia elektronicznego. Dokładny udział zależy od stopnia skomplikowania i zaawansowania technologicznego, ale można szacować, że jest to od 50 do 75%.

To bardzo dużo, przez co nawet małe oszczędności w tym obszarze są w stanie przynieść więcej efektu niż gdzie indziej. Z drugiej strony koszt zaopatrzenia w podzespoły jest spory, bo wymaga zaangażowania pracy działu zaopatrzenia, opłacenia kosztów wysyłki i wielu podobnych aspektów. Stąd przerzucenie tego zadania na kooperanta, nawet jeśli nie obniży kosztów, to odejmie sporo pracy.

Najistotniejsze czynniki biznesowe w usługach EMS
 
Na pierwszym miejscu znalazła się oczywiście cena, co nie jest zaskoczeniem, bo tak było zawsze, a poza tym taka jest dla wielu osób istota kooperacji w zakresie produkcji elektronicznej - zlecający montaż liczy na oszczędności. Niemniej wielkość słupków na wykresie pokazuje, że znaczenie ceny jest mniej więcej takie samo jak jakości i niezawodności oraz terminu wykonania zlecenia - te trzy kryteria tworzą wyraźną czołówkę oczekiwań biznesowych: ma być tanio, dobrze i szybko. Dużo wskazań padło też na elastyczność w podejściu do współpracy, czyli możliwość odejścia od rutynowych procedur i podejścia na rzecz specyficznych wymagań. Ponad średnią wybijają się ponadto możliwości techniczne, co też jest oczywiście zrozumiałe oraz kompleksowa usługa i długotrwała współpraca. Znaczenie kompleksowej usługi jest zrozumiałe w branży EMS i trend na całym świecie jest taki, aby obejmowała ona całość działań od pomysłu po wysyłkę gotowego produktu do klienta. Ale trwałe relacje na linii producent EMS-zleceniodawca to oznaka dojrzałości branży.

Dlatego firmy EMS starają się wypracować bezpośrednie kontakty z producentami, dystrybutorami po to, aby na skutek efektu skali mieć lepsze ceny zakupu od tych, które proponuje rynek krajowy ich klientom.

Wzrost czasów dostaw z renomowanych źródeł w ostatnich miesiącach stworzył kolejki (alokacje dostaw) na wiele typów popularnych elementów. Ponieważ w biznesie EMS cały czas trwa presja na szybkość realizacji zleceń, elementy elektroniczne stają się dzisiaj problemem, który jest w stanie zaważyć na możliwości realizacji kontraktu.

Innymi słowy, dostawca EMS, który będzie miał możliwość zapewnienia podzespołów, zyskuje przewagę. To niepokojące zjawisko, które przesuwa punkt ciężkości w biznesie EMS poza usługę produkcji. Na skutek ograniczonej dostępności elementów mniej zwraca się uwagę na to, co się kupuje, a więc rośnie zagrożenie fałszywkami.

NIEZMIENNE ZAINTERESOWANIE PRODUKCJĄ WŁASNĄ

Coraz więcej firm produkcyjnych inwestuje we własne linie produkcyjne, wbrew modzie na outsourcing i nie patrząc na to zagadnienie od strony ekonomicznej. Wynika to w dużej mierze z charakteru i profilu naszego rynku, nastawionego na sprzęt specjalistyczny, na krótkie i średnie serie.

Wielu producentów takich urządzeń woli mieć własny park maszynowy, pozwalający na optymalizację produkcji, bo elastyczność, pełne panowanie nad jakością i produkcją jest ważniejsze niż obniżki kosztów.

Sprzyja temu coraz większa dostępność i lepsze ceny maszyn do montażu, które mają dzisiaj często funkcje zoptymalizowane pod kątem produkcji niskoseryjnej, o wysokiej elastyczności i niewielkich rozmiarach. W ramach automatu pick & place dostępne są też opcje nakładania pasty lutowniczej, a cała linia technologiczna wcale nie jest taka duża.

Producenci elektroniki korzystali w ostatnich latach z możliwości wsparcia finansowego, zapewnianych przez wiele funduszy strukturalnych UE, podobnie zresztą jak producenci kontraktowi. Urządzenia kupowane w ramach projektów rozwojowych służyły poprawie potencjału technologicznego, co też wpłynęło na to, że inwestycje w produkcję własną nie są postrzegane wyłącznie przez pryzmat ekonomii.

SŁOWO KLUCZ DO RYNKU TO JAKOŚĆ

Jakość, obok ceny i czasu realizacji, jest jednym z najważniejszych parametrów, który klienci w branży EMS biorą pod uwagę. Kontrola jakości musi być potwierdzona poprzez AOI, X-Ray i odpowiednie testowanie, traceability, a także audyty. Rośnie też popularność technologii nanoszenia powłok hydrofobowych i ochronnych (conformal coating).

Klienci zwracają ponadto uwagę na przestrzeganie zasad ochrony ESD oraz utrzymanie standardów jakości gwarantowanych przez ISO 9001. Jakość montażu według standardu IPC staje się normą, widać wzrost zainteresowania klasą 2. To wszystko są atrybuty zaawansowania technologicznego i wysokiej jakości w produkcji, na które się zwraca uwagę.

Oczekiwania w stosunku do dostawcy usług EMS
 
Zlecający produkcję elektroniki do firm EMS oczekują od nich przede wszystkim, że firma kontaktowa zapewni wysoką jakość a zlecenie wykona szybko. Niska cena znalazła się przy tak sformułowanym pytaniu dopiero na trzecim miejscu. Niemniej do takiego wyniku trzeba podchodzić ostrożnie - wiele razy okazywało się, że mimo deklaracji, że cena nie jest głównym elementem selekcji, w praktyce niestety zawsze jest, tyle że mówi się o niej dopiero wtedy, gdy pierwsze dwa kryteria zostaną spełnione.

Niestety zbyt często firmy podejmowały się działań ponad ich siły, zapewniając, że potrafią utrzymać na wysokim poziomie świadczone usługi przy niskiej cenie. Niestety tak nie jest i wiele zapewnień o dbaniu o jakość niestety nie pokrywa się z rzeczywistością.

Ponieważ klient ma ograniczone możliwości rzetelnego skontrolowania jakości dostawcy przed zleceniem prac, kieruje się głównie ceną usługi, co potem mści się na jej jakości. Stąd w przypadku montażu kontraktowego zawsze będzie ona wiodącym tematem w branży.

NOWOŚCI PROCESOWE

Większość nowości w usługach kontraktowych można powiązać z rosnącym znaczeniem jakości w produkcji. Ta jakość to trochę słowo klucz, trochę mantra powtarzana przy każdej okazji, niemniej oznacza ona zaawansowanie technologiczne, powtarzalność i dokładność procesu technologicznego mierzoną liczbą braków i złych pakietów powstających w produkcji.

Można też powiedzieć, że jakość to wszystkie działania techniczne i organizacyjne, które prowadzą do większej dokładności i precyzji montażu. Dlatego wiele nowych produktów pojawiających się na rynku związanych jest z kontrolą montażu za pomocą testów optycznych nakładanej pasty lutowniczej, połączeń po lutowaniu, inspekcji rentgenowskiej trudno dostępnych miejsc, na przykład między laminatem a spodem układu w obudowie BGA.

Idąc dalej w tym kierunku, do nowości zalicza się często sprzęt do lutowania selektywnego, w tym takiej operacji dokonywanej na fali oraz do lutowania kondensacyjnego, a więc za pomocą par cieczy. Te operacje dotyczą gęsto upakowanych płytek drukowanych, zawierających elementy przewlekane, wciskane, a także podzespoły o dużych gabarytach.

Mimo wielu zalet montażu powierzchniowego, technicznych i ekonomicznych, nadal na płytkach znaleźć można wiele elementów THT. Są one nieodłączną częścią elektroniki dużej mocy, systemów zasilających, układów wejściowych w systemach pomiarowych i wielu innych aplikacji.

Złącza, elementy indukcyjne, tranzystory mocy, moduły, filtry, anteny, ekrany i podobne są montowane ręcznie, stąd większość producentów musi mieć stanowiska do obsadzania takich elementów. Lutowanie selektywne to z pewnością metoda na ograniczenie nakładów pracy ręcznej przy montażu i konieczności utrzymywania w działaniu agregatu do lutowania na fali.

Elementy THT można wówczas lutować w jednym cyklu i jednocześnie uwolnić się od problemów z powtarzalnością montażu ręcznego. Dla producentów montaż THT to źródło kosztów, czynnik negatywny dla jakości (z uwagi na pracę ludzką). Dlatego rozwiązania pozwalające automatyzować operacje THT, w całości lub chociażby w części, cieszą się zainteresowaniem.

Zapewne w kolejnej dekadzie do wspólnego mianownika pod nazwą jakość dołączy robotyzacja, gdyż takie zjawiska widać w branży na świecie. Roboty umożliwiają precyzyjne lutowanie wyprowadzeń podzespołów, ale również końcówek kabli i elementów elektrotechnicznych.

Połączenia wykonywane są w sposób identyczny jak w procesie lutowania ręcznego - punkt po punkcie za pomocą numerycznie sterowanej lutownicy i podajnika spoiwa lutowniczego. Technologia ta ma znacznie większy obszar zastosowań w porównaniu np. z selektywną mikrofalą i jest znacząco tańsza.

Patrząc na robotyzację, ogólnie można powiedzieć, że urządzenia do automatycznego lutowania podzespołów THT stają się dzisiaj niezbędnym uzupełnieniem linii montażu płytek PCB w technologii mieszanej SMD+THT.

Inwestycje w jakość to także urządzenia do hermetyzacji elektroniki (zalewanie, lakierowanie i lakierowanie selektywne). W zakresie elementów do nowości zaliczają się urządzenia pozwalające na montaż BGA, układów chip on chip, układanie elementów na podłożach elastycznych.

Nowości na rynku EMS to także usługi powiązane z produkcją, jak badania klimatyczne, kontrola oryginalności elementów oraz wszystkie składniki usługi kompleksowej zleceń: od projektu, wsparcia inżynieryjnego, wykonania (łącznie z PCB), poprzez zakup elementów, ich obłożenie, po testowanie gotowych podzespołów oraz wysyłkę do klienta oraz rozwiązania logistyczne, a także serwis i refurbishment (odnawianie). Można więc powiedzieć, że nowością na rynku jest coraz większa integracja usług.

Do nowinek zaliczają się także pomiary czystości jonowej płytek drukowanych, pozwalające ocenić stopień zabrudzenia procesu technologicznego, co ma znaczenie dla zapewnienia niskich upływności oraz odporności na korozję połączeń lutowanych. To także szablony metalowe o zmiennej grubości (stopniowane), które stosuje się na upakowanych płytkach drukowanych po to, aby zapewnić odpowiednią ilość pasty lutowniczej dla dużych elementów i jednocześnie nie powodować zwarć w rejonach o gęstym upakowaniu. Szablony te wykonuje się metodami cięcia laserowego z wykorzystaniem blach stalowych z pocienionymi lokalnie fragmentami.

W zakresie operacji technologicznych składających się na katalog usług producentów kontraktowych coraz częściej wymienia się lakierowanie płytek, w tym także ich selektywne pokrywanie i zabezpieczanie. Taka operacja poprawia odporność układu na narażenia środowiskowe i można zauważyć, że usługa ta staje się dość powszechna.

Prezentacje przykładowych firm powiązanych z tematyką tej analizy znajdują się na stronie:

Najlepsi w branży