Materiały do produkcji elektroniki

Asortyment materiałów przeznaczonych do produkcji jest bardzo szeroki, ale można wydzielić w nim kilka grup produktowych o dużym potencjale. Pierwszy to materiały do lutowania, czyli stopy lutownicze w formie drutów do prac ręcznych oraz jako sztaby będące wsadem do automatów. Do lutowania są niezbędne także topniki, sprzedawane jako oddzielne produkty, które wykorzystuje się do przygotowania powierzchni PCB przed wejściem w falę lub jako składnik ukryty wewnątrz metalu. Gros rynku stanowią materiały bezołowiowe bazujące na cynie oraz dodatkach (SAC). Poza tymi najpopularniejszymi jest wiele produktów specjalistycznych, np. do napraw produkcyjnych (tzw. rework) i serwisu oraz lutowania ręcznego itd. Topniki różnią się bazą (alkoholowe lub wodne), stopniem aktywności lub tym, czy trzeba myć z nich płytki po lutowaniu.

Materiały lutownicze to oczywiście także pasty, będące mieszaniną rozdrobnionego stopu lutowniczego i topnika. Całość ma gęstą konsystencję umożliwiającą nakładanie na płytkę przez metalowy szablon. W porównaniu do stopów lutowniczych będących po prostu mieszaniną metali w odpowiednich proporcjach pasty są produktem o wiele bardziej złożonym od strony technologii produkcji i właściwości. Produkcja past wymaga opanowania wytwarzania proszku lutowniczego, czyli sproszkowanego stopu i połączenia go razem z topnikiem w masę o zestandaryzowanych parametrach, takich jak wielkość ziaren, lepkość, aktywność przed i po lutowaniu.

Najważniejsze dla klientów cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu materiałów

 

Bez jakiegokolwiek zaskoczenia na szczycie wykresu będącego zestawieniem najbardziej istotnych dla klientów aspektów ofert handlowych znalazła się cena. Kryterium kosztu zakupu spada na niższe pozycje jedynie w rzadkich przypadkach, gdy w grę wchodzą specjalistyczne produkty, usługi z dużą wartością dodaną lub też dotyczy to wąskich niszowych rynków. Cała reszta ma cenę na szczycie, z dokładnością do błędu statystycznego. W przypadku materiałów do produkcji wybicie się ceny ponad całą resztę wynosi aż 20%, więc nie jest to dzieło przypadku. Uplasowanie się terminu dostawy na drugiej pozycji to pokłosie obecnych trudnych czasów, reszta sugeruje już ocenę funkcjonalności produktów.

Warto zauważyć, że pasty mają bardzo krótki okres przydatności do użycia, zatem wymagają rozważnych zakupów, a dostawca musi umieć sprawnie zarządzać logistyką i stanami magazynowymi.

Portfolio produktowe w opisanym obszarze jest zwielokrotnione na skutek konieczności zapewnienia opakowań o różnej wielkości. Druty lutownicze mają średnicę od ok. 0,2 do 2 mm, opakowania od 100 g do kilograma, co już tworzy ok. 50 produktów dla jednego stopu. Wiele wielkości opakowań mają też topniki i pasty, co z punktu widzenia klientów jest bardzo pożądane, bo ogranicza straty i pozwala posługiwać się szerszym spektrum produktów. Materiały lutownicze nie są tanie, bo ogólnie metale kolorowe są kosztowne, a pasty lutownicze to skomplikowany technologicznie produkt. Nawet niewielkie resztki są w tym obszarze kosztowną stratą.

Większość producentów elektroniki rozumie zależności między ceną a jakością 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.

Ważne i poszukiwane produkty

 

Za ważne i poszukiwane na rynku produkty pytani w ankietach uznali materiały do lutowania i produkty antystatyczne do ochrony wyrobów (torebki, koszulki, pudełka). Z punktu widzenia firmy produkcyjnej są one tak samo potrzebne, jak płytki drukowane i podzespoły oraz kupowane w dużych ilościach. Materiały do lutowania oraz zabezpieczenia antystatyczne w dużym stopniu determinują jakość produkcji poprzez jakość tysięcy połączeń elektrycznych oraz ochronę wrażliwych systemów przed uszkodzeniem. Wraz z pogłębiającym się znaczeniem urządzeń mobilnych, postępującą miniaturyzacją oraz coraz większą energooszczędnością na znaczeniu zyskują materiały termoprzewodzące.

MATERIAŁY CHEMICZNE

Materiały chemiczne dla elektroniki to obszar produktowy, w którym można obserwować bardzo szybkie powiększanie się asortymentu. Wystarczy wziąć za przykład spraye serwisowe, których dzisiaj jest minimum kilkadziesiąt typów, a nie tylko jeden środek do czyszczenia styków w potencjometrach. Podobnie jest w materiałach do lutowania, topnikach, materiałach termoprzewodzących, lakierach i wszystkich innych grupach takich towarów. Producenci prześcigają się w innowacjach recepturowych, rozwiązaniach specjalnych, a także w opakowaniach zapewniających wygodę aplikacji, np. z wbudowaną szczoteczką, butelką z pędzelkiem.

Istotne nowości w obszarze materiałów

 

Najbardziej istotne nowości w zakresie materiałów do produkcji to niskotemperaturowe stopy i pasty lutownicze oraz materiały ekologiczne. Obie te kategorie w części się pokrywają, bo obniżenie temperatury lutowania prowadzi do oszczędności energii elektrycznej, a więc lepszej ekologii procesu. Korzyści z niżej temperatury montażu to także mniejsza ilość uszkodzeń wywołanych przegrzaniem, z kolei produkty określane jako ekologiczne to takie, które nie pozostawiają reszek, są łatwe w utylizacji, czyszczeniu, nie wymagają stosowania wyciągów oparów lub też nie zawierają szkodliwych rozpuszczalników. Definicja ekologiczności jest bardzo pojemna.

Elektronika w tym zakresie korzysta głównie ze środków do mycia płytek po lutowaniu (automatycznym i ręcznym) na bazie wody i alkoholu, będących wsadem do myjek ultradźwiękowych. To także rozpuszczalniki terpentynowe i acetonowe do zmywania napisów, oznaczeń i etykiet.

Drugą grupę tworzą lakiery akrylowe i uretanowe do zabezpieczania PCB przed środowiskiem, izolowania napięciowego i stabilizacji mechanicznej uzwojeń. Trzecią, kleje do zabezpieczania dużych i ciężkich elementów przed drganiami, łączenia elementów i poprawy mocowania. Ostatnia grupa to zalewy do wypełniania przestrzeni w obudowach, ochrony płytek przed wpływem otoczenia.

Zalewy to produkt, który w ostatnich latach szybko zyskuje na znaczeniu za sprawą dobrych właściwości użytkowych związanych z zapewnieniem izolacji elektrycznej, dużego stopnia ochrony przed kurzem i wodą oraz odprowadzania ciepła (np. w oświetleniu LED). Zalewy wzmacniają też odporność mechaniczną urządzeń, co jest istotne w zastosowaniach transportowych.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku materiałów

 

Listę najbardziej istotnych zjawisk pozytywnie wspierających rozwój rynku materiałów do produkcji otwiera zainteresowanie utrzymaniem wysokiej jakości procesów w produkcji elektroniki, a następnie rosnące wymagania klientów. Kolejne czynniki wiążą się z ogólnym rozwojem rynku elektroniki, a więc tym, że sprzętu jest coraz więcej, jest on bardziej złożony, mniejszy, a więc delikatniejszy i wymagający lepszej ochrony i produkcji w bardziej zaawansowanych procesach niż jeszcze kilka lat temu. W warunkach polskich sprzyjającym czynnikiem jest ponadto duży potencjał usług EMS, bo producenci tego typu determinują relatywnie dużą wielkość rynku, taką, o udziały w której warto się starać.

Oddzielną kategorię materiałów chemicznych tworzą produkty serwisowe. Ich cechą są mniejsze opakowania niż produkcyjne, dozowanie w formie sprayu i ukierunkowanie na regenerację i przywracanie działania urządzeń, a więc czyszczenie powierzchni, płytek i styków, lakierowanie, zamrażanie, wydmuchiwanie kurzu, a także naprawę płaskich połączeń elektrycznych lakierami grafitowymi i przewodzącymi na bazie srebra. W takim obszarze zadania, jakie stawia się przed preparatami, są prostsze, bo najczęściej chodzi o czyszczenie lub naprawy lutownicze. Poza tym w zastosowaniach serwisowych nie kontroluje się tak bardzo jakości, nie ma też jasno sprecyzowanych wskazań przez producenta urządzenia, jaka marka chemii 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 i dostępności.

Ostatni segment łączy preparaty ogólnego przeznaczenia, a więc bez jasno wskazanego miejsca aplikacji lub też o szerokim spektrum zastosowań. 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.

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.

MATERIAŁY TERMOPRZEWODZĄCE

Materiały termoprzewodzące mają małą rezystancję termiczną i umożliwiają sprawne odprowadzanie ciepła z elementów elektronicznych. Ich znaczenie na rynku stale rośnie, bo mają one z każdą generacją coraz lepsze parametry, a wraz z kolejnym zdobytym przyczółkiem w zakresie minimalizacji poboru mocy zakres ich zastosowań się poszerza.

Wykorzystaniu materiałów termoprzewodzących sprzyja miniaturyzacja, bo w wielu urządzeniach nie ma obecnie miejsca na klasyczne radiatory. Sprzęt mobilny ma z reguły

szczelną obudowę, która doskonale chroni go przez wpływem otoczenia, ale jednocześnie nie pozwala na zastosowanie tradycyjnych rozwiązań rozpraszania ciepła. Zalanie wnętrza materiałem termoprzewodzącym pozwala wykorzystać do chodzenia całą powierzchnię obudowy, folie dają możliwość realizacji połączenia cieplnego oraz izolacji elektrycznej, a kleje dodatkowo zapewniają stabilizację mechaniczną.

Są to przede wszystkim pasty, podkładki, zalewy i kleje, a także wypełniacze szczelin. Nowością w tym obszarze są materiały 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.

Warto zauważyć, że w wielu urządzeniach nie ma już typowej sytuacji jak dawniej, że jest jeden gorący element, taki jak tranzystor mocy, a cała reszta jest znacznie chłodniejsza. Dążenie do coraz większej sprawności energetycznej wyrównuje rozkład ciepła w obudowie. W przypadku zasilacza straty w transformatorze, dławikach mocy, kondensatorach, diodach prostowniczych stają się porównywalne do tego, ile ciepła generują przełączniki mocy. Z punktu widzenia chłodzenia takie zjawisko wymusza inne podejście konstrukcyjne, także rozproszone, a nie punktowe, w czym materiały termoprzewodzące mogą istotnie pomóc.

OCHRONA ANTYSTATYCZNA

Materiały do ochrony antystatycznej możemy 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, czyli meble, maty, podłogi, sprzęt kontrolny, elementy wyposażenia stanowisk pracy. Trzecia grupa to z kolei produkty do ochrony produktów, a więc opakowania takie jak folie, torebki strunowe, pianki, pudełka itd.

W tym obszarze zmagania kupujących dotyczą zapewnienia balansu między ceną a jakością. Niestety jakość materiałów antystatycznych jest niełatwa do zweryfikowania, zwłaszcza w długim czasie. Pomiary parametrów wymagają posiadania specjalistycznej aparatury, zaplecza badawczego i wiedzy, co w wielu firmach nie jest możliwe do przeprowadzenia. Typowo 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.

Na rynek krajowy trafiają materiały o miernych parametrach, deklarowane parametry są naciągane, nie mają pokrycia w rzeczywistości albo własności ochronne szybko się degradują. Na dodatek produkty te nierzadko nie są znakowane, przez co rozwikłanie zależności w łańcuchu dostaw jest bardzo problematyczne. Tanie azjatyckie źródła zaopatrzenia najczęściej opierają się na sieci pośredników i agencji handlowych o szerokim spektrum aktywności i każdy z takich elementów łańcucha dostaw sprzedaje praktycznie cały asortyment. Skutkiem jest to, że jakość dostaw może się znacznie wahać w kolejnych partiach.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Czynniki negatywnie oddziałujące na rynek to przede wszystkim oszczędności i dążenie do maksymalnego obniżania cen zakupu, gdyż torują one drogę na rynek produktom słabym, niespełniającym parametrów jakościowych i specyfikacji deklarowanych w kartach katalogowych, ale przebijających inne cenowo. Pod to zjawisko można podciągnąć także pozycje 3, 4 i 6 na wykresie, bo w praktyce wszystkie te pozycje opisują ten sam problem. Druga kategoria problemów to oczywiście zawirowania wirusowe, obejmujące zakłócenia w działaniu łańcucha dostaw prowadzące do wydłużenia czasu dostaw.

Na koniec warto zauważyć, że materiały antystatyczne często są sprzedawane przez firmy bez kompetencji z tego obszaru, a celem jest kupić popularne produkty po atrakcyjnych cenach, upchnąć je na naszym rynku i zniknąć, zanim pojawią się kłopoty.

ROZWÓJ TECHNOLOGII NAKRĘCA POPYT

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. Zainteresowanie materiałami chemicznymi i ich coraz większe użycie w procesie produkcji to także wynik tego, że proces montażu powierzchniowego staje się na skutek 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.

Na skutek dużego upakowania komponentów staje się też konieczne odprowadzanie ciepła za pomocą materiałów termoprzewodzących, a wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne podzespoły trzeba czasem przykleić do płytki lub chassis. Inaczej nie daje się zapewnić wystarczającej jakości lub też za pomocą nowoczesnych preparatów chemicznych można to zrobić najłatwiej i najtaniej. Preparaty chemiczne są też narzędziem pozwalającym usunąć zanieczyszczenia, resztki topników, zabezpieczyć wrażliwe elementy przed uszkodzeniem w czasie procesu lutowania, przed wnikaniem wilgoci, kurzu i innym zagrożeniem.

EKOLOGIA I BEZPIECZEŃSTWO

Ekologiczność materiałów do produkcji to cecha coraz bardziej pożądana i poszukiwana przez klientów. Ma ona wymiar ekonomiczny i praktyczny, bo chęć do bycia ekologicznym bez względu na rachunek ekonomiczny niestety jest w zdecydowanej mniejszości. Dlatego w aspekcie produkcji elektroniki oznacza ona mniej resztek i pozostałości wymagających czyszczenia. To także brak konieczności specjalistycznej utylizacji, mniejsze zużycie materiału w przeliczeniu na jednostkę produkcyjną. Ekologia w materiałach to także mniejsza zawartość substancji szkodliwych, np. lotnych związków organicznych, a przez to prowadzi do mniej restrykcyjnych wymagań w zakresie zapewnienia wentylacji, krótszy czas suszenia lub brak wymogu stosowania silnych środków ochrony osobistej u pracowników.

Po stronie ekonomicznej ekologia to np. niższa temperatura procesu technologicznego (np. dla stopów lutowniczych z indem), co prowadzi do mniejszego zużycia energii, brak wykorzystywania szkodliwych dla środowiska składników oraz rezygnacja z dodatków takich jak np. metale ziem rzadkich lub te, które są wydobywane na świecie w strefach, gdzie nie przestrzega się praw ludzi i ochrony środowiska (mineral conflicts). W ofertach.

Główne trendy w materiałach

 

Za najbardziej istotne trendy w materiałach do produkcji elektroniki postrzega się postępującą ich specjalizację, a więc poszerzenie asortymentu poprzez zastępowanie jednego produktu o uniwersalnej formule przez kilka o bardziej selektywnym działaniu. Specjalizacja prowadzi do większej funkcjonalności i jakości, bo nie jest oparta na kompromisie. Na drugim miejscu specjaliści wskazali dążenie do dużego bezpieczeństwa i braku szkodliwego działania materiałów (głównie chemicznych) na pracowników oraz brak konieczności specjalnego postępowania i utylizacji pozostałości. Ta druga część zapewnia oszczędność kosztów.