Łańcuchy dostaw w branży elektronicznej cechuje ciągła zmienność. Zapasy podzespołów stale się wahają, na co wpływa wiele czynników. Zaczyna ich brakować na przykład, jeżeli ich status ulega zmianie na "przestarzały" (obsolete). Oznacza to, że nie są już produkowane. Gdy komponent staje się przestarzały, stanowi to wyzwanie dla producentów urządzeń, których jest częścią, szczególnie jeżeli ma on krytyczne znaczenie dla ich funkcjonalności.
Przestarzałość elementu prowadzi do opóźnień i kosztów spowodowanych szukaniem zamienników i, jeżeli jest to konieczne, przeprojektowaniem urządzenia w celu dostosowania go do dostępnych części. Według firmy Flip Electronics, która zajmuje się dystrybucją podzespołów elektronicznych, koszt przeprojektowania urządzenia z powodu przestarzałości jego elementów może się wahać od kilkudziesięciu tysięcy do nawet kilku milionów dolarów.
Rezerwy na przestarzałość
Zwykle zmiany, których wprowadzenia wymaga zastąpienie wycofanych z rynku komponentów pasywnych, takich jak diody, są tańsze, ale wymiana mikroprocesora albo mikrokontrolera może znacząco zwiększyć koszty przeprojektowania. W związku z tym dobrą praktyką jest rezerwowanie jakiejś części budżetu projektu na zarządzanie ryzykiem przestarzałości. Przykładowo w przypadku producentów części lotniczych jest to średnio aż 10%, jak szacuje CALCE (Center for Advanced Life Cycle Engineering) na Uniwersytecie Maryland.
Kosztowne jest jednak również "desperackie trzymanie się" przestarzałych komponentów. Okazuje się bowiem, że ceny podzespołów elektronicznych, których produkcji już zaprzestano, ale można je jeszcze kupić, gdyż zostały "zachomikowane" przez dystrybutorów lub firmy, które specjalizują się w skupywaniu zawczasu takich zagrożonych wycofaniem elementów, są nawet kilkanaście razy wyższe. Przykładowo układy scalone, które można było kupić za 3 dol. za sztukę wtedy, kiedy były łatwo dostępne, po wycofaniu z produkcji kosztować mogą nawet 40 dol. za sztukę.
Powody wycofania z rynku
Status podzespołów może zostać zmieniony na przestarzały z kilku powodów. Producenci decydują się na wycofanie ich z rynku z powodu niskiego popytu i/albo rosnących kosztów materiałów i/lub technologii. W obu przypadkach ich produkcja przestaje być opłacalna.
Według raportu Obsolescence Trends in 2024 opracowanego przez Z2Data przeszło trzy czwarte wszystkich zmian statusu komponentów na przestarzały było skutkiem niskiego popytu na nie. To znaczny odsetek, który świadczy o tym, że to producenci OEM i inni klienci, a nie sami producenci podzespołów elektronicznych, tak naprawdę napędzają ich starzenie się.
Jest ono też skutkiem postępu. Wraz z rozwojem technologii opracowywane są nowe komponenty, lepsze pod względem parametrów i/lub funkcjonalności niż te starsze.
O zawrotnej szybkości postępu przypomina prawo Moore’a, zgodnie z którym liczba tranzystorów w układach scalonych podwaja się co dwa lata. Chociaż kwestionuje się, czy ta zależność wciąż obowiązuje, nie ulega wątpliwości, że technologia produkcji półprzewodników nie zwalnia tempa, o czym świadczy sukcesywnie malejący wymiar charakterystyczny, z 7 nm w 2018 roku do 2 nm w 2024.
Poza tym produkcja komponentu elektronicznego ma sens tylko wówczas, gdy produkty, w których jest używany, również są nadal w sprzedaży. Tymczasem, w reakcji na nasilającą się konkurencję i rosnące oczekiwania klientów, producenci urządzeń docelowych wprowadzają na rynek ich kolejne generacje z rosnącą częstością. Dotyczy to głównie elektroniki użytkowej, smartfonów, laptopów i konsol do gier wideo, jak również samochodów i urządzeń gospodarstwa domowego. Przykładowo Apple ogłasza nową generację iPhone’a każdego roku, a producenci samochodów wprowadzają na rynek gruntowne przeróbki modeli aut średnio co pięć lat, a nawet w jeszcze krótszych odstępach czasu. W miarę jak nowe urządzenia zastępują swoich poprzedników, wiele ich części również staje się przestarzałych.
Konkurencja i przepisy
Oprócz tego, jeżeli komponent, który jest bardzo popularny, jest w sprzedaży wystarczająco długo, często konkurencyjni producenci wprowadzają na rynek jego zamiennik, sprzedając go w niższej cenie. Pozwala im na to na przykład przeniesienie zakładu produkcyjnego do tańszej lokalizacji. Dzięki temu uzyskują udział w rynku elementu osiągającego dobre wyniki sprzedaży. Skutkiem ubocznym tego jest spadek popytu na część będącą pierwowzorem, co ostatecznie prowadzi do jej wycofania z rynku.
Kolejnym czynnikiem są zmiany w przepisach. Można to było zaobserwować już wielokrotnie. Znaczący wzrost liczby komponentów wycofanych z rynku odnotowano na przykład, kiedy w 2006 roku weszła w życie dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych (RoHS), która ograniczyła stosowanie w elementach elektronicznych materiałów takich jak ołów, rtęć oraz kadm. Podobny skutek miało wprowadzenie unijnego rozporządzenia w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwoleń i ograniczeń w zakresie chemikaliów (REACH) w 2010 roku. Można się spodziewać utrzymania tego trendu, w miarę jak przepisy będą zaostrzane.
Częstym powodem są zakłócenia w łańcuchu dostaw spowodowane klęskami żywiołowymi, takimi jak trzęsienie ziemi w Noto w Japonii w 2024 roku i sytuacją geopolityczną, która skutkuje na przykład ograniczeniami w handlu technologiami między USA a Chinami.
Według raportu Obsolescence Trends in 2024 firmy Z2Data w 2022 roku status na przestarzały zmieniono dla prawie 750 tys. części elektronicznych. W 2023 roku było ich mniej, bo ponad 328 tys., ale w zeszłym roku znów odnotowano wzrost liczby komponentów wycofanych ze sprzedaży, do ponad 470 tys. części. Generalnie zatem średnio rocznie za przestarzałe uznaje się setki tysięcy elementów, dla których trzeba znaleźć zamienniki, jeśli w projektach wciąż są niezbędne.
Rodzaje zamienników
W założeniu jest to proste – wystarczy wyszukać komponent w zastępstwie. W praktyce jednak nie zawsze jest to łatwe. Przede wszystkim należy na wstępie zdecydować, jakiego rodzaju zamiennika szukamy. Generalnie wyróżnia się trzy ich typy: komponenty równoważne, elementy alternatywne oraz zamienniki typu drop-in. Te ostatnie są wariantami wycofanego elementu, o takich samych parametrach elektrycznych, obudowie, wyprowadzeniach, co pierwowzór.
Za równoważny uznawany jest komponent o identycznych albo prawie takich samych parametrach elektrycznych, jak poszukiwany element. Może to być wariant oryginalnego podzespołu od tego samego producenta, ale o innej nazwie katalogowej, może mieć inną obudowę lub dodatkowe albo zmienione (ulepszone) funkcje.
Komponent alternatywny nie ma takich samych parametrów elektrycznych, wymiarów ani funkcji jak poszukiwany element, ale może zostać skonfigurowany tak, żeby realizował wymagane zadania w projekcie w jego zastępstwie. Jest to zatem część zamienna o innych parametrach i/albo funkcjach, która jednak pozwala zrealizować zakładaną funkcjonalność.
Zwykle, jeżeli chodzi o elementy pasywne, można znaleźć zamiennik drop-in od innego producenta lub komponent równoważny w innej obudowie. Jeśli się to jednak nie uda, zazwyczaj łączy się wiele podzespołów szeregowo lub równolegle, by uzyskać wymaganą wartość docelową. Tranzystory to z kolei przeważnie komponenty na tyle powszechne, że łatwo można znaleźć elementy równoważne w innej obudowie albo komponenty alternatywne, o lepszych parametrach elektrycznych w takiej samej obudowie. Elementy półprzewodnikowe, jak diody, również są dość popularne i występują w standardowych obudowach w ofercie wielu producentów.
Układy scalone o małej liczbie pinów, jak stabilizatory, wzmacniacze, układy logiczne, są zazwyczaj dostępne w standardowych obudowach, a ich zamienniki dostarcza wielu producentów. Elementy równoważne trudno jest natomiast znaleźć dla układów scalonych o specyficznej funkcjonalności, choć często sam ich producent zapewnia dla nich zamiennik drop-in. Unikalne elementy zazwyczaj nie mają zamienników ani odpowiedników, ich wycofanie z rynku wiąże się zatem z koniecznością przeprojektowania urządzenia.
Jak znaleźć alternatywę?
Szukając zamienników, można skorzystać z różnych narzędzi. Takim są wyszukiwarki podzespołów elektronicznych zintegrowane z oprogramowaniem do projektowania płytek drukowanych. Warto również sprawdzić stronę internetową producenta oryginalnego komponentu w celu uzyskania listy polecanych przez niego alternatywnych do przestarzałego podzespołu.
Poza tym można skorzystać z narzędzi wyszukiwania parametrycznego na stronach internetowych dystrybutorów komponentów elektronicznych, aby filtrować podzespoły na podstawie określonych parametrów, jak zakres napięć, prądu i typ obudowy. Pomaga to znaleźć komponenty elektroniczne o podobnych specyfikacjach. Często też wprost dla danego elementu wyświetlane są proponowane alternatywy. Taką funkcjonalność oferują też wyszukiwarki komponentów elektronicznych, których przykładem jest witryna FindChips dostępna pod adresem https://www.findchips.com.
Przykłady
Przykładowo za pośrednictwem tej wyszukiwarki chcemy znaleźć komponent TLV431IDBVRG4. Jest to stabilizator napięcia z oferty firmy Texas Instruments. Po wyszukaniu tego elementu zostanie wyświetlona informacja o tym, że został wycofany z rynku (Part life cycle code: Obsolete). W sekcji Alternate Parts for TLV431IDBVRG4 prezentowana jest lista zamienników. Dzieli się je na dwie kategorie: Form Fit Function (FFF) i Functional Equivalents. Pierwsze są zamiennikami drop-in, natomiast drugie są odpowiednikami funkcjonalnymi. Dla każdego proponowanego komponentu możemy w sekcji Compare porównać go z poszukiwanym podzespołem. Wówczas w tabeli z jego parametrami wyświetlane są odpowiadające im dane zamiennika.
Jeżeli natomiast skorzystamy z wyszukiwarki firmy Arrow (https://www.arrow.com), informacje o tym, że ten model stabilizatora z oferty TI został wycofany znajdziemy w sekcji Part Status. Obok, w części Similar Products, wyświetlany jest proponowany zamiennik. Na stronie internetowej firmy Mouser Electronics (https://eu.mouser.com) z kolei status szukanego komponentu jest określony w sekcji Lifecycle, a lista podzespołów alternatywnych jest wyświetlana obok, w częściach Alternative Packaging i Similar Products, w której można porównać ich parametry. Podobne informacje znaleźć można na stronie internetowej DigiKey (https://www.digikey.com). W tym przypadku zalecanym zamiennikom są przypisywane różne kategorie, co pomaga w wyborze najlepszej alternatywy w danym zastosowaniu (direct, similar, parametric equivalent, manufacturer recommended).
Monika Jaworowska
