Materiały bazowe FR4: niedobory, wzrost cen i limity dostaw

Autor: Jürgen Braunsteiner, członek zarządu FED e.V. oraz Area Sales Manager w grupie KSG

Sytuacja na rynku surowców do produkcji płytek drukowanych (PCB) staje się coraz bardziej napięta. Zjawiska, które wcześniej były charakterystyczne dla rynku komponentów elektronicznych, zaczynają obejmować także standardowe materiały bazowe FR4. Rosnący popyt, kurczące się zapasy, wydłużające się terminy dostaw oraz pierwsze programy limitowania sprzedaży (alokacji) wprowadzane przez producentów laminatów i dostawców włókna szklanego sprawiają, że dostępność materiałów staje się jednym z kluczowych czynników dla producentów PCB i ich klientów. Jednocześnie ceny rosną nie tylko z powodu wyższych kosztów surowców i energii, ale również przez narastające niedobory w całym łańcuchu dostaw.

Zapasy szybko się kurczą

Obecny wzrost popytu praktycznie we wszystkich segmentach przemysłu elektronicznego oraz rosnące zapotrzebowanie związane z urządzeniami wykorzystującymi sztuczną inteligencję powodują szybkie zmniejszanie się zapasów materiałów FR4 u producentów i dystrybutorów. Dodatkowo globalne łańcuchy dostaw pozostają pod presją licznych kryzysów, co uniemożliwia szybkie odbudowanie stanów magazynowych.

Alokacje oparte na zakupach z poprzedniego roku

Programy alokacji oraz ograniczenia zakupowe wprowadzane przez producentów laminatów stanowią nowe wyzwanie dla producentów PCB. Przydziały materiałów coraz częściej są ustalane na podstawie wolumenów zakupów z poprzedniego roku.

Cel takiego rozwiązania jest zrozumiały – możliwie sprawiedliwy podział dostępnych materiałów pomiędzy dotychczasowych klientów. Problem polega jednak na tym, że wielu odbiorców potrzebuje dziś znacznie większych ilości niż rok wcześniej. W efekcie firmy, które chcą zwiększyć produkcję, mogą nie otrzymać dodatkowych ilości materiału lub będą musiały długo na nie czekać.

W krótkim czasie niewiele da się zrobić, aby poprawić sytuację rynkową. Można jednak ponownie przeanalizować wymagania techniczne przekazywane producentowi PCB. W okresach niedoborów warto sprawdzić, czy wszystkie dotychczasowe specyfikacje są nadal niezbędne, czy też powodują niepotrzebne zużycie materiałów.

Warto ponownie przeanalizować wymagania dla producenta PCB

Znaczących oszczędności często nie da się znaleźć już na etapie projektu elektrycznego. Znacznie większy potencjał tkwi w specyfikacji produkcyjnej. Układ paneli produkcyjnych, kształt płytek czy wymagania jakościowe często wynikają z dawnych praktyk, które przez lata nie były ponownie oceniane.

W okresie rosnących cen i ograniczonej dostępności materiałów warto wspólnie z producentem PCB poszukać możliwości optymalizacji.

1. Większa elastyczność projektowania paneli

Wielu klientów przekazuje producentowi gotowy projekt panelu produkcyjnego i nie dopuszcza żadnych zmian. Z punktu widzenia firmy EMS stosowanie zawsze tego samego panelu ma swoje uzasadnienie, jednak nie zawsze zapewnia najlepsze wykorzystanie materiału.

Znacznie lepszym rozwiązaniem jest opracowanie panelu wspólnie z producentem PCB. To właśnie producent najlepiej zna możliwości swoich linii technologicznych, formaty paneli oraz procesy produkcyjne i może zaproponować układ znacznie lepiej dopasowany do wykorzystywanego materiału.

Korzyści obejmują:

• lepsze wykorzystanie powierzchni panelu,
• mniejsze straty materiałowe,
• niższe koszty,
• większą liczbę płytek produkowanych z tej samej ilości materiału.

Przy dużych seriach produkcyjnych odpowiednia optymalizacja panelu może przynieść bardzo wymierne efekty.

2. Dopuszczenie płytek typu X-out

Jeżeli obecnie nie dopuszcza się paneli zawierających wadliwe płytki (X-out), warto ponownie rozważyć takie wymaganie.

Panel zawierający wyłącznie sprawne płytki wydaje się atrakcyjny, jednak w praktyce prowadzi do większych strat materiałowych.

Przykład: panel zawiera 10 płytek PCB. Jeśli jedna z nich okaże się wadliwa, przy polityce „Zero X-Out” konieczne jest odrzucenie całego panelu, czyli także dziewięciu całkowicie sprawnych płytek.

Nie jest to ani ekonomiczne, ani efektywne pod względem wykorzystania zasobów.

Nowoczesne linie SMT bez problemu radzą sobie z panelami zawierającymi wadliwe płytki. Można je wyłączyć z procesu montażu poprzez odpowiednie oznaczenie znaczników referencyjnych (fiduciali) lub zastosowanie innych metod identyfikacji. Producenci PCB dysponują odpowiednimi rozwiązaniami.

Dopuszczenie paneli typu X-out ogranicza ilość odpadów i pozwala wyprodukować więcej użytecznych płytek z tej samej ilości materiału bazowego.

3. Projektowanie obrysu z wykorzystaniem nacinania (scoring)

Kolejnym ważnym elementem jest sposób wykonania obrysu płytki. W wielu przypadkach płytki są w całości frezowane, mimo że część lub nawet cały obrys można wykonać metodą nacinania (V-scoring).

Nawet płytki z zaokrąglonymi narożnikami, fazowanymi krawędziami czy specjalnymi wycięciami można często produkować z wykorzystaniem rozwiązań hybrydowych, łączących frezowanie i scoring.

Również tutaj warto zaufać doświadczeniu producenta PCB, który najlepiej zna możliwości swojej technologii.

Dlaczego scoring pozwala oszczędzać materiał?

Nacinanie umożliwia znacznie ciaśniejsze rozmieszczenie płytek na panelu produkcyjnym.

Przy frezowaniu konieczne jest pozostawienie przestrzeni na kanał frezowania pomiędzy płytkami. Powierzchnia ta staje się odpadem.

Przy scoringu kanał nie jest potrzebny, ponieważ płytki mogą stykać się bezpośrednio ze sobą. Dzięki temu na jednym panelu mieści się większa liczba płytek.

Przykładowo:

Jeśli założymy, że na jednym panelu produkcyjnym można zmieścić pięć elementów przy zastosowaniu frezowania profilowego, sześć elementów przy połączeniu frezowania i nacinania oraz siedem elementów przy samym nacinaniu, to logiczne staje się, że istnieje znaczny potencjał oszczędności.

W przedstawionym przykładzie zastosowanie wyłącznie scoringu pozwala ograniczyć liczbę potrzebnych paneli z 200 do 142, co oznacza oszczędność materiału przekraczającą 25%.

Przykład nie odnosi się do konkretnego rozmiaru płytki, ponieważ każdy producent stosuje własne formaty paneli, najczęściej o powierzchni około 0,5 m². Po przeliczeniu na rzeczywiste wolumeny produkcji skala oszczędności staje się bardzo istotna.

Nie chodzi wyłącznie o koszty

Takie działania oczywiście wpływają na cenę płytek PCB. Mniejsze zużycie materiałów oznacza niższe koszty produkcji, co ma szczególne znaczenie w okresie wzrostu cen FR4.

Jednak korzyści nie ograniczają się wyłącznie do kosztów. W czasie niedoborów lepsze wykorzystanie materiałów pozwala producentom PCB realizować większą liczbę zamówień. Jeżeli z tej samej ilości materiału można wyprodukować więcej płytek, korzystają na tym wszystkie firmy uczestniczące w łańcuchu dostaw.

Są także inne możliwości optymalizacji

Poza projektem panelu, dopuszczeniem paneli typu X-out oraz sposobem wykonania obrysu warto wspólnie z producentem przeanalizować także inne kwestie:

• czy wymagana grubość materiału rzeczywiście jest konieczna,
• czy wskazany materiał FR4 musi być zastosowany, czy istnieją kwalifikowane zamienniki,
• czy wybrane wykończenie powierzchni jest niezbędne lub można zastosować alternatywę,
• czy możliwe jest złagodzenie części tolerancji,
• czy istnieją wymagania historyczne, które dziś nie mają już uzasadnienia.

Rozmowa z producentem PCB często pozwala znaleźć kolejne obszary optymalizacji.

Wnioski: otwartość daje większą elastyczność

Niedobory materiałów bazowych FR4, laminatów oraz włókna szklanego prawdopodobnie jeszcze przez pewien czas będą stanowiły wyzwanie dla branży PCB. Rosnący popyt, ograniczone zapasy i programy alokacji zwiększają presję zarówno na ceny, jak i terminy dostaw.

Dlatego warto krytycznie przeanalizować dotychczasowe wymagania. Nie każda specyfikacja, która miała uzasadnienie kilka lat temu, pozostaje optymalna w obecnych realiach rynkowych.

Autor zaleca producentom elektroniki aktywny kontakt z dostawcami PCB i otwartość na nowe rozwiązania dotyczące projektowania paneli, zasad stosowania X-out, sposobu wykonywania obrysów, doboru materiałów oraz wykończeń powierzchni. W wielu przypadkach takie rozmowy prowadzą do praktycznych rozwiązań, które pozwalają obniżyć koszty, ograniczyć zużycie materiałów oraz zwiększyć bezpieczeństwo dostaw.

Jürgen Braunsteiner będzie jednym z prelegentów podczas pierwszej edycji Evertiq Expo w Wiedniu, która odbędzie się 4 lutego 2027 roku. Podczas wystąpienia szczegółowo omówi zagadnienia związane z projektowaniem PCB pod kątem kosztów produkcji. Rejestracja na ten event jest już otwarta.

Jürgen Braunsteiner pochodzi z Horn w Austrii i od ponad 25 lat działa w branży PCB. Jako członek zarządu FED e.V. oraz Area Sales Manager w grupie KSG odpowiada za strategiczną współpracę z klientami i rozwój relacji biznesowych, wykorzystując wieloletnie doświadczenie zdobyte w sektorze płytek drukowanych.