Elektroniikan sopimusvalmistus – Prosessi, haasteet ja ratkaisut
Tässä artikkelissa käsittelemme Elektroniikan sopimusvalmistusta ja siihen liittyviä prosesseja, sekä mitä haasteita elektroniikan valmistuksessa yleensä on ja mitä ratkaisuja haasteisiin löytyy.
Elektroniikan sopimusvalmistus eli EMS, tulee sanoista electronics manufacturing services eli suoraan suomennettuna elektroniikan valmistuspalvelut.
Elektroniikan sopimusvalmistuksella tarkoitetaan elektroniikkaa valmistavia yrityksiä. Tässä artikkelissa käymme tarkemmin läpi, miten elektroniikan sopimusvalmistuspalveluita tarjoavat yritykset toimivat sekä miten ja milloin heidän palveluitaan kannattaa hyödyntää.
Mitä termillä elektroniikan sopimusvalmistus tarkoitetaan
Elektroniikan sopimusvalmistus on olennainen osa modernia nyky-yhteiskuntaa, ja sillä vaikutetaan lähes kaikkiin elämämme osa-alueisiin. Elektroniikkaa käytetään käytännössä jokaisella toimialalla.
Elektroniikan sopimusvalmistuksella tarkoitetaan komponenttien ja materiaalien kokoamista tuotteiksi, kuten tietokoneiksi, älypuhelimiksi, televisioiksi. Elektroniikan valmistusprosesseissa hyödynnetään erilaisia työkaluja ja teknologioita, jotta tuotteet voidaan valmistaa laadukkaasti ja tehokkaasti. Elektroniikan valmistuksen kehittymisen olennainen syy on tuotteiden muuttuminen yhä pienemmiksi ja älykkäimmiksi.
Elektroniikkateollisuus on kasvanut eksponentiaalisesti viime vuosina digitaalisen teknologian laajan käyttöönoton ansiosta. Uusien laitteiden kysynnän kasvaessa valmistajat etsivät jatkuvasti tapoja nopeuttaa tuotantoa ja samalla alentaa valmistuskustannuksia. Tämä on johtanut edistyneiden automaatiojärjestelmien kehittymiseen, jotka mahdollistavat elektroniikan tehokkaan massatuotannon tarkasti ja laadukkaasti. Lisäksi teollisuudessa on tapahtunut merkittäviä edistysaskeleita materiaalien suunnittelussa, minkä ansiosta valmistajat voivat luoda entistä kevyempiä, pienempiä ja parempia osia laitteilleen. Täysin automatisoidut tuotantolaitteet ovat kalliita ja niiden käyttö vaatii osaamista, mm. tämän takia yhä useammin tuotteiden valmistus ulkoistetaan sopimusvalmistajalle.
Mitä EMS tarkoittaa?
TTelectronics vastaa asiaan näin: ” Termi ”elektroniikan valmistuspalvelut” (EMS) viittaa kokonaisuuteen, jossa elektroniikan valmistus ulkoistetaan EMS-palveluita tarjoavalle yritykselle. EMS-yrityksellä usein viitataan myös tiettyyn alihankkija- tai yritysluokkaan. EMS:ää käytetään usein myös vaihtovuoroisesti yleisemmän termin ”sopimusvalmistus ” kanssa. ”
Lyhyesti sanottuna EMS-yritykset tarjoavat laajan valikoiman lisäarvoa tuottavia suunnittelu- ja valmistusulkoistuspalveluita laitevalmistajille. Elektroniikan sopimusvalmistus yhtiöiden avulla pyritään parantamaan toiminnan tehokkuutta, jolloin voidaan keskittyä ydin liiketoimintaan sekä tutkimukseen ja kehitykseen.
Millainen tuotantoprosessi elektroniikan sopimusvalmistus on
Kun elektronisista laitteista tulee yhä yleisempiä, on tärkeää tietää, miten ne on valmistettu. Elektroniikan sopimusvalmistus prosessi sisältää monia vaiheita laitteiden suunnittelusta, niiden kokoamiseen ja toimittamiseen kuluttajille.
Näin tämä prosessi toimii:
1. Suunnittelu ja mallinnus
Ensimmäinen askel elektroniikan valmistusprosessissa on suunnittelu.
Tässä vaiheessa yleensä insinöörit tai tuotteiden valmistukseen erikoistuneet asiantuntijat tekevät suunnitelmat laitteista. Suunnitteluvaiheessa pohditaan, miten laitetta käytetään, mitä komponentteja laitteen kokoamiseen tarvitaan ja miten laite valmistetaan. Suunnitelman pohjalta luodaan prototyyppi tai prototyyppejä, joilla varmistetaan laitteen toimivuus.
2. Hankinta
Seuraava askel on komponenttien hankinta. Komponentit voidaan hankkia eri elektroniikkavalmistajilta. Elektroniikkaa toimittavia tahoja löytyy joka puolelta maailmaa. Yleensä valmistuksen sijainnilla on merkitystä tilaajalle.
Tämän jälkeen komponentit toimitetaan kokoonpanotehtaalle.
3. Piirilevykokoonpano
Kokoonpanotehtaalla aloitetaan elektroniikan valmistusprosessi, jossa komponentit kootaan yhteen. Kokoonpano suoritetaan ESD-suojatuissa tiloissa. Yleensä kokoonpanovaihe tehdään yhdistämällä automatiikkaa eli koneita sekä ihmistyötä. Työntekijät valmistelevat automaattilinjastot, joilla asetetaan komponentit oikeaan paikkaan ja juotetaan ne yhteen. Tämän jälkeen laite tarkistetaan ja testataan uudelleen oikean toiminnan varmistamiseksi.
4. Pakkaus ja toimitus
Tarkistuksen ja testauksen jälkeen laitteet lähetetään pakattavaksi ja toimitetaan asiakkaille tai suoraan jälleenmyyjille. Tämän jälkeen ne myydään kuluttajille.
Huomioita tuotantoprosessista: Nykypäivänä on selkeästi yleistyvä trendi elektroniikan valmistuksen osalta ympäristöystävälliselle ja luontoa säästävälle ekologiselle toimintatavalle. Suurimmassa osassa yhteistöistä tulee jollain tavalla esille tilaajan puolesta halu toimia vastuullisesti.
Lue lisää aiheesta Katanan -artikkelista tai sivuiltamme.
Mitä haasteita elektroniikan sopimusvalmistuksessa on
Tässä lista alan tämänhetkisistä haasteista:
1. Nopeasti muuttuva teknologia
Yksi elektroniikan sopimusvalmistusprosessin suurimmista haasteista on nopea muutosvauhti. Tekniikka kehittyy jatkuvasti kiihtyvällä vauhdilla. Yritysten on jatkuvasti päivitettävä tuotteitaan pysyäkseen kilpailijoidensa edellä, joka johtaa siihen, että tuotteita ja niiden valmistusprosessia muutetaan usein ja valmistusprosessi muuttuu yhä haastavammaksi komponenttien ja laitteiden pienentyessä.
Tämä voi olla kallis ja aikaa vievä prosessi.
2. Tuotteiden lyhyet eliniät
Toinen elektroniikan valmistusprosessin kohtaama haaste on tuotteiden lyhyet elinkaaret. Nopean muutoksen vuoksi tuotteet vanhenevat nopeasti ja ne on vaihdettava uusiin malleihin. Tämä voi johtaa korkeaan jätteen määrään, kun laitteet ja laitteisiin käytettävät komponentit vanhentuvat ja niitä ei voida enää käyttää. Kun tuote on elinikänsä päässä, se tulisi kierrättää asianmukaisesti.
3. Kasvava kilpailu
Elektroniikkateollisuudella valmistetuilla tuotteilla on yleensä paljon kilpailua. Monet yritykset kilpailevat markkinaosuudesta, ja markkinoille tulee jatkuvasti uusia tulokkaita. Tämän vuoksi yritysten on vaikea erottua tuotteillaan muista toimijoista.
4. Hintapaine
Kovasta kilpailusta johtuen myös elektroniikkateollisuudessa on paljon myyntihintoihin kohdistuvia paineita.
Yrityksillä on jatkuvasti paineita laskea hintoja, mikä vaikuttaa katteisiin ja kannattavuuteen sekä elektroniikan valmistusprosessin kustannustehokkuuteen. Hintaan voidaan kuitenkin vaikuttaa automatisoiduilla laitteilla, jolloin tuotantohinta laskee. Myös keskittämällä komponenttien ostoja, jolloin suuria määriä kerralla ostettaessa yksikköhinnat komponenteille putoaa, saadaan laitteen hintaa laskettua.
5. Oikeiden materiaalien ja komponenttien saatavuus
Usein elektroniikkaa valmistetaan harvinaisista maametalleista ja muista materiaaleista sekä joistain komponenteista, joita voi olla vaikea saada. Lisäksi elektronisten laitteiden määrän kasvun vuoksi tuotantokapasiteetti ei pysy aina kasvun mukana. Tämä voi johtaa ongelmiin saatavuuden kanssa ja lopulta hintojen nousuun. Esimerkiksi vuodesta 2020 lähtien on ollut globaali sirupula, joka on vaikuttanut suuresti markkinaan.
6. Immateraalioikeudet
Myös kulutuselektroniikkateollisuus on alttiina immateriaalioikeuksien varkauksille, erityisesti ulkoistaessa. Tämä voi tapahtua, kun tuotteita kopioidaan tai väärennettyjä tuotteita myydään. Tämä voi johtaa yritysten myynnin ja tulojen menettämiseen.
7. Valmistaminen kestävän kehityksen puitteiden mukaan
Elektroniikan sopimusvalmistus prosessilla on koko ajan enemmän ja enemmän paineita tulla tulevaisuuden kannalta kestävämmäksi. Esimerkiksi kierrätysmateriaaleista valmistetuille tuotteille on kasvava kysyntä. Valmistuksessa voidaan käyttää uusiutuvaa energiaa, sekä jätteiden kierrätykseen voidaan panostaa.
Suuria EMS-yrityksiä kritisoidaan usein työkäytännöistä. Heidän tehtaat sijaitsee kehitysmaissa ja sieltä löytyy tapauksia, jossa työntekijöillä on huonot työolosuhteet ja alhaiset palkat.
8. Takuu ja tuki
Tuotteiden loppukäyttäjät odottavat usein tuotteilleen korkeatasoista takuuta ja tukea. Tämä voi olla kallista elektroniikkayrityksille, varsinkin jos vialliset tuotteet hajoavat pian oston jälkeen.
9. Tuotannon takaisinveto
Tuotteiden takaisinvedot voivat olla todella kalliita ja vahingoittaa yrityksen mainetta. Ne voivat myös johtaa oikeudellisiin ongelmiin, jos asiakkaat loukkaantuvat tai tuotteiden havaitaan olevan viallisia. Tästä syystä on tärkeää, että tuotanto tehdään laadukkaasti.
Piirilevyjen parissa työskentely
Piirilevykokoonpanot eli PCBA:t ovat ohuita piirilevyjä, jotka on valmistettu erilaisista materiaaleista, joita käytetään tukemaan ja yhdistämään elektronisia komponentteja. Piirilevyladonta prosessi on tärkeä ja tarkkuutta vaativa vaihe elektroniikkatuotteiden valmistuksessa.
Piirilevyjä löytyy erilaisista elektronisista laitteista tietokoneista ja matkapuhelimista televisioihin ja mikroaaltouuniin. Jos työskentelet painettujen piirilevyjen (PCB) kanssa, on tärkeää ryhtyä asianmukaisiin varotoimiin vaurioiden välttämiseksi. Tässä on muutamia vinkkejä työtilan valmisteluun piirilevyjen käsittelyä varten:
Piirilevykokoonpanot valmistetaan valmistukseen suunnitellussa tilassa EPA-alueella (ESD Protected Area). Ja valmistuksen aikana käytetään oikenlaisia suojavälineitä, jotka on ESD-suojattu.
ESD suojauksella tarkoitetaan sähköstaattisten purkauksien (ESD = Electrostatic discharg) hallitsemista. Staattinen sähköpurkaus on staattisen sähkövarauksen purkautumisesta johtuva ilmiö. Tällainen ilmiö voi tapahtua esimerkiksi ihmisen koskettaessa oven kahvaa. Pienet ESD purkautumiset eivät ole haitaksi ihmisille, mutta ne saattavat kuitenkin vaurioittaa herkkiä elektronisia laitteita.
Työskenneltäessä elektronisten komponenttien kanssa voi pienetkin sähköstaattiset purkaukset aiheuttaa vahinkoa tuotteille ja komponenteille. Vaikka vauriot eivät usein ole näkyviä, ei niitä nähdä aina edes lopputestauksessakaan. Siitä huolimatta ne saattavat aiheuttaa ongelmia lopputuotteessa esimerkiksi muuttamalla tuotteen toimintaa tai lyhentämällä elinikää.
Vinkit EPA-alueelle
-
- Käytä johtavaa lattiaa tai mattoa
- Säädä ilmankosteus 30-40 prosenttiin
- Käytä ionisointilaitetta
- Maadoita työntekijät sekä kaikki johtavat materiaalit
Suositellut ESD-varusteet
Henkilösuojaus
- Kengät
- Käsineet
- Rannekkeet
- Työtakit ja paidat
Kalusteet
- Työpöydät
- Laatikostot
- Hyllyt
- Kaapit
- Tuolit
Työkalut:
- Pihdet
- Harjat
- Pinsetit
Jos käsittelet piirilevyjä kotioloissa, huolehdi ainakin seuraavista asioista työtilan ja piirilevyjen käsittelyn osalta:
- Varmista, että alue on puhdas ja vapaa roskista piirilevyn laadun varmistamiseksi
- Peitä pöydän tai muiden pintojen terävät reunat
- Käytä käsineitä välttääksesi sormenjälkiä tai muita jälkiä, kun käsittelet levyjä
- Vältä koskettamasta levyillä olevia paljaita piirejä valmistuksen ja piirilevyn asennuksen aikana
Hoidatpa sitten itse piirilevyn valmistuksen tai ulkoistat prosessin, seuraamalla näitä vinkkejä varmistat, että käsittelet piirilevyjäsi turvallisesti.
Miten Ele-One hoitaa elektroniikan sopimusvalmistuksen
Tarjouspyyntö
Jos sinulla on valmis tuote, jolle tarvitset vain valmistajan. Lähetä meille tarjouspyyntö allaolevien ohjeiden mukaan.
Jos sinulla on vain idea ja tarvitset apua sen toteutuksessa ja suunnittelussa niin Ota Yhteyttä!
Osaluettelo
Osaluettelon tarkoituksena on määrittää kaikki piirilevylle ladottavat komponentit täsmällisesti ja kertoa jokaisen sijainti piirilevyllä. Osaluettelo tulee toimittaa MS Excel-taulukkona. Osaluettelon tulee sisältää vähintään seuraavat tiedot:
- täydellinen valmistajankoodi
- kappalemäärä
- positio piirilevyllä (reference designator)
Osasijoittelukuva
Osasijoittelukuvasta selviää piirilevylle ladottavien komponenttien paikat posito- (reference designator) ja suuntatietoineen. Osasijoittelukuvaa käytetään ladonnan oikeellisuuden tarkistamiseen, joten kuvasta tulee käydä selkeästi ilmi komponenttien ykköspinnin paikka sekä positio levyllä.
Jos piirilevy on kaksipuoleinen, ota huomioon ettei osasijoittelukuvan BOT-puoli ole peilikuva!
Ladontatiedot
Ladontatiedot eli CAD-tiedot (XY-koordinaatit) tarvitaan ladontakoneelle, jotta se osaa viedä ladottavan komponentin oikealle paikalle piirilevyllä. Ladontatietojen tulee sisältää koordinaatit komponenteille ja kohdistuspisteille (fiducials). Jos piirilevy on kaksipuoleinen TOP ja BOT puolen komponentit tulee eritellä ladontatiedoissa. Ladontatiedot tulee toimittaa MS Excel-taulukkona. Voit ladata esimerkkiladontatiedot tästä!
GERBER-tiedostot
GERBER-tiedostot on kuvat piirilevyn eri kerroksista ja niitä käytetään piirilevyn sekä stensiilin valmistukseen. Tarvittsemme vähintään seuraavat GERBER-tiedostot:
- Paste mask (stensiilitiedosto)
- stensiilitiedosto tulee toimittaa ilman pienennyksiä, 1:1 alkuperäisten padien kanssa.
- Copper (johdinkerrokset)
- Silkscreen (merkinnät piirilevyllä)
- Silkkipaino suositellaan poisjätettäväksi aina kun se ei ole tarpeen. Logot ja muut tärkeät merkinnät suositellaan sijoitettaviksi tyhjiin kohtiin piirilevylle.
- Drill data (poraustiedot)
- Solder mask (juotteenestomaski)
Kaikkien yllämainittujen tiedostojen tulee sisältää myös piirilevyn ääriviivat ja -mitat. Jos piirilevy on kaksipuoleinen, tarvitaan tiedot molemmilta puolilta.
Piirilevytiedot
Tiedot piirilevystä (paksuus, materiaali) ja rakenteesta (buildup). Nämä tiedot tarvitaan piirilevyn valmmistukseen ja jotkin asiat piirilevyllä voivat vaikuttaa myös ladontaprosessiin.
Muut ohjeet
Kaikki muu piirilevyn kalustukseen, valmistukseen tai ohjelmointiin/testaukseen tarvittava tieto, joka ei käy selville aiemmista tiedostoista. Näitä voivat olla:
- komponenttien käsittelytiedot
- ohjelmointiohjeet
- toimitusta varten tarvittavat tiedot
- merkinnät
- testausohjeet
- juotemateriaalivaatimukset
- piirilevyn jälkikäsittely ohjeistus
Näin homma etenee
- Tarjouspyyntö
- Me laskemme tietojen perusteella tarjouksen.
- Hyväksytyn tarjouksen jälkeen, tilaamme komponentit ja piirilevyt
- Valmistamme tuotteen tehtaallamme EPA-alueella ja suoritamme sille vaaditut tarkastukset ja testaukset.
- Pakaamme tuotteen ja toimitamme sen asiakkaalle tai suoraan loppukäyttäjälle.
