Zaawansowane materiały w łańcuchu dostaw elektroniki

Przemysł elektroniczny jest przyzwyczajony do szybkich zmian i innowacji. Zakłócenie to jego drugie imię. W ciągu ostatnich kilku lat obserwowaliśmy serię trendów – od automatyzacji napędzanej przez AI po przenoszenie produkcji z powrotem do kraju – które przekształcały łańcuchy dostaw w branży. Jednak patrząc w przyszłość, jeden trend zasługuje na więcej uwagi, niż dotychczas otrzymywał: rola zaawansowanych materiałów w łańcuchach dostaw elektroniki.

Podczas gdy dyskusje na temat odporności łańcucha dostaw, cyberbezpieczeństwa oraz cyfryzacji przyciągają nagłówki, znaczenie zaawansowanych materiałów cicho rośnie. Te materiały – od nowych stopów po zaawansowane kompozyty i nanomateriały – są kluczowe dla następnej fali postępów technologicznych w obszarach takich jak komputery kwantowe, zaawansowane półprzewodniki i baterie nowej generacji.

Rosnące zapotrzebowanie na specjalistyczne materiały

Popyt na zaawansowane materiały – w tym izolatory topologiczne, grafen, stałe elektrolity, materiały perowskitowe i rzadkie pierwiastki ziem rzadkich – rośnie w miarę postępu technologicznego. Według IndustryARC^™, rynek materiałów zaawansowanych ma osiągnąć wartość 2,1 biliona dolarów do 2025 roku, rosnąc z roczną stopą wzrostu CAGR na poziomie 4,5% od 2020 do 2025 roku (te liczby dotyczą specjalistycznych materiałów we wszystkich branżach, nie tylko w elektronice).

Przemysł elektroniczny nieustannie poszerza granice możliwości tych materiałów. Na przykład, komputery kwantowe wymagają materiałów o unikalnych właściwościach kwantowych – takich jak superpozycja i splątanie – których nie można znaleźć w tradycyjnych komponentach elektronicznych. Podobnie, rozwój baterii nowej generacji zależy od materiałów o wyższej gęstości energii i szybszych cyklach ładowania i rozładowywania.

W miarę jak firmy stają się zależne od tych specjalnych materiałów, zabezpieczenie niezawodnych dostaw staje się kluczowe, choć trudne. Wiele z tych materiałów jest rzadkich, trudnych do wydobycia i/lub wymaga skomplikowanych procesów produkcyjnych. Tworzenie tych materiałów obejmuje kilka etapów przetwarzania, które często są realizowane w różnych krajach, co czyni je wysoce podatnymi na zakłócenia. Dodaje to warstwę ryzyka do łańcucha dostaw w elektronice, która nie zawsze jest w pełni doceniana. 

Jak zaawansowane materiały są wykorzystywane we współczesnej elektronice

Izolatory Topologiczne: Te materiały przewodzą prąd na swojej powierzchni, ale działają jako izolatory w swoim wnętrzu. Ich unikalne właściwości elektroniczne czynią je cennymi dla zastosowań w komputerach kwantowych, spintronice i zaawansowanych urządzeniach elektronicznych wymagających niskiego zużycia energii.

Grafen: Znany ze swojej nadzwyczajnej przewodności elektrycznej, wytrzymałości i elastyczności, grafen jest używany w szerokiej gamie zastosowań elektronicznych, w tym w tranzystorach wysokiej prędkości, elastycznych wyświetlaczach, bateriach i czujnikach. Ma potencjał do rewolucjonizowania takich dziedzin jak magazynowanie energii i przezroczysta elektronika.

Stałe Elektrolity: Te materiały są niezbędne w rozwijaniu baterii nowej generacji, takich jak baterie litowo-jonowe na stałe elektrolity. Stałe elektrolity umożliwiają bezpieczniejsze, bardziej efektywne magazynowanie energii dla pojazdów elektrycznych, elektroniki użytkowej i magazynowania energii w sieci, redukując ryzyko związane z elektrolitami ciekłymi.

Materiały Perowskitowe: Perowskity zyskują uwagę ze względu na ich zastosowanie w ogniwach słonecznych, gdzie mogą przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną bardziej efektywnie niż tradycyjne technologie oparte na krzemie. Są również oceniane pod kątem zastosowania w diodach elektroluminescencyjnych (LED), laserach i czujnikach.

Pierwiastki ziem rzadkich: Te elementy są niezbędne dla nowoczesnej elektroniki, używane do produkcji potężnych magnesów i fosforów do ekranów wyświetlaczy, oraz jako katalizatory w różnych zaawansowanych technologicznie zastosowaniach. Ziemie rzadkie są kluczowe dla produktów takich jak smartfony, silniki pojazdów elektrycznych i turbiny wiatrowe.

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

Wpływ napięć geopolitycznych

Napięcia geopolityczne komplikują sytuację. Wiele zaawansowanych materiałów pochodzi z regionów wrażliwych, niebezpiecznych lub niestabilnych. Na przykład, pierwiastki ziem rzadkich – w tym neodym, dysproz, prazeodym, samar i terb – są niezbędne dla wielu zaawansowanych technologicznie zastosowań. Jednakże, Chiny kontrolują około 60 do 70 procent globalnej produkcji. Ta koncentracja podaży tworzy potencjalny punkt zatoru dla globalnego przemysłu elektronicznego, szczególnie z trwającymi napięciami handlowymi między USA a Chinami.

Rządy i przedsiębiorstwa pracują nad dywersyfikacją źródeł tych materiałów, ale te przedsięwzięcia są kosztowne i zajmują dużo czasu. Nowe operacje wydobywcze i zakłady przetwórcze wymagają lat rozwoju, a wpływ środowiskowy takich działań wprowadza dodatkowe przeszkody. Pomimo wyzwań, firmy, które zainwestują wcześnie w zabezpieczenie alternatywnych źródeł lub rozwijanie substytutów dla tych materiałów, prawdopodobnie znajdą się w korzystnej pozycji, gdy popyt wzrośnie.

Reshoring i lokalna produkcja

Reshoring, czyli trend przenoszenia produkcji bliżej domu, jest ściśle związany z dostępem do zaawansowanych i rzadkich materiałów. Gdy amerykańskie firmy przenoszą produkcję produktów z powrotem do USA, będą musiały zapewnić stabilne dostawy specjalistycznych materiałów wymaganych dla zaawansowanego wytwarzania.

Zaawansowane materiały często wymagają specjalistycznej wiedzy i infrastruktury, których nie znajdziemy w wielu regionach. Oznacza to, że nawet gdy produkcja zbliża się do domu, większość producentów nadal będzie musiała polegać na globalnych łańcuchach dostaw dla niektórych surowców i komponentów wchodzących w skład ich produktów.

Zrównoważony rozwój a łańcuch dostaw

Konsumenci i regulatorzy domagają się bardziej ekologicznych produktów, co popycha branżę elektroniczną do szukania sposobów na bardziej zrównoważone pozyskiwanie materiałów. Oznacza to rozwijanie nowych, łatwiejszych do recyklingu materiałów, które mają mniejszy wpływ na środowisko. Na przykład, dążenie do bardziej zrównoważonych baterii doprowadziło do badań nad materiałami takimi jak stałe elektrolity, które obiecują wyższą wydajność i mniejsze problemy środowiskowe niż dzisiejsze baterie litowo-jonowe. Jednakże, te materiały są jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, a ich skalowanie, aby sprostać przemysłowemu popytowi, zajmie trochę czasu.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Gospodarka o obiegu zamkniętym i zaawansowane materiały

W miarę jak przemysł elektroniczny stoi przed rosnącą presją, aby sprostać wyzwaniom związanym z łańcuchem dostaw oraz obawami środowiskowymi, koncepcja gospodarki obiegu zamkniętego zyskuje na znaczeniu. Model gospodarki obiegu zamkniętego kładzie nacisk na ponowne wykorzystanie, recykling i zrównoważone pozyskiwanie materiałów, co jest szczególnie ważne dla zaawansowanych materiałów, które często są rzadkie, drogie i/lub obciążające środowisko podczas ekstrakcji. Firmy badają sposoby odzyskiwania i recyklingu zaawansowanych materiałów z elektroniki po zakończeniu jej życia, zmniejszając zależność od niestabilnych globalnych łańcuchów dostaw.

Włączenie podejścia gospodarki obiegu zamkniętego do strategii łańcucha dostaw łagodzi ryzyko niedoborów materiałowych, jednocześnie redukując ślad środowiskowy związany z wydobyciem i produkcją. Na przykład, zamknięte systemy recyklingu dla rzadkich magnesów ziem rzadkich mogą pomóc zmniejszyć zależność od nowych źródeł materiałów. Innowacje w technologiach recyklingu umożliwiają bardziej efektywne odzyskiwanie tych cennych materiałów, oferując bardziej zrównoważoną alternatywę dla wydobycia.

Przedsiębiorstwa włączające myślenie o gospodarce obiegu zamkniętego do swojego pozyskiwania i wykorzystania materiałów będą lepiej pozycjonować się, aby sprostać wymaganiom regulacyjnym i zwiększyć odporność łańcucha dostaw. Ponieważ zapotrzebowanie na zaawansowane materiały będzie nadal rosnąć w nadchodzących latach, przemysł elektroniczny musi zbiorowo przyjąć perspektywę gospodarki obiegu zamkniętego, aby zapewnić bardziej zrównoważone i niezawodne dostawy tych cennych zasobów.

Przygotowanie na przyszłość zorientowaną na materiały

Rola zaawansowanych materiałów w łańcuchu dostaw elektroniki stanie się tylko bardziej znacząca w nadchodzących latach. W miarę jak firmy będą kontynuować innowacje, zapotrzebowanie na te materiały będzie rosło, wywierając presję na już i tak napięte łańcuchy dostaw. Aby wyprzedzić konkurencję, firmy muszą inwestować czas i zasoby w zabezpieczenie niezawodnych dostaw tych unikalnych materiałów. Może to być poprzez bezpośrednie inwestycje w kopalnie i zakłady przetwórcze, partnerstwa z dostawcami lub badania nad alternatywnymi materiałami. Producenci mogą budować długoterminową konkurencyjność na coraz bardziej wymagającym globalnym rynku, dając zaawansowanym materiałom należytą uwagę.