Продвинутые материалы в цепочке поставок электроники

Электронная промышленность привыкла к быстрым изменениям и инновациям. Слово "перемены" - это второе имя этой отрасли. За последние несколько лет мы стали свидетелями ряда тенденций – от автоматизации, управляемой искусственным интеллектом, до переноса производства обратно в страну – которые переформировывают цепочки поставок в отрасли. Однако, оглядываясь вперед, одна тенденция заслуживает большего внимания, чем ей уделялось до сих пор: роль передовых материалов в цепочках поставок электроники.

Пока дискуссии о устойчивости цепочек поставок, кибербезопасности и цифровизации привлекают внимание СМИ, важность передовых материалов тихо растет. Эти материалы – от новых сплавов до передовых композитов и наноматериалов – критически важны для следующей волны технологических прорывов в таких областях, как квантовые вычисления, передовые полупроводники и батареи нового поколения.

Растущий спрос на специализированные материалы

Спрос на передовые материалы, включая топологические изоляторы, графен, твердотельные электролиты, перовскитные материалы и редкоземельные элементы, растет по мере развития технологий. Согласно IndustryARC^™, рынок передовых материалов прогнозируется достигнуть $2.1 триллиона к 2025 году, растя среднегодовым темпом на 4.5% с 2020 по 2025 год (эти цифры относятся к специализированным материалам в различных отраслях, а не только в электронике).

Электронная промышленность постоянно расширяет границы возможностей этих материалов. Например, квантовые вычисления требуют материалов с уникальными квантовыми свойствами, такими как суперпозиция и запутанность, которых нет в традиционных электронных компонентах. Аналогично, разработка батарей следующего поколения зависит от материалов с более высокой энергетической плотностью и более быстрыми циклами зарядки-разрядки.

По мере того как компании становятся зависимыми от этих специальных материалов, обеспечение надежных поставок становится критически важным, но и сложным. Многие из этих материалов редки, сложны в добыче и/или требуют сложных производственных процессов. Создание этих материалов включает в себя несколько этапов обработки, которые часто выполняются в разных странах, делая их высоко уязвимыми к перебоям. Это добавляет слой риска к цепочке поставок электроники, который не всегда полностью оценивается. 

Как передовые материалы используются в современной электронике

Топологические изоляторы: Эти материалы проводят электричество на своей поверхности, но внутри действуют как изоляторы. Их уникальные электронные свойства делают их ценными для применений в квантовых вычислениях, спинтронике и передовых электронных устройствах, требующих низкого энергопотребления.

Графен: Известный своей исключительной электропроводностью, прочностью и гибкостью, графен используется в широком спектре электронных приложений, включая высокоскоростные транзисторы, гибкие дисплеи, батареи и датчики. Он имеет потенциал для революции в таких областях, как хранение энергии и прозрачная электроника.

Твердотельные электролиты: Эти материалы необходимы для разработки батарей следующего поколения, таких как твердотельные литий-ионные батареи. Твердотельные электролиты обеспечивают более безопасное и эффективное хранение энергии для электромобилей, потребительской электроники и накопления энергии в сети, снижая риски, связанные с жидкими электролитами.

Материалы перовскита: Перовскиты привлекают внимание своим использованием в солнечных батареях, где они могут преобразовывать солнечный свет в электричество более эффективно, чем традиционные технологии на основе кремния. Они также оцениваются для использования в светодиодах (LED), лазерах и датчиках.

Редкоземельные элементы: Эти элементы необходимы для современной электроники, используются в производстве мощных магнитов и фосфоров для экранов дисплеев, а также как катализаторы в различных высокотехнологичных приложениях. Редкоземельные элементы критически важны для таких продуктов, как смартфоны, моторы электромобилей и ветряные турбины.

Manufacturing Made Easy

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

Learn More

Влияние геополитических напряженностей

Геополитические факторы усложняют ситуацию. Многие передовые материалы поставляются из чувствительных, небезопасных или нестабильных регионов. Например, редкоземельные элементы, включая неодим, диспрозий, празеодим, самарий и тербий, необходимы для многих высокотехнологичных приложений. Тем не менее, Китай контролирует около 60-70 процентов мирового производства. Эта концентрация поставок создает потенциальную узкую точку для глобальной электронной промышленности, особенно с продолжающимися торговыми напряженностями между США и Китаем.

Правительства и предприятия работают над диверсификацией источников этих материалов, но эти усилия дорогостоящи и требуют много времени. Новые горнодобывающие операции и обрабатывающие заводы требуют лет разработки, а воздействие такой деятельности на окружающую среду создает дополнительные препятствия. Несмотря на вызовы, компании, которые инвестируют рано в обеспечение альтернативных источников или разработку заменителей для этих материалов, вероятно, окажутся в выгодном положении по мере роста спроса.

Возвращение производства и локализация производства

Решоринг, тенденция переноса производства ближе к дому, тесно связана с поставками передовых и редких материалов. По мере того как американские компании переносят производство продукции обратно в США, им необходимо будет обеспечить стабильное снабжение специализированными материалами, необходимыми для передового производства.

Передовые материалы часто требуют специализированных знаний и инфраструктуры, которых нет во многих регионах. Это означает, что даже при перемещении производства ближе к дому, большинству производителей все равно придется полагаться на глобальные цепочки поставок для некоторых сырьевых материалов и компонентов, входящих в их продукцию.

Устойчивость и цепочка поставок

Потребители и регуляторы требуют более экологичных продуктов, подталкивая электронную промышленность к поиску способов более устойчивого снабжения материалами. Это означает разработку новых, более легких для переработки материалов, которые имеют меньшее воздействие на окружающую среду. Например, стремление к более устойчивым батареям привело к исследованиям материалов, таких как твердотельные электролиты, которые обещают более высокую производительность и меньше экологических проблем, чем сегодняшние литий-ионные батареи. Однако эти материалы все еще находятся на ранних стадиях разработки, и масштабирование их для удовлетворения промышленного спроса займет некоторое время.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Циркулярная экономика и передовые материалы

По мере того как электронная промышленность сталкивается с увеличивающимся давлением, связанным как с проблемами цепочек поставок, так и с экологическими вопросами, концепция циркулярной экономики набирает популярность. Модель циркулярной экономики подчеркивает важность повторного использования, переработки и устойчивого источника материалов, что особенно важно для передовых материалов, которые часто бывают редкими, дорогими и/или требуют значительных экологических затрат для их добычи. Компании ищут способы возврата и переработки передовых материалов из электроники, достигшей конца своего жизненного цикла, сокращая зависимость от нестабильных глобальных цепочек поставок.

Внедрение подхода циркулярной экономики в стратегии управления цепочками поставок снижает риски нехватки материалов, а также уменьшает экологический след, связанный с добычей и производством. Например, системы замкнутого цикла переработки редкоземельных магнитов могут помочь сократить зависимость от новых источников материалов. Инновации в технологиях переработки позволяют более эффективно восстанавливать эти ценные материалы, предоставляя более устойчивую альтернативу добыче.

Предприятия, внедряющие мышление циркулярной экономики в свои стратегии снабжения и использования материалов, смогут лучше соответствовать регуляторным требованиям и повысить устойчивость цепочек поставок. Поскольку спрос на передовые материалы будет продолжать расти в ближайшие годы, электронная промышленность должна коллективно принять перспективу циркулярной экономики, чтобы обеспечить более устойчивое и надежное снабжение этих ценных ресурсов.

Подготовка к будущему, ориентированному на материалы

Роль передовых материалов в цепочке поставок электроники станет только более заметной в ближайшие годы. По мере того как компании продолжают инновации, спрос на эти материалы будет расти, оказывая давление на уже и так перегруженные цепочки поставок. Чтобы оставаться на шаг впереди, компаниям необходимо инвестировать время и ресурсы для обеспечения надежных поставок этих уникальных материалов. Это может быть через прямые инвестиции в добычу и переработку, партнерства с поставщиками или исследования альтернативных материалов. Производители могут построить долгосрочную конкурентоспособность на все более сложном глобальном рынке, уделяя передовым материалам заслуженное внимание.