Guía de supervivencia para el diseño en un mundo de escasez de partes

Cada Ingeniero Eléctrico y diseñador de PCB está sintiendo la escasez de los componentes en estos días. ¿Cómo es que en el mundo los capacitores estándar básicos se han vuelto escasos? ¿Cuándo vamos a ver el final de esta molesta situación? ¿Cómo pueden los diseñadores trabajar con estas carencias y conseguir que su trabajo se haga a tiempo? Le hice una llamada a John Watson de LeGrand para hacer estas preguntas y más. Como jefe de diseño de PCB que supervisa a 50 diseñadores en todo el mundo, sabía que tendría mucho que compartir sobre este tema. (Manténgase atento a un próximo podcast de OnTrack con John Watson en el que discutiremos este tema con más detalle).

Judy Warner: John, denos una idea general de su perspectiva sobre la escasez de partes y qué partes son particularmente difíciles de conseguir en estos días.

John Watson: Hace unos 6-12 meses, esta escasez de partes empezó a golpear muy fuerte. Comenzó principalmente con los capacitores cerámicos multicapa (MLCC) y los capacitores de tántalo con tiempos de entrega más prolongados. Luego, las existencias disponibles comenzaron a desaparecer y, antes de que nos diéramos cuenta, fue la tormenta perfecta y una crisis internacional.

En la situación actual, estamos viendo plazos de entrega para algunos componentes de Corto rango de hasta 16 semanas, Medianos de hasta 32 semanas y Largos de hasta 80 semanas. Lo que significa que si pedimos un componente hoy, llegaría en abril de 2020.

Todo esto comenzó con los capacitores, pero estamos viendo que otras series de componentes están siendo absorbidas por este problema.

• Sensores de temperatura de montaje en tarjeta (~ 5 semanas de espera)

• CIs de interruptores de encendido (~ 6 a 10 semanas de espera)

• MOSFETs (~ 26+ semanas de espera)

• Supresores/Diodos (~ 49 semanas de espera)

• Amplificadores y relés operacionales (~ 52 semanas de espera)

• Resistencias de capa gruesa/fina (~ 6 a 80 semanas de espera)

Warner: Cuéntenos qué es lo que está causando esta escasez.

Watson: Se ha reducido a un simple principio en la economía de la Oferta y la Demanda. Mientras que la oferta ha bajado mucho, la demanda de muchos componentes ha explotado absolutamente.

Por lo que veo, hay 3 sectores principales de la industria electrónica que están provocando esta escasez de componentes.

#1. Internet de las cosas (IoT)

Ha habido una explosión absoluta en la demanda de dispositivos inteligentes, desde televisores inteligentes, sistemas de altavoces Bluetooth, Amazon Alexa y Googlehome, hasta productos de energía renovable, paneles solares y Cloud Computing. Tenemos todo SMART. Tenemos refrigeradores que rastrean su ubicación y saben que usted está en el mercado y ve que necesita leche y nos envía un texto para recordárnoslo. Según Gartner, habrá más de 20.000 millones de nuevos dispositivos de IoT desplegados para 2020, lo que supondrá un crecimiento del 100 % en números de estos dispositivos en los próximos dos años. Mi opinión con respecto a eso es que es mucho hardware.

#2. Industria de la telefonía móvil

Ha habido un enorme aumento en el uso del teléfono personal y, recientemente, se ha informado de que en realidad se ha duplicado desde 2015. Se estima que en el próximo año se fabricarán aproximadamente 1.500 millones de teléfonos inteligentes y que cada modelo insignia contiene aproximadamente 1000 capacitores. En la actualidad, hay una producción mundial estimada de 3 billones de capacitores MLCC. Esto significa que casi el 50 % de los capacitores de MLCC son designados y usados estrictamente en el sector de telefonía celular móvil solamente.

#3. Automotriz

Actualmente hay un crecimiento de dos dígitos en la industria de los vehículos híbridos y totalmente eléctricos. Pero los avances aquí se han extendido a los vehículos de gasolina en general, con la adición de nuevas tecnologías en la automatización de los sistemas de conducción automatizada (ADS). Todos los nuevos gadgets automatizados como sensores de estacionamiento, limpiaparabrisas, etc.

Un automóvil de motor de combustión estándar, tiene entre 2000 y 3000 capacitores. Un vehículo eléctrico tiene hasta 22.000 MLCCs requeridos en un solo vehículo.

Además, las temperaturas más altas dentro de los circuitos de control de los vehículos eléctricos significan que los capacitores de película de plástico tradicionales ya no son adecuados, por lo que cada vez se utilizan más los MLCC cerámicos. Lo que ha dado lugar a una nueva agencia reguladora del Automotive Electronic Council (AEC). La misión del AEC es promover la estandarización, confiabilidad o estándares de calificación para componentes electrónicos automotrices, incluyendo resistencia a altas temperaturas/humedades, resistencia al choque térmico y durabilidad.

Por supuesto que como nueva agencia, necesitaban nuevos estándares y requisitos:

AEC-Q100: Circuitos integrados (CIs)

AEC-Q101: Componentes semiconductores discretos (transistores, diodos, etc.)

AEC-Q200: Componentes pasivos (capacitores, inductores, etc.)

Con estos nuevos estándares, se estima que casi el 50 % de los componentes probados han fallado. El resultado es que la demanda de estos componentes electrónicos específicos se ha quintuplicado.

Warner: ¿Cuánto cree que durará esto? ¿Ve una resolución en el horizonte?

Watson: Esa es una pregunta de un millón de dólares. Pero no veo que esto termine pronto. Por varias razones principales:

#1. El esperado crecimiento masivo de la industria electrónica en los próximos años. Según Statista, se estima un crecimiento del 6 % en 2019 y más del 8 % en 2020. Esta es una gran noticia para toda nuestra industria. Viene con algunos problemas importantes. Primero, habrá suficiente café para apoyar este esfuerzo masivo de ingeniería y segundo, todo este nuevo crecimiento requerirá nuevos equipos y unidades.

#2. Muchos de los fabricantes de partes han comenzado a terminar líneas completas de componentes que son menos rentables para ellos. Las partes en la tabla para escoger son algunos de los tamaños más grandes de los empaquetados o cajas. Como cualquier cosa por encima de 0603 para los componentes discretos. ¿Por qué? Porque están cerrando esas líneas para transferirlas a los componentes más necesarios. Esto reduce la selección de componentes y reduce la oferta.

#3. La otra razón es más bien un problema autoinfligido que nos hemos traído a nosotros mismos. Muchos de los proveedores de partes han cambiado a lo que se denomina asignación. Cuando están dividiendo el inventario disponible, solo un porcentaje de las existencias se entrega a fabricantes específicos. En cuanto a los proveedores, quieren trabajar con aquellas empresas que desean realizar los pedidos más grandes. Así que esas compañías se meten en el "quo" y se quedan con el primer lugar. Por parte de la empresa, esto ha causado un pánico absoluto. Para asegurarse de que tienen los componentes disponibles, la práctica común ahora es duplicar y triplicar las órdenes. Luego, almacenan estos componentes para su uso futuro. Esto solo ha ejercido una mayor presión sobre un sistema de oferta y demanda ya de por sí frágil.

Warner: Dado que usted dirige un equipo de unos 50 diseñadores en LeGrand, ¿cómo le está afectando esto específicamente a usted y a su equipo de diseño?

Watson: Esto ha tenido un gran impacto en nosotros. Desde el primer día de un nuevo diseño. Nos ha obligado a preguntarnos qué componentes estamos utilizando, pero el problema es que no sabemos cuáles son las condiciones específicas de cada momento. Hemos visto que desde ambos lados de la cuestión, las cosas que pensábamos que no serían un problema se convirtieron en un problema a mitad de un diseño y viceversa. Se ha vuelto tan malo en realidad que cuando encontrábamos componentes, antes de que pudiéramos llenar una orden de compra y enviarles la información minutos después, las partes ya no estaban. Lo que he dicho a todos nuestros diseñadores es que sigan una regla simple: No es un negocio como de costumbre.

Con la creencia de algunos de no permitir que una crisis se desperdicie, muchos componentes del mercado negro y falsificados han empezado a aparecer. He visto en nuestra pequeña parte de esta industria partes que creemos que eran absolutamente falsas porque no coincidían con las especificaciones de la hoja de datos. Por lo tanto, no se puede confiar en los componentes que podemos encontrar y meter en los diseños. Mi única respuesta a eso es....OUCH.

Warner: ¿Cuáles son algunas de las soluciones que están empleando para superar estos tiempos difíciles?

Watson: Hemos tenido que diseñar fuera de la norma. Puesto que hemos visto que hay una reducción de la oferta de algunos componentes, hemos tenido que ser flexibles. Lo que significa que estamos mirando y viendo si alguno de los parámetros específicos de un componente puede ser ajustado fuera de lo que se consideraría la "norma". Por ejemplo: ¿Necesitamos usar un condensador de 0.1uF 1 % para nuestros condensadores de bypass? Dado que este es el valor más común del condensador de bypass, todo el mundo está buscando ese componente específico. Hemos podido abrir más stock de componentes cambiando los parámetros, por ejemplo, en lugar de usar un 1 %, llevándolo hasta un 5 % de tolerancia. Veo muchas veces que los componentes utilizados son "exagerados" para la clase de diseño, pero hacer ese simple cambio ha resultado en un nuevo stock de componentes.

Otro trabajo para nosotros ha sido el del diseñador de PCB que dirige otras áreas del proceso. Esto significa que ahora estamos cediendo a adquisiciones las trampas que tendrán en el área de los componentes. Esto se basa en el uso de ActiveBOM, que discutiremos en unos minutos. Antes era al revés: la ingeniería y el aprovisionamiento muchas veces ni siquiera se comunicaban entre sí. Ahora nos estamos asegurando de que la información fácilmente disponible a través de ActiveBOM se está filtrando en toda la empresa.

Por último, hemos comenzado a utilizar lo que llamamos componentes de huella múltiple, que dejan huellas múltiples en el diseño de componentes alternativos que podríamos utilizar si hay una escasez de nuestra primera opción. Ahora bien, esto ha dado lugar a algunos diseños interesantes para acomodar todo.

Warner: Si esto persiste, ¿cómo pueden los diseñadores seguir siendo proactivos y ágiles y seguir diseñando bien y cumpliendo los plazos?

Watson: En realidad están las tres "Ps" de la superación de esta crisis: Planee, Prepárese y sea Proactivo.

Manténgase por delante del problema al no comenzar con un diseño que ya está en problemas. Muchas veces, los ingenieros utilizan un diseño previo pensando que esos componentes están disponibles. Cuando, en realidad, algunos de ellos pueden llegar a ser obsoletos o ya están en un estado obsoleto. No podemos asumir que todo está bien. Si usted ve que las partes ya tienen problemas de stock o no se recomiendan para nuevos diseños, esa situación no mejorará con el tiempo, probablemente será peor. Además, tenga en cuenta que cuanto más se adentra alguien en un diseño, más difícil es hacer cambios sin que ello afecte a su billetera o a su horario.

ActiveBOM

La herramienta de Altium Designer, ActiveBOM, se ha convertido en una de las cosas más importantes para nosotros. Dado que el conocimiento es poder, ser capaz de tener información de disponibilidad de stock de componentes "en vivo", AVL's apropiadas y aprobadas, la capacidad de clasificar a los proveedores y configurar múltiples fuentes, y los proveedores para cada componente, se han convertido en cosas importantes para nosotros. Ahora que podemos tener esta información fácilmente al alcance de la mano, no necesitamos esperar hasta el final de un diseño para descubrir que acabamos de crear el último tope de puerta de la compañía y un stock de PCBs defectuosas. Una vez hecho el esquemático, podemos ejecutar ActiveBOM y averiguar dónde están nuestros problemas.

Si hubiera una segunda regla después de "No es normal", sería comprobar la disponibilidad de los componentes con frecuencia a lo largo del proceso de diseño.

Warner: ¿Algún recurso que recomiende para mantenerse al tanto de la situación?

Watson: Sí, muchos de los proveedores de componentes publican sus pronósticos de componentes. Manténgase al tanto de las tendencias de nuestra industria. Manténgase informado. Cuanto antes conozca el problema o la dirección, antes podrá tomar una buena decisión sobre los cambios necesarios. Esto requerirá que usted lea las revistas electrónicas y las noticias. Manténgase al día sobre lo que se informa en algunas de las grandes publicaciones comerciales de la industria de PCB como I-Connect-007, EDN, All About Circuits, PCDandF, EE Journal y otras.