El estado del suministro de MLCC en 2021

A medida que 2021 se prolonga, una nueva escasez puntual de MLCC está obligando a algunas industrias a ser ágiles y adaptarse a la volatilidad de la cadena de suministro.

 

Ya avanzado más de la mitad de 2021, y la escasez de chips automotrices sigue en pleno auge. Incluso cuando compañías como Intel y TSMC están invirtiendo en capacidad de fabricación adicional, muchos en la industria y en el sector financiero esperan que las escaseces continúen durante 2021. La cifra es asombrosa también, con estimaciones que ahora superan los $100 mil millones en términos de ingresos perdidos solo para la industria automotriz.

 

Las escaseces de componentes electrónicos no son nada nuevo en 2020 y 2021. En 2020, fue debido a que todos se quedaron en casa, ya sea por despidos temporales, compras por pánico, demanda excesiva de electrónica para trabajar desde casa y/o confinamientos obligatorios. En 2021, parece que la demanda acumulada de los consumidores, CAPEX e inversiones en la reapertura están creando escaseces en todo, desde madera hasta plásticos.

 

Una escasez recurrente que tiene sus raíces en 2017 es la de los condensadores cerámicos multicapa (MLCC). La escasez de estos componentes comenzó a alcanzar niveles preocupantes en 2018, seguido de un respiro en 2019. En 2020, problemas obvios con la capacidad de fabricación mundial debido al COVID-19 reavivaron los temores de una escasez de MLCC. A mediados de 2021, el temor a una escasez de MLCC continúa debido a problemas en la cadena de suministro para sistemas industriales, médicos y militares, especialmente ahora que más de un fabricante ha sonado las alarmas. Ahora hay cierta pregunta sobre si una escasez total se extenderá más allá de estas industrias particulares y afectará al mercado electrónico más amplio. Si estás planeando un diseño que necesitará MLCCs, es posible que quieras planificar alternativas en caso de que tus componentes requeridos estén agotados con largos plazos de entrega.

¿Quiénes podrían verse afectados por una escasez de MLCC en 2021?

La ola actual de la escasez de MLCC está afectando a múltiples industrias más allá de los automóviles. Ciertamente, los automóviles necesitan condensadores además de una enorme gama de otros electrónicos, pero las industrias que más titulares están haciendo recientemente son la electrónica de defensa, los dispositivos médicos y la automatización industrial.

 

Entonces, ¿es esta una escasez impulsada por la oferta o la demanda? Curiosamente, el problema de inventario en estas industrias es un poco de ambos. Algunos de los productos que impulsan el consumo de stocks de MLCC incluyen:

 

• Radares de baja potencia, radios y productos de redes inalámbricas que funcionan a frecuencias de GHz

• Equipos capaces de 5G, como teléfonos móviles, productos IoT, equipos de estaciones base y otros equipos de telecomunicaciones

• Electrónica de consumo (portátiles, smartphones, etc.), que requieren muchos más MLCC hoy en día de lo que necesitaban hace solo unos años

 

Los MLCC en estos productos se utilizan en alta cantidad y vienen en condensadores de pequeño tamaño (

 

Como resultado, los productos industriales, médicos y militares que requieren MLCC de alto voltaje y alta Q están sintiendo la presión por una reducción del inventario de MLCC en tamaños de carcasa más grandes. Los productos afectados incluyen fuentes de alimentación/reguladores, bobinas de resonancia magnética, amplificadores, láseres y muchos otros productos especializados que requieren carcasas más grandes.

¿Quién está dando la voz de alarma?

Las advertencias de una posible nueva ola en la escasez de MLCC no son nuevas. En noviembre de 2020, el distribuidor de componentes pasivos TTI publicó una carta a sus clientes delineando sus expectativas de tiempos de entrega más largos de lo normal para MLCC de gran tamaño (>0603 paquetes), con tiempos de entrega que se extienden hasta 20 semanas o más. Además, el crecimiento en la producción de electrónica de consumo durante 2020 y el continuo aumento en la compra de smartphones en el Q1-Q2 de 2021 están colocando una mayor presión de demanda sobre los paquetes de MLCC más pequeños a lo largo de la cadena de suministro.

 

Un vistazo a algunos datos de la cadena de suministro desde el comienzo de la pandemia hasta finales de junio arroja más luz sobre la historia. El gráfico a continuación muestra las existencias totales de capacitores cerámicos durante los 18 meses anteriores. Comenzando en noviembre de 2020, coincidiendo con el momento en que TTI publicó su carta, vemos que las existencias de MLCC comienzan a disminuir constantemente, con un inventario global que disminuye aproximadamente un 35% durante los siguientes 8 meses (sumados en todos los distribuidores).

 

 

Inventario total de capacitores cerámicos en todos los distribuidores desde el 3 de marzo de 2020 hasta el 30 de junio de 2021.

 

Al mirar el gráfico anterior, es difícil calificar esto como una escasez. Una afirmación notable reciente de una escasez de MLCC provino de Scott Horton en Johanson Technology (primero informado en Embedded Computing el 27 de mayo), un fabricante de MLCC que sirve a la industria automotriz. Esta es la primera instancia (que yo sepa) en que alguien ha usado el término "escasez" para describir la disminución constante en las existencias de capacitores. Un vistazo a los datos de inventario de los capacitores cerámicos de Johansen da una pista de por qué han dado la voz de alarma. Su inventario recientemente vio una caída de aproximadamente el 16% durante el mismo período y ha permanecido bajo debido a la alta demanda.

 

Inventario total de capacitores cerámicos para Johanson Technologies en todos los distribuidores desde el 3 de marzo de 2020 hasta el 30 de junio de 2021.

 

Adaptándose al Cambio de Suministro

Para adaptarse al crecimiento de la demanda de electrónica de consumo del año pasado (principalmente smartphones, tabletas y otros productos), gran parte de la capacidad de fabricación de los MLCC se ha desplazado de capacitores de alta Q/alto voltaje a capacitores en carcasas físicamente más pequeñas y con valores de Q más bajos. Estos componentes físicamente más pequeños tienden a tener calificaciones de voltaje más bajas y auto-resonancias más altas; las bajas calificaciones de voltaje en tamaños de carcasa más pequeños los hacen menos útiles en las industrias afectadas. Además, las estrictas restricciones de espacio en dispositivos de consumo más pequeños limitan el uso de tamaños de carcasa más grandes ya que estos pueden no caber dentro de las carcasas más pequeñas utilizadas para dispositivos de consumo. Dada la demanda a través de diferentes tamaños de carcasa y el cambio de capacidad hacia la electrónica de consumo, no creo que debamos sorprendernos de estos desarrollos. En contraste con la situación en 2018, los datos del inventario total a través de los distribuidores muestran que es difícil calificar esto como una escasez total de MLCC porque, como se mencionó anteriormente, no está afectando a todas las industrias o fabricantes. Sin embargo, ha habido una reducción constante en el inventario a lo largo de la cadena de suministro. Esto subraya la necesidad de que los equipos de diseño planifiquen con anticipación y consideren sustitutos para sus productos. Actualmente, los proveedores de EMS en EE. UU. están trasladando su capacidad repatriada o poniendo en línea nueva capacidad para abordar las escaseces a lo largo de la cadena de suministro. El tiempo dirá cómo le irá a esta porción específica del mercado de capacitores y si la demanda continúa agotando las existencias de capacitores a largo plazo. Mientras tanto, los diseñadores y ingenieros de PCB necesitan considerar cómo adaptar sus diseños para resistir una escasez de MLCC y continuar llevando productos al mercado. No es una escasez aún, pero planifica componentes sustitutos Por mucho que nos gustaría que el aumento de capacidad en EE. UU. y el Sudeste Asiático fuera inmediato y permanente, nadie puede predecir el futuro. Si las existencias de MLCC se estabilizan una vez que la economía global se enfríe en la fase posterior a la recuperación, esa capacidad puede desplazarse a otros productos. Es tentador asumir que volveremos al modo de superávit relativo en el que estábamos durante 2019. Sin embargo, el reciente impulso de la administración Biden para repatriar la capacidad de fabricación de semiconductores también podría extenderse a los MLCC y otros componentes, así que no esperes que la capacidad estadounidense se desconecte o se desvíe una vez que la escasez disminuya. Mientras la escasez esté en juego, es importante para los diseñadores considerar cómo pueden acomodar componentes alternativos en sus diseños. Comparado con las escaseces de semiconductores, particularmente las escaseces de CI calificados para automoción, una escasez de MLCC es en algunos casos algo más fácil de manejar. Hay varias razones por las cuales las empresas pueden adaptarse más fácilmente a la volatilidad en la cadena de suministro de MLCC en comparación con una escasez de CI:

• Combinación de capacitores: Los capacitores pueden combinarse en paralelo o en serie para obtener la capacitancia requerida, algo que no es posible con los ICs. Sin embargo, esto crea un problema si estás operando en frecuencias donde los parásitos dominan en el diseño, como en la red de distribución de potencia (PDN) para componentes digitales.

• Encontrar sustitutos: No todos los ICs son reemplazos directos, incluso de un mismo fabricante. Esto significa que generalmente se necesita crear una variante de diseño si un IC no está disponible. En contraste, los MLCCs SMD vienen en tamaños de paquete estándar, por lo que típicamente puedes encontrar un componente alternativo sin cambiar el diseño.

 

En cualquiera de los casos, se necesitarán algunas modificaciones menores en un diseño en el evento de que tu MPN deseado no esté disponible. Trabajar con sustitutos es la solución ideal, aunque es común combinar múltiples capacitores en arreglos en serie o paralelo para producir la capacitancia deseada.

Combinación de Capacitores

Tomar múltiples capacitores y combinarlos en serie y paralelo para producir la capacitancia equivalente deseada puede parecer lo suficientemente simple. A frecuencias suficientemente bajas, no tendrás que preocuparte por los parásitos en los capacitores. Sin embargo, los MLCCs están destinados para operar a frecuencias muy altas, particularmente para desacoplar en la PDN en un PCB, y para usar en la construcción de circuitos de filtro para diseños RF. Al combinar MLCCs sustitutos o capacitores alternativos, el objetivo es obtener un valor de capacitancia deseado sin mover la frecuencia de resonancia propia del capacitor a una frecuencia más baja que sería indeseada.

 

A bajas frecuencias, esto no se considera a menudo, aunque es muy común usar bancos de capacitores en paralelo para llegar a una capacitancia deseada. A las altas frecuencias utilizadas en los MLCCs, solo hay dos especificaciones que deberían recibir atención al seleccionar componentes alternativos y combinarlos:

 

• Calificación de voltaje: Los MLCCs pueden tener altas calificaciones de voltaje, pero el voltaje real a través de un capacitor individual en un banco de capacitores dependerá de cómo se diseñe el circuito equivalente.

• Inductancia en serie equivalente (ESL): El valor de ESL está en serie con la capacitancia cuando vemos un capacitor desde la perspectiva del modelo de circuito. El valor de ESL es lo que crea la auto-resonancia en un capacitor real, y las combinaciones en serie o paralelo podrían tener una frecuencia de auto-resonancia desplazada en comparación con el valor de un solo capacitor.

 

Como un ejemplo, si combinas múltiples MLCCs con diferentes especificaciones en serie para dar la capacitancia equivalente de un MLCC más pequeño, los valores de ESL se sumarán. La frecuencia de auto-resonancia equivalente será un promedio complejo de las dos auto-resonancias. Si la frecuencia de auto-resonancia se vuelve demasiado baja al agregar más capacitores en serie, el circuito equivalente eventualmente dejará de actuar como un capacitor ya que el ESL total se vuelve demasiado alto y la frecuencia de auto-resonancia equivalente se vuelve demasiado baja, lo que derrota el propósito de usar MLCCs para empezar. En esta situación de ejemplo, donde se combinan múltiples MLCCs en serie, podrías considerar usar MLCCs alternativos con frecuencias de auto-resonancia más altas y usar estos en una combinación en serie como sustituto de un capacitor más pequeño.

 

Trabajando con Sustitutos de la Misma Capacitancia en su Diseño

Aunque las existencias de MLCC están en fluctuación, podría ser posible encontrar un componente alternativo en un tamaño de paquete diferente, pero con la misma capacitancia. Asegúrese de prestar atención a las dos principales especificaciones mencionadas anteriormente. Idealmente, al seleccionar un componente alternativo, querrá que la clasificación de voltaje y la frecuencia de resonancia propia sean más altas mientras mantiene la misma capacitancia por motivos de seguridad y rendimiento. Desafortunadamente, esto generalmente no es posible en general.

 

Dado que no siempre encontrará la misma capacitancia en el mismo tamaño de paquete, es importante considerar cómo diferentes tamaños de caja pueden tener diferentes clasificaciones de voltaje y ESL. Si elige un MLCC físicamente más pequeño para sustituir por su componente no disponible, tiende a obtener el beneficio de la misma o mayor auto-resonancia ya que los componentes SMD físicamente más grandes tienden a tener un ESL menor. Sin embargo, el componente puede tener una clasificación de voltaje más baja para una capacitancia dada, lo cual solo puede compensarse colocando los capacitores en serie. Ambos factores deben considerarse ya que impactan en las aplicaciones de integridad de potencia RF y en las aplicaciones de filtrado RF.

 

Es mucho más fácil cambiar estos MLCC por huellas de capacitor ligeramente más grandes si están agotados.

 

Aunque un estuche más grande tendrá diferentes especificaciones, es mucho más fácil modificar un diseño de PCB para tener un tamaño de estuche ligeramente diferente que modificar un diseño con múltiples capacitores en paralelo. Cómo se diseña la placa también es importante ya que los parásitos a nivel de placa afectarán la integridad de la señal en el diseño.

La Visibilidad de la Cadena de Suministro Ayuda a las Empresas a Mantenerse Ágiles

El crecimiento en la electrónica de consumo y los ciclos de negocios recurrentes en la industria electrónica continuarán presionando la cadena de suministro de MLCC. Incluso después de que la capacidad entrante ayude a aliviar la escasez actual, esperaría que estemos aquí nuevamente durante el próximo ciclo de negocios. Las empresas grandes y pequeñas que usan MLCC para sus diseños necesitan mantenerse ágiles a medida que las existencias de distribuidores y fabricantes fluctúan. Asegúrese de usar las mejores herramientas de cadena de suministro de electrónica y motores de búsqueda para explorar existencias de distribuidores y encontrar partes alternativas. Cuando tiene visibilidad en la cadena de suministro mientras planea avanzar hacia la fabricación, puede asegurar que su producto sea fabricable a tiempo y en volumen.

 

Cuando necesite mantenerse ágil mientras maneja la escasez actual de MLCC, las características avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart pueden ayudarlo a encontrar componentes y proveedores sustitutos para sus diseños. Las características del motor de búsqueda electrónica en Octopart pueden ayudarlo a navegar por las escaseces de circuitos integrados al darle acceso a datos agregados a lo largo de la cadena de suministro. Puede acceder a datos de precios de distribuidores, inventario de partes, especificaciones de partes y datos CAD, y todo está libremente accesible en una interfaz fácil de usar. Eche un vistazo a nuestra página de circuitos integrados para encontrar los componentes que necesita.

 

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