Guida di Sopravvivenza di Design in un Mondo con Carenza di Componenti

Ogni EE e PCB accusano il colpo della carenza di componenti in questi giorni. Come mai sono diventati così rari i condensatori standard? Quando vedremo la fine di questo scocciante stato dei fatti? Come possono i progettisti lavorare con queste carenze e completare il proprio lavoro--in tempo?! Ho fatto una chiamata a John Watson di LeGrand per fargli un po’ di domande ed altro ancora. Da capo di design PCB che supervisiona 50 progettisti globalmente, sapevo che avrebbe avuto tanto da condividere a riguardo. (Dai un’occhiata per il prossimo Podcast su OnTrack con John Watson in cui discuteremo tale argomento nel dettaglio). 

Judy Warner: John, per favore dacci un’idea della tua prospettiva sulle carenze e quali sono quelle particolarmente complesse da ottenere al giorno d’oggi? 

John Watson: Quasi 6-12 mesi fa cominciò questa reale carenza di componentistica che colpì molto duramente. Iniziò maggiormente con i condensatori di ceramica multistrato (MLCC) e condensatori al tantalio con tempi di consegna più lunghi. Quindi la scorta disponibile iniziò a scomparire e prima di sapere che fosse la tempesta perfetta ed una crisi internazionale. 

Dove siamo adesso, vediamo tempi di consegna per alcuni componenti nel raggio breve di 16 settimane, medio come alto è 32 settimane e tempi di consegna lunghi arrivano a 80 settimane. Ciò significa che se ordiniamo un componente oggi arriverebbe nell’Aprile 2020. 

Tutto è iniziato con i condensatori, ma stiamo vedendo una serie di componenti risucchiati in questo problema. 

• Sensori Temperatura Montaggio su Scheda (~ Tempi di Consegna 5 Settimane)

• Interruttore d’Accensione ICs (~ Tempi di Consegna 6 - 10 Settimane)

• MOSFETs (~ Tempi di Consegna 26+ Settimane)

• Soppressori / Diodi (~ Tempi di Consegna 49 Settimane)

• Amplificatori Operazionali & Ripetitori (~ Tempi di Consegna 52 Settimane)

• Resistenze a Strato Spesse / Sottili (~ Tempi di Consegna da 6 a 80 Settimane)

Warner: Ci metti al corrente su cosa ha causato questa carenza? 

Watson: Siamo arrivati al semplice principio nell’economia della Fornitura e della Richiesta. Mentre la fornitura è scesa verso il basso, la richiesta per molti componenti è assolutamente esplosa. 

Da quel che vedo, ci sono 3 settori principali dell’industria elettronica che stanno guidando queste carenze della componentistica. 

#1. Internet delle Cose (IoT)

C’è stata un’assoluta esplosione nella richiesta di dispositivi smart - da Smart TV, sistemi di casse Bluetooth, Amazon Alexa e Googlehome fino a prodotti con energia rinnovabile, pannelli solari e Cloud Computing( nuvola informatica). Abbiamo qualsiasi cosa SMART. Abbiamo refrigeratori che monitorano la tua posizione e sanno che sei al supermercato , vedono che hai bisogno di latte e ti inviano un testo per ricordarti di ciò. Secondo Gartner, ci saranno più di 20 bilioni di nuovi dispositivi IoT rilasciati entro il 2020 che saranno una crescita del 100 per cento nel numero di questi dispositivi nei prossimi due anni. I miei sentimenti riguardo ciò è che ci sarà molto hardware in futuro. 

#2. Settore Telefonia Mobile 

C’è stato un grosso aumento nell’utilizzo personale del telefono ed è stato riportato recentemente che è raddoppiato dal 2015. Si stima che saranno prodotti 1.5 bilioni di smartphone nel prossimo anno ed ogni modello di punta contiene approssimativamente 1,000 condensatori. Al momento presente, c’è una produzione stimata mondialmente di 3 trilioni di condensatori MLCC. Ciò significa che quasi il 50% dei condensatori MLCC sono progettati ed utilizzati direttamente solo nel settore della telefonia mobile. 

#3. Automobilistico

C’è una crescita a doppie cifre nell’industria dei veicoli Elettrici Ibridi e Completi. Ma i progressi hanno contagiato i mezzi generalmente a benzina con l’aggiunta di nuove tecnologie dell'automazione di sistemi di guida automatizzati (ADS). Tutti i nuovi dispositivi automatizzati come sensori di parcheggio, tergicristalli automatici, etc. 

Un’auto classica a motore a combustione, ha qualcosa fra 2,000 e 3,000 condensatori. Un veicolo elettrico ha fino a 22,000 MLCC richiesti in una singola auto. 

Inoltre, le temperature più alte all’interno dei circuiti di controllo di veicoli elettrici fanno sì che i condensatori a film tradizionali non siano più utilizzabili, quindi sono impiegati sempre più gli MLCC di ceramica. Tutto questo ha fatto emergere una nuova agenzia di regolamentazione dell’Automotive Electronic Council (AEC). La missione dell’AEC è promuovere la standardizzazione, affidabilità o gli standard di qualificazione per la componentistica elettronica nel settore automobilistico inclusi resistenza ad alte temperature/umidità, resistenza a shock termici e durabilità. 

Certo come nuova agenzia necessitava di nuovi standard e requisiti: 

AEC-Q100: Circuiti Integrati (ICs)

AEC-Q101: Componenti semiconduttori discreti (transistor, diodi, etc.)

AEC-Q200: Componenti Passivi (condensatori, induttori, etc.)

Con questi nuovi standard è stimato che quasi il 50% dei componenti testati sono falliti, il che ha prodotto un aumento di cinque volte nella richiesta per questi componenti elettronici specifici. 

Warner: Quanto tempo credi tutto ciò durerà, vedi una risoluzione all’orizzonte?                 

Watson: Questa è una domanda da un milione di dollari. Ma non vedo comunque una fine vicina. Per diverse ragioni principali: 

#1. La crescita enorme prevista nel settore elettronico nei prossimi anni. Secondo Statista, si stima una crescita del 6% nel 2019 ed ancora di più all’8% nel 2020. Questa è una grande notizia per l’intero settore. Comporta anche problemi gravi. Per prima cosa, ci sarà abbastanza caffè per supportare questo sforzo ingegneristico e secondo, tutta questa nuova crescita richiederà nuovo hardware ed unità. 

#2. La maggior parte dei produttori di parti ha iniziato a terminare intere linee di componentistica che sono meno redditizie per loro. Sul patibolo ci sono alcuni dei pacchetti più grandi o le taglie dei case, come ad esempio tutto sopra 0603 per la componentistica discreta. Perchè? Perchè stanno chiudendo quelle linee per trasferirli su componenti di cui hanno maggiormente bisogno. Ciò assottiglia la selezione del componente e riduce la fornitura. 

#3. L’altra ragione è un problema auto-inflitto che abbiamo portato noi stessi. La maggior parte dei fornitori di parti sono passati alla cosiddetta allocazione. Dove stanno dividendo l’inventario disponibile così solo una percentuale del magazzino è data a produttori specifici. Dal lato del produttore vogliono lavorare con quelle compagnie che vogliono piazzare gli ordini più grandi. Così quelle compagnie entrano nel “quo” e hanno priorità. Dal lato della compagnia ciò ha causato un panico assoluto. Per essere sicuri che abbiano la componentistica disponibile la pratica del momento è raddoppiare o triplicare gli ordini. Poi mettono in stock questi componenti per utilizzi futuri. Ciò ha solo messo ulteriore sforzo su un sistema già fragile di Fornitura e Richiesta. 

Warner: Visto che gestisci una squadra di circa 50 progettisti al LeGrande, come tutto ciò sta influenzando te e la tua squadra di progetto?  

Watson: Tutto ciò ha avuto un enorme impatto su di noi. Dal primissimo giorno di un nuovo progetto. Ci ha portato a chiederci che componenti stiamo utilizzando, ma il problema è che non sappiamo quali siano le specifiche condizioni da momento a momento. Abbiamo visto entrambi i lati del problema, ciò che non pensavamo fosse un problema diventava un problema a metà strada lungo il progetto e viceversa. È peggiorato così tanto che quando troviamo componenti prima di riuscire a compilare un PO e inviare loro le informazioni pochi minuti dopo, i componenti sono già spariti. Ciò che ho detto a tutti i nostri progettisti è di seguire una semplice regola: gli affari non vanno più come al solito. 

Con la convinzione per alcuni di non permettere ad una crisi di essere sprecata, molti componenti contraffatti e del mercato nero hanno iniziato a fare la loro apparizione. Ho visto nella nostra piccola parte di settore quelli che crediamo fossero assolutamente falsi perchè non rispecchiavano le specifiche secondo il foglio di lavoro. Quindi non possiamo contare sulla componentistica che possiamo trovare e ottenere nei progetti. La mia unica risposta a tutto ciò è...AHIA.  

Warner: Quali sono le soluzioni alternative o soluzioni base che impieghi per affrontare queste sfide? 

Watson: Abbiamo dovuto progettare fuori dagli schemi. Visto che c’è una riduzione della fornitura e di una fornitura ridotta per alcuni componenti, abbiamo dovuto essere flessibili. Significa che cerchiamo e vediamo se qualcuno dei parametri specifici di un componente può essere regolato al di fuori da ciò che può essere considerata la “norma”. Per esempio: Dobbiamo utilizzare un cap 0.1uF 1% per i nostri condensatori bypass? Dato che questo è il maggior valore dei condensatori di bypass, ognuno sta creando problemi per questi specifici componenti. Siamo stati capaci di aprire più magazzini di componentistica cambiando i parametri, per esempio invece di utilizzare un 1%, prendendo fino a 5% di tolleranza. Vedo spesso che la componentistica utilizzata è “eccessiva” per la classe di progetto, ma facendo quella semplice modifica ha creato un intero stock di componentistica. 

Un’altra soluzione per noi è stata che i PCB guidassero altre aree del processo. Significa che ora stiamo dando all'approvvigionamento le insidie che avranno nell’area della componentistica. Ciò si basa sull’utilizzo di using ^®, di cui parleremo fra poco. Prima era il contrario: ingegneria e approvvigionamento molte volte non si sarebbero neanche parlati fra loro. Ora ci stiamo assicurando che le informazioni prontamente disponibili per noi vengano filtrate tramite l’azienda. 

In conclusione, abbiamo iniziato ad utilizzare quello che chiamiamo componentistica multi footprint che si poggia su multipli footprints sul progetto per componenti alternativi che potremmo impiegare se ci fosse una carenza della nostra prima scelta. Questo ha portato alcuni layout interessanti per contenere tutto.  

Warner: Se ciò persiste, come possono continuare i progettisti ad essere proattivi e agili e continuare a progettare bene e a consegnare in tempo?               

Watson: In realtà ci sono tre “P” per uscire dalla crisi: Piano, Preparazione e essere Proattivi. 

Stai al passo con il problema non iniziando con un progetto che ha già dei problemi. Molte volte gli ingegneri utilizzano un progetto precedente pensando che quella componentistica sia disponibile. Quando in realtà alcuni di loro potrebbero essere obsoleti o in uno stato già deprecato. Non possiamo supporre che sia tutto ok. Se vedi che ci sono già problemi di magazzino o non consigliati per un nuovi progetto, quella situazione non migliorerà nel tempo, probabilmente peggiorerà. Inoltre, capisci che più qualcuno si addentra in un progetto, più è difficile fare cambi senza che questi influenzino il tuo portafoglio o il tuo calendario.     

Lo strumento di Altium, è diventato una delle cose più importanti per noi. Dato che la conoscenza è potere, essere capaci di avere informazioni “ dal vivo” disponibili di un magazzino di componentistica, AVL approvate ed adeguate, l’abilità di classificare fornitori e impostare fonti diverse e fornitori per ogni componente è diventato la priorità per noi. Ora, visto che abbiamo queste informazioni prontamente a portata di mano, non necessitiamo di aspettare la parte finale di un progetto per scoprire che abbiamo appena creato l’ultimo fermaporte della compagnia e magazzino di pessimi PCB. Una volta che abbiamo ottenuto lo schematico fatto, saremo capaci di farlo girare e trovare dove sono i nostri problemi. 

Se ci fosse una seconda regola dopo “non ci troviamo in una situazione normale”, sarebbe controllare la disponibilità dei componenti spesso lungo il processo di design. 

Warner: Quale risorsa vorresti consigliare per restare al passo della situazione? 

Watson: Molti dei fornitori di componente mettono fuori la propria previsione di componente. Rimani all’erta sulle tendenze nel nostro settore, sii informato. Prima conosci il problema o la direzione da prendere, prima puoi prendere una decisione ponderata o attuare le necessarie modifiche. Ciò richiede che tu legga giornali e notizie di elettronica. Resta aggiornato su cosa viene riportato da alcune delle grandi pubblicazioni di tendenza sull’industria PCB come I-Connect-007, EDN, All About Circuits, PCDandF, EE Journal ed altri.