Lo stato della fornitura di MLCC nel 2021

Mentre il 2021 prosegue, una nuova carenza spot di MLCC sta costringendo alcune industrie ad essere agili e ad adattarsi alla volatilità della catena di approvvigionamento.

 

A più di metà del 2021, e la carenza di chip automobilistici imperversa ancora. Anche se aziende come Intel e TSMC stanno investendo in ulteriore capacità produttiva, molti nel settore e nel settore finanziario si aspettano che le carenze continuino per tutto il 2021. Il costo è sbalorditivo, con stime che ora superano i 100 miliardi di dollari in termini di entrate perse solo per l'industria automobilistica.

 

Le carenze di componenti elettronici non sono una novità nel 2020 e nel 2021. Nel 2020, è stato a causa del fatto che tutti rimanevano a casa, sia a causa di licenziamenti, acquisti di panico, domanda eccessiva di elettronica per il lavoro da casa e/o lockdown forzati. Nel 2021, sembra che la domanda repressa dei consumatori, il CAPEX e gli investimenti nelle riaperture stiano creando carenze in tutto, dal legname alla plastica.

 

Una carenza ricorrente che ha le sue radici nel 2017 è la carenza di condensatori ceramici multistrato (MLCC). La carenza di questi componenti ha iniziato a raggiungere livelli preoccupanti nel 2018, seguita da una tregua nel 2019. Nel 2020, evidenti problemi con la capacità produttiva mondiale a causa del COVID-19 hanno riacceso i timori di una carenza di MLCC. A metà del 2021, il timore di una carenza di MLCC continua a causa di problemi nella catena di approvvigionamento per i sistemi industriali, medici e militari, specialmente ora che più di un produttore ha suonato i campanelli d'allarme. Ora c'è qualche domanda su se una carenza a pieno titolo si estenderà oltre queste particolari industrie e influenzerà il mercato elettronico più ampio. Se stai pianificando un design che necessiterà di MLCC, potresti voler pianificare alternative nel caso in cui i componenti richiesti siano esauriti con lunghi tempi di consegna.

Chi potrebbe essere colpito da una carenza di MLCC nel 2021?

L'attuale ondata di carenza di MLCC sta colpendo molteplici industrie oltre all'automobilistica. Certamente, le automobili necessitano di condensatori in aggiunta a un'enorme gamma di altri elettronici, ma le industrie che fanno più notizia di recente sono l'elettronica per la difesa, i dispositivi medici e l'automazione industriale.

 

Quindi, si tratta di una carenza guidata dall'offerta o dalla domanda? Interessantemente, il problema dell'inventario in queste industrie è un po' di entrambi. Alcuni dei prodotti che guidano il consumo delle scorte di MLCC includono:

 

• Radar a bassa potenza, radio e prodotti per reti wireless che operano a frequenze GHz

• Attrezzature compatibili con 5G, come handset, prodotti IoT, attrezzature per stazioni base e altre apparecchiature per telecomunicazioni

• Elettronica di consumo (laptop, smartphone, ecc.), che richiede molti più MLCC oggi rispetto a solo pochi anni fa

 

I MLCC in questi prodotti sono utilizzati in grande quantità e vengono in piccoli condensatori (

 

Di conseguenza, i prodotti industriali, medici e militari che richiedono MLCC ad alta tensione e ad alta Q stanno risentendo della pressione dovuta alla riduzione delle scorte di MLCC in dimensioni di custodia maggiori. I prodotti interessati includono alimentatori/regolatori, bobine per risonanza magnetica, amplificatori, laser e molti altri prodotti specializzati che richiedono custodie più grandi.

Chi sta lanciando l'allarme?

Le avvertenze di una potenzialmente nuova ondata di carenza di MLCC non sono una novità. Nel novembre 2020, il distributore di componenti passivi TTI ha pubblicato una lettera ai propri clienti delineando le loro aspettative per tempi di consegna più lunghi del normale per MLCC di grandi dimensioni (>0603 package), con tempi di consegna che si estendono fino a 20 settimane o più. Inoltre, la crescita della produzione di elettronica di consumo nel 2020 e l'aumento continuo degli acquisti di smartphone nel Q1-Q2 2021 stanno mettendo maggiore pressione sulla domanda di pacchetti MLCC più piccoli lungo tutta la catena di fornitura.

 

Uno sguardo ad alcuni dati della catena di fornitura dall'inizio della pandemia fino alla fine di giugno getta più luce sulla situazione. Il grafico sottostante mostra le scorte totali di condensatori ceramici nei precedenti 18 mesi. A partire dal novembre 2020, coincidendo con il momento in cui TTI ha pubblicato la loro lettera, vediamo le scorte di MLCC iniziare a diminuire costantemente, con un'inventario globale ridotto di circa il 35% nei successivi 8 mesi (sommati su tutti i distributori).

 

 

Scorte totali di condensatori ceramici presso tutti i distributori dal 3 marzo 2020 al 30 giugno 2021.

 

Dallo sguardo al grafico sopra, è difficile definire questa situazione una carenza. Una recente affermazione notevole di una carenza di MLCC è venuta da Scott Horton di Johanson Technology (riportato per la prima volta in Embedded Computing il 27 maggio), un produttore di MLCC che serve l'industria automobilistica. Questa è la prima istanza (a mia conoscenza) in cui qualcuno ha usato il termine "carenza" per descrivere la costante diminuzione delle scorte di condensatori. Uno sguardo ai dati di inventario per le scorte di condensatori ceramici di Johansen suggerisce perché hanno lanciato l'allarme. Il loro inventario ha recentemente visto una diminuzione di circa il 16% nello stesso periodo ed è rimasto basso a causa dell'alta domanda.

 

Scorte totali di condensatori ceramici per Johanson Technologies presso tutti i distributori dal 3 marzo 2020 al 30 giugno 2021.

 

Adattarsi ai cambiamenti della fornitura

Per far fronte alla crescita della domanda di elettronica di consumo dell'anno scorso (principalmente smartphone, tablet e altri prodotti), gran parte della capacità produttiva per gli MLCC si è spostata dai condensatori ad alta Q/alta tensione a condensatori in custodie fisicamente più piccole e con valori di Q inferiori. Questi componenti fisicamente più piccoli tendono ad avere valutazioni di tensione più basse e auto-risonanze più elevate; le basse valutazioni di tensione nelle dimensioni di custodia più piccole li rendono meno utili nelle industrie interessate. Inoltre, le strette limitazioni di spazio nei dispositivi elettronici di consumo limitano l'uso di dimensioni di custodia più grandi poiché queste potrebbero non adattarsi all'interno dei piccoli involucri utilizzati per i dispositivi di consumo. Data la domanda attraverso le varie dimensioni di custodia e lo spostamento della capacità verso l'elettronica di consumo, non penso che dovremmo sorprenderci di questi sviluppi. A differenza della situazione nel 2018, i dati sull'inventario totale attraverso i distributori mostrano che è difficile definire questa situazione come una vera e propria carenza di MLCC perché, come notato sopra, non sta influenzando tutte le industrie o i produttori. Tuttavia, si è registrata una costante riduzione dell'inventario lungo la catena di fornitura. Questo sottolinea la necessità per i team di progettazione di pianificare in anticipo e considerare sostituti per i loro prodotti. Attualmente, i fornitori di EMS negli Stati Uniti stanno spostando la loro capacità rientrata o introducendo nuova capacità online per affrontare le carenze lungo la catena di fornitura. Il tempo dirà come questa specifica parte del mercato dei condensatori si comporterà e se la domanda continuerà a esaurire le scorte di condensatori a lungo termine. Nel frattempo, i progettisti di PCB e gli ingegneri devono considerare come adattare i loro progetti per resistere a una carenza di MLCC e continuare a portare i prodotti sul mercato. Non è ancora una carenza, ma pianifica componenti sostitutivi Per quanto ci piacerebbe che la capacità aumentata negli Stati Uniti e nel Sud-est asiatico fosse immediata e permanente, nessuno può prevedere il futuro. Se le scorte di MLCC si stabilissero una volta che l'economia globale si raffredda nella fase post-ripresa, quella capacità potrebbe essere spostata su altri prodotti. È allettante assumere che torneremo nella modalità di surplus relativo in cui eravamo nel 2019. Tuttavia, la recente spinta dell'amministrazione Biden a rientrare la capacità produttiva per i semiconduttori potrebbe estendersi anche agli MLCC e ad altri componenti, quindi non aspettarti che la capacità americana vada offline o venga deviata una volta che la carenza si attenua. Mentre la carenza è ancora in corso, è importante per i progettisti considerare come possono accomodare componenti alternativi nei loro progetti. Rispetto alle carenze di semiconduttori, in particolare alle carenze di IC qualificati per l'automotive, una carenza di MLCC è in alcuni casi più facile da gestire. Ci sono una serie di motivi per cui le aziende possono adattarsi più facilmente alla volatilità nella catena di fornitura degli MLCC rispetto a una carenza di IC:

• Combinare i condensatori: I condensatori possono essere combinati in parallelo o in serie per ottenere la capacità richiesta, cosa che non è possibile con gli IC. Tuttavia, ciò crea un problema se si opera a frequenze in cui i parassiti dominano nel design, come nella PDN per componenti digitali.

• Trovare sostituti: Non tutti gli IC sono sostituzioni dirette, anche dello stesso produttore. Ciò significa che generalmente è necessario creare una variante di design se un IC non è disponibile. Al contrario, gli SMD MLCC sono disponibili in dimensioni standard di pacchetto, quindi è possibile trovare tipicamente un componente alternativo senza modificare il design.

 

In entrambi i casi, saranno necessarie alcune modifiche minori in un design nel caso in cui il MPN desiderato non sia disponibile. Lavorare con sostituti è la soluzione ideale, anche se è comune combinare più condensatori in serie o in parallelo per produrre la capacità desiderata.

Combinare i Condensatori

Prendere più condensatori e combinarli in serie e parallelo per produrre la capacità equivalente desiderata può sembrare abbastanza semplice. A frequenze sufficientemente basse, non dovrai preoccuparti dei parassiti nei condensatori. Tuttavia, gli MLCC sono destinati al funzionamento ad altissime frequenze, in particolare per il decoupling nella PDN su un PCB, e per l'uso nella costruzione di circuiti di filtro per progetti RF. Quando si combinano MLCC sostitutivi o condensatori alternativi, l'obiettivo è ottenere un valore di capacità desiderato senza spostare la frequenza di risonanza propria del condensatore a una frequenza inferiore che sarebbe indesiderata.

 

A basse frequenze, questo non è spesso considerato, anche se è molto comune utilizzare banchi di condensatori in parallelo per arrivare a una capacità desiderata. Alle alte frequenze utilizzate negli MLCC, ci sono solo due specifiche che dovrebbero ricevere attenzione quando si selezionano componenti alternativi e li si combina:

 

• Valutazione della tensione: Gli MLCC possono avere valutazioni di tensione elevate, ma la tensione effettiva su un singolo condensatore in un banco di condensatori dipenderà da come è progettato il circuito equivalente.

• Induttanza serie equivalente (ESL): Il valore ESL è in serie con la capacità quando vediamo un condensatore dalla prospettiva del modello di circuito. Il valore ESL è ciò che crea la risonanza propria in un condensatore reale, e le combinazioni in serie o parallelo potrebbero avere una frequenza di risonanza propria spostata rispetto al valore per un singolo condensatore.

 

Solo come esempio, se combini più MLCC con specifiche diverse in serie per dare la capacità equivalente di un MLCC più piccolo, i valori ESL si sommeranno. La frequenza di risonanza propria equivalente sarà una media complessa delle due risonanze proprie. Se la frequenza di risonanza propria diventa troppo bassa aggiungendo più condensatori in serie, il circuito equivalente alla fine smetterà di comportarsi come un condensatore poiché l'ESL totale diventa troppo alto e la frequenza di risonanza propria troppo bassa, il che sconfigge lo scopo di utilizzare gli MLCC in primo luogo. In questa situazione di esempio, in cui più MLCC sono combinati in serie, si potrebbe considerare l'uso di MLCC alternativi con frequenze di risonanza propria più alte e utilizzarli in una combinazione in serie come sostituto per un condensatore più piccolo.

 

Lavorare con Sostituti di Stessa Capacità nel Tuo Progetto

Sebbene le scorte di MLCC siano in fluttuazione, potresti essere in grado di trovare un componente alternativo in una dimensione di package diversa, ma con la stessa capacità. Assicurati di prestare attenzione alle due principali specifiche elencate sopra. Idealmente, quando si seleziona un componente alternativo, si desidera che la tensione nominale e la frequenza di risonanza propria siano più elevate mantenendo la stessa capacità per motivi di sicurezza e prestazioni. Sfortunatamente, questo generalmente non è possibile.

 

Dato che non troverai sempre la stessa capacità nella stessa dimensione di package, è importante considerare come dimensioni di case diverse possano avere diverse valutazioni di tensione e ESL. Se scegli un MLCC fisicamente più piccolo per sostituire il tuo componente non disponibile, tendi ad ottenere il beneficio della stessa o maggiore auto-risonanza poiché i componenti SMD fisicamente più grandi tendono ad avere un ESL minore. Tuttavia, il componente potrebbe avere una valutazione di tensione inferiore per una data capacità, che può essere compensata solo mettendo i condensatori in serie. Entrambi i fattori dovrebbero essere considerati poiché influenzano le applicazioni di integrità della potenza RF e le applicazioni di filtraggio RF.

 

È molto più facile sostituire questi MLCC con impronte di condensatori leggermente più grandi se sono esauriti.

 

Sebbene un case più grande avrà specifiche diverse, è molto più facile modificare un layout di PCB per avere una dimensione di case leggermente diversa rispetto a modificare un progetto con più condensatori in parallelo. Anche il modo in cui si progetta il circuito stampato è importante poiché i parasitici a livello di scheda influenzeranno l'integrità del segnale nel progetto.

La Visibilità della Catena di Fornitura Aiuta le Aziende a Rimanere Agili

La crescita dell'elettronica di consumo e i cicli di affari ricorrenti nell'industria elettronica continueranno a mettere pressione sulla catena di fornitura dei MLCC. Anche dopo che la capacità in arrivo aiuterà a alleviare l'attuale carenza, mi aspetto che ci ritroveremo di nuovo qui durante il prossimo ciclo di affari. Le aziende grandi e piccole che utilizzano MLCC per i loro progetti devono rimanere agili poiché le scorte da distributori e produttori fluttuano. Assicurati di utilizzare i migliori strumenti della catena di fornitura elettronica e motori di ricerca per sfogliare le scorte dei distributori e trovare parti alternative. Quando hai visibilità nella catena di fornitura mentre pianifichi di passare alla produzione, puoi assicurarti che il tuo prodotto sia fabbricabile in tempo e in volume.

 

Quando hai bisogno di rimanere agile mentre gestisci l'attuale carenza di MLCC, le funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart possono aiutarti a trovare componenti sostitutivi e fornitori per i tuoi progetti. Le funzionalità del motore di ricerca elettronica in Octopart possono aiutarti a navigare le carenze di circuiti integrati dandoti accesso a dati aggregati in tutta la catena di fornitura. Puoi accedere a dati sui prezzi dei distributori, inventario delle parti, specifiche delle parti e dati CAD, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia user-friendly. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per trovare i componenti di cui hai bisogno.

 

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