2021年のMLCC供給状況

投稿日 2021/08/5 木曜日
更新日 2024/07/1 月曜日

2021年が進むにつれて、新たなMLCCスポット不足がいくつかの業界にアジャイル性とサプライチェーンの変動への適応を強いています。

2021年も半ばを過ぎ、自動車チップ不足は依然として続いています。IntelやTSMCのような企業が追加のファブ容量への投資を行っているにもかかわらず、業界や金融セクターの多くは、2021年を通じて不足が続くと予想しています。また、自動車業界だけで失われる収益として、現在では1,000億ドルを超えるとの見積もりも出ています。

電子部品の不足は、2020年と2021年において新しいことではありません。2020年は、人々が自宅に留まることが多かったため、休業、パニック買い、在宅勤務用電子機器への過剰な需要、または強制的なロックダウンなどが原因でした。2021年には、抑えられた消費者需要、CAPEX、再開プレイへの投資が、木材からプラスチックまであらゆるものの不足を引き起こしているようです。

2017年に根を下ろした再発性の不足には、多層セラミックコンデンサ（MLCC）の不足があります。これらの部品の不足は、2018年に懸念のレベルに達し始め、2019年には一時的な緩和がありました。2020年には、COVID-19による世界的な製造能力の明らかな問題が、MLCC不足の恐れを再燃させました。2021年半ばには、特に複数のメーカーが警鐘を鳴らしている今、産業、医療、軍事システムのサプライチェーンの問題が原因でMLCC不足の恐れが続いています。これらの特定の業界を超えて、より広範な電子市場に影響を及ぼす全面的な不足が続くかどうかについては、現在も疑問があります。MLCCが必要な設計を計画している場合、必要な部品が在庫切れで納期が長い場合に備えて、代替品の計画を立てることをお勧めします。

2021年にMLCC不足の影響を受ける可能性があるのは誰か？

現在のMLCC不足の波は、自動車を超えた複数の業界に影響を与えています。確かに、自動車は他の多くの電子機器と同様にコンデンサを必要としますが、最近の見出しを飾る業界は、防衛電子機器、医療機器、および産業オートメーションです。

では、この不足は供給主導なのか、需要主導なのか？興味深いことに、これらの業界の在庫問題はその両方です。MLCC在庫の消費を促進する製品には以下のものが含まれます：

GHz周波数で動作する低電力レーダー、ラジオ、および無線ネットワーク製品
5G対応機器、例えばハンドセット、IoT製品、基地局機器、その他の通信機器
消費者向け電子機器（ラップトップ、スマートフォンなど）、これらは数年前に比べてはるかに多くのMLCCを必要としています

これらの製品に使用されるMLCCは、高数量で小型ケースのコンデンサ（

その結果、高電圧、高Q MLCCが必要な産業用、医療用、軍事用製品は、大型ケースサイズのMLCC在庫が減少する圧力を感じています。影響を受ける製品には、電源/レギュレーター、MRIコイル、アンプ、レーザー、および大型ケースが必要なその他多くの特殊製品が含まれます。

誰が警鐘を鳴らしているのか？

MLCC不足の新たな波の警告は新しいものではありません。2020年11月、受動部品ディストリビューターのTTIは顧客宛てに手紙を発表し、大型ケースMLCC（>0603パッケージ）のリードタイムが通常より長くなり、20週以上に延びる可能性があるとの見通しを示しました。さらに、2020年の消費者向け電子製品の生産増加と、2021年第1四半期から第2四半期にかけてのスマートフォン購入の継続的な増加が、サプライチェーン全体で小型MLCCパッケージに対する需要圧力を高めています。

パンデミックの始まりから6月末までのサプライチェーンデータを見ると、より多くの情報が得られます。下のグラフは、過去18ヶ月間のセラミックキャパシター在庫の総数を示しています。TTIが手紙を発表した時期と一致する2020年11月から、MLCC在庫が着実に減少し始め、続く8ヶ月間で全ディストリビューターを通じて約35%のグローバル在庫が減少しました。

2020年3月3日から2021年6月30日までの全ディストリビューターにおけるセラミックキャパシター在庫の総数。

上記のグラフを見ると、これを不足と呼ぶのは難しいです。MLCC不足の顕著な最近の主張は、自動車業界向けのMLCCメーカーであるJohanson TechnologyのScott Hortonから来ました（最初はEmbedded Computingで5月27日に報告されました）。これは、誰かがキャパシター在庫の着実な減少を「不足」と表現した最初の例です（私の知る限り）。Johansenのセラミックキャパシター在庫のデータを見ると、なぜ警鐘を鳴らしたのかが示唆されます。彼らの在庫は同じ期間に約16%減少し、高い需要のために低いままです。

2020年3月3日から2021年6月30日までの全ディストリビューターにおけるJohanson Technologiesのセラミックキャパシター在庫の総数。

供給の変化に適応する

昨年の消費者向け電子機器の需要の増加（主にスマートフォン、タブレット、その他の製品）に対応するため、MLCCの製造能力の多くが高Q/高電圧キャパシタから物理的に小さいケースと低Q値のキャパシタにシフトしています。これら物理的に小さいコンポーネントは、低い電圧定格と高い自己共振を傾向としており、小さいケースサイズでの低い電圧定格は影響を受ける業界ではあまり役に立ちません。さらに、小型の消費者向けデバイス内の狭いクリアランス制約は、これらが消費者向けデバイス用の小型のエンクロージャ内に収まらない可能性があるため、大きなケースサイズの使用を制限します。

ケースサイズ全体にわたる需要と消費者向け電子機器への容量のシフトを考えると、これらの発展に驚くべきではないと思います。2018年の状況とは対照的に、ディストリビューター全体の在庫データは、上述のように、すべての業界やメーカーに影響を与えているわけではないため、これを完全なMLCC不足と呼ぶのは難しいです。しかし、サプライチェーン全体で在庫が着実に減少しています。これは、設計チームが前もって計画し、製品の代替品を検討する必要があることを強調しています。

現在、米国のEMSプロバイダーは、サプライチェーン全体の不足に対処するために、国内の能力をシフトしたり、新しい能力をオンラインにしています。このキャパシタ市場の特定の部分がどのようになるか、そして長期的に需要がキャパシタ在庫を枯渇させ続けるかどうかは、時間が教えてくれるでしょう。その間、PCB設計者とエンジニアは、MLCC不足に耐え、製品を市場に出し続けるために、設計をどのように適応させるかを考える必要があります。

まだ不足ではありませんが、代替コンポーネントの計画を立てましょう

米国と東南アジアでの能力増強が即時かつ恒久的であることを私たちが望むほど、未来を予測することはできません。グローバル経済がポストリカバリーフェーズで冷え込むと、MLCCの在庫が安定すれば、その能力は他の製品にシフトされるかもしれません。2019年に私たちが経験した相対的な余剰モードに戻ると仮定するのは誘惑的です。しかし、バイデン政権が半導体の製造能力を国内に移すことを推進している最近の動きは、MLCCやその他のコンポーネントにも及ぶ可能性があるため、不足が収まった後もアメリカの能力がオフラインになったり、他に転用されることを期待しないでください。

不足がまだ進行中である間、設計者は代替コンポーネントを設計にどのように取り入れることができるかを考えることが重要です。自動車用ICの不足、特に半導体の不足と比較して、MLCCの不足はいくつかの場合においては対処しやすいかもしれません。ICの不足と比較して、MLCCサプライチェーンの変動により容易に適応できる理由がいくつかあります：

コンデンサの組み合わせ：コンデンサは、必要な容量を得るために並列または直列に組み合わせることができますが、ICではこれが不可能です。しかし、デジタル部品のPDNのように、寄生成分が設計で支配的になる周波数で動作している場合、これは問題を引き起こします。
代替品の探索：すべてのICが同じメーカーからでもドロップイン代替品であるわけではありません。これは、ICが利用できない場合には、一般的に設計のバリアントを作成する必要があることを意味します。対照的に、SMD MLCCは標準的なパッケージサイズで提供されるため、設計を変更することなく代替部品を見つけることが通常可能です。

いずれの場合も、希望するMPNが利用できない場合には、設計にいくつかの小さな変更が必要になります。代替品を使用することは理想的な解決策ですが、所望の容量を生み出すために複数のコンデンサを直列または並列に組み合わせることは一般的です。

コンデンサの組み合わせ

複数のコンデンサを直列および並列に組み合わせて所望の等価容量を生み出すことは、十分に単純に聞こえるかもしれません。十分に低い周波数では、コンデンサの寄生成分について心配する必要はありません。しかし、MLCCは特にPCB上のPDNでのデカップリングや、RF設計のためのフィルタ回路の構築に使用される、非常に高い周波数での動作を意図しています。代替MLCCや代替コンデンサを組み合わせる際の目標は、コンデンサ自己共振周波数を望ましくない低い周波数に移動させずに、所望の容量値を得ることです。

低周波数では、これはしばしば考慮されませんが、所望の容量に到達するために並列にコンデンサのバンクを使用することは非常に一般的です。MLCCで使用される高周波数では、代替部品を選択し、それらを組み合わせる際に注意を払うべき仕様は2つだけです：

電圧定格：MLCCは高い電圧定格を持つことがありますが、コンデンサのバンク内の個々のコンデンサにかかる実際の電圧は、等価回路がどのように設計されているかに依存します。
等価直列インダクタンス（ESL）：回路モデルの観点からコンデンサを見るとき、ESL値は容量と直列にあります。ESL値は実際のコンデンサで自己共振を生み出すものであり、直列または並列の組み合わせは、単一のコンデンサの値と比較して自己共振周波数がシフトする可能性があります。

例として、異なる仕様の複数のMLCCを直列に組み合わせて、より小さいMLCCの等価容量を与える場合、ESL値は合算されます。等価自己共振周波数は、2つの自己共振の複雑な平均になります。シリーズにより多くのコンデンサを追加すると自己共振周波数が低くなりすぎると、最終的に等価回路はコンデンサとしての動作を停止し、総ESLが高すぎて等価自己共振周波数が低すぎるため、最初からMLCCを使用する目的が失われます。この例の状況では、複数のMLCCを直列に組み合わせる場合、より高い自己共振周波数を持つ代替MLCCを使用し、これらを小さいコンデンサの代替として直列組み合わせを検討するかもしれません。

設計で同じ容量の代替品を扱う

MLCCの在庫は変動していますが、異なるパッケージサイズで同じ容量の代替コンポーネントを見つけることができるかもしれません。上記の2つの主要な仕様に注意を払ってください。理想的には、代替コンポーネントを選択する際には、安全性と性能の目的で同じ容量を維持しながら、電圧定格と自己共振周波数が高いことが望ましいです。残念ながら、これは一般的には不可能です。

同じパッケージサイズで同じ容量を常に見つけることができないため、異なるケースサイズが異なる電圧およびESL定格を持つ可能性があることを考慮することが重要です。利用できないコンポーネントの代わりに物理的に小さいMLCCを選択すると、物理的に大きなSMDコンポーネントが小さいESLを持つ傾向があるため、同じまたはより大きな自己共振の利点を得ることができます。しかし、コンポーネントは、与えられた容量に対して低い電圧定格を持つ可能性があり、これはキャップを直列に配置することでのみ補償できます。RF電力整合性アプリケーションおよびRFフィルタリングアプリケーションに影響を与えるため、両方の要因を考慮する必要があります。

在庫切れの場合、これらのMLCCをわずかに大きなキャパシタのフットプリントに交換する方がはるかに簡単です。

大きなケースは異なる仕様を持ちますが、複数のキャップを並列に配置する設計を変更するよりも、PCBレイアウトをわずかに異なるケースサイズに変更する方がはるかに簡単です。ボードのレイアウトも重要で、ボードレベルの寄生が設計の信号整合性に影響を与えます。

サプライチェーンの可視性が企業のアジリティを支援

消費者電子機器の成長と電子業界のビジネスサイクルの繰り返しは、MLCCサプライチェーンに圧力を続けます。今後のキャパシティが現在の不足を緩和するのに役立つとしても、次のビジネスサイクル中に再びここにいると思います。MLCCを設計に使用する大企業も小企業も、ディストリビューターやメーカーからの在庫が変動するため、アジャイルでいる必要があります。最高の電子サプライチェーンツールと検索エンジンを使用して、ディストリビューターからの在庫を閲覧し、代替部品を見つけてください。製造に移行する計画を立てる際にサプライチェーンを可視化すると、製品を期限内に、かつ大量に製造可能であることを確認できます。

現在のMLCC不足を管理する際にアジャイルでいる必要がある場合、Octopartの高度な検索およびフィルタリング機能は、設計のための代替コンポーネントとサプライヤーを見つけるのに役立ちます。Octopartの電子検索エンジン機能は、サプライチェーン全体の集約データへのアクセスを提供することにより、統合回路の不足をナビゲートするのに役立ちます。ディストリビューターの価格データ、部品在庫、部品仕様、CADデータにアクセスでき、それらはすべてユーザーフレンドリーなインターフェースで自由にアクセスできます。統合回路のページをご覧ください必要なコンポーネントを見つけてください。

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