2021년 MLCC 공급 상태

2021년이 지속되면서 새로운 MLCC 현물 부족이 일부 산업을 공급망 변동성에 민첩하게 적응하도록 강요하고 있습니다.

 

2021년이 절반 이상 지났지만, 자동차 칩 부족 현상은 여전히 계속되고 있습니다. 인텔과 TSMC와 같은 회사들이 추가적인 팹(capacity)에 투자하고 있음에도 불구하고, 업계와 금융 부문의 많은 사람들은 2021년 내내 부족 현상이 지속될 것으로 예상합니다. 또한, 자동차 산업만으로도 손실된 수익이 이제 1,000억 달러를 넘어서는 것으로 추정되고 있습니다.

 

전자 부품의 부족은 2020년과 2021년에 새로운 것이 아닙니다. 2020년에는 모두가 집에 머무르면서, 휴직, 패닉 구매, 재택근무 전자제품에 대한 과도한 수요, 그리고/또는 강제 봉쇄로 인해 발생했습니다. 2021년에는 소비자 수요, CAPEX, 그리고 재개장을 위한 투자가 목재부터 플라스틱에 이르기까지 모든 것의 부족을 초래하는 것으로 보입니다.

 

2017년에 그 뿌리를 둔 반복적인 부족 현상 중 하나는 다층 세라믹 캐패시터(MLCC) 부족입니다. 이러한 부품에 대한 부족 현상은 2018년에 우려 수준에 도달하기 시작했으며, 2019년에는 잠시 숨을 돌렸습니다. 2020년에는 COVID-19로 인한 전 세계 제조 능력의 명백한 문제로 MLCC 부족에 대한 우려가 다시 불붙었습니다. 2021년 중반, 산업, 의료, 군사 시스템에 대한 공급망 문제로 인해 MLCC 부족에 대한 우려가 계속되고 있으며, 특히 한 명 이상의 제조업체가 경고음을 울리면서 이제는 이러한 특정 산업을 넘어서 더 넓은 전자 시장에 영향을 미칠 전면적인 부족 현상이 확장될지에 대한 의문이 제기되고 있습니다. MLCC가 필요한 설계를 계획 중이라면, 필요한 부품이 장기간 재고 부족 상태인 경우를 대비하여 대체품을 계획하는 것이 좋습니다.

2021년 MLCC 부족으로 영향을 받을 수 있는 대상은?

현재 MLCC 부족의 물결은 자동차를 넘어 여러 산업에 영향을 미치고 있습니다. 물론, 자동차는 다양한 전자제품뿐만 아니라 캐패시터도 필요하지만, 가장 최근에 주목받는 산업은 방위 전자, 의료 기기, 그리고 산업 자동화입니다.

 

그렇다면 이것은 공급 주도적인 부족인가요, 아니면 수요 주도적인 부족인가요? 흥미롭게도, 이러한 산업에서의 재고 문제는 양쪽 모두입니다. MLCC 재고 소비를 촉진하는 일부 제품에는 다음이 포함됩니다:

 

• GHz 주파수에서 작동하는 저전력 레이더, 라디오 및 무선 네트워킹 제품

• 핸드셋, IoT 제품, 기지국 장비 및 기타 통신 장비와 같은 5G 지원 장비

• 몇 년 전보다 훨씬 더 많은 MLCC가 필요한 소비자 전자제품(노트북, 스마트폰 등)

 

이 제품들에 사용되는 MLCC는 대량으로 사용되며 소형 케이스 캐패시터에 속합니다(

 

결과적으로, 고전압, 고-Q MLCC가 필요한 산업용, 의료용, 군사용 제품들이 큰 케이스 크기의 MLCC 재고 감소로 인해 압박을 받고 있습니다. 영향을 받는 제품에는 전원 공급 장치/조절기, MRI 코일, 증폭기, 레이저 및 더 큰 케이스가 필요한 많은 다른 전문 제품들이 포함됩니다.

누가 경보를 울리고 있나요?

MLCC 부족의 잠재적인 새로운 파도에 대한 경고는 새로운 것이 아닙니다. 2020년 11월, 수동 부품 유통업체 TTI는 고객들에게 편지를 발표했습니다 대형 케이스 MLCC(>0603 패키지)의 평소보다 긴 리드 타임을 예상하며, 리드 타임이 20주 이상까지 연장될 수 있다고 밝혔습니다. 또한, 2020년 동안 소비자 전자제품 생산의 증가와 2021년 1분기-2분기 동안 스마트폰 구매의 지속적인 증가는 공급망 전반에 걸쳐 더 작은 MLCC 패키지에 대한 수요 압력을 증가시키고 있습니다.

 

팬데믹 시작부터 6월 말까지의 일부 공급망 데이터를 살펴보면 이야기에 대해 더 많은 정보를 제공합니다. 아래 그래프는 지난 18개월 동안의 총 세라믹 캐패시터 재고를 보여줍니다. TTI가 그들의 편지를 발표한 시점과 일치하는 2020년 11월부터, 우리는 MLCC 재고가 꾸준히 감소하기 시작하는 것을 볼 수 있으며, 그 다음 8개월 동안 전 세계 재고가 약 35% 감소했습니다(모든 유통업체를 합산).

 

 

2020년 3월 3일부터 2021년 6월 30일까지 모든 유통업체를 통틀어 총 세라믹 캐패시터 재고.

 

위의 그래프를 보면 이것을 부족으로 부르기 어렵습니다. MLCC 부족에 대한 주목할 만한 최근 주장은 자동차 산업을 위한 MLCC 제조업체인 Johanson Technology의 Scott Horton이 (처음으로 Embedded Computing에서 5월 27일에 보도됨) 제기했습니다. 이것은 (제가 아는 한) 누군가가 캐패시터 재고의 꾸준한 감소를 "부족"이라고 표현한 첫 번째 사례입니다. Johansen의 세라믹 캐패시터 재고 데이터를 살펴보면 그들이 경보를 울린 이유를 짐작할 수 있습니다. 그들의 재고는 같은 기간 동안 약 16% 감소를 보았으며 높은 수요로 인해 낮은 수준을 유지하고 있습니다.

 

2020년 3월 3일부터 2021년 6월 30일까지 모든 유통업체를 통틀어 Johanson Technologies의 총 세라믹 캐패시터 재고.

 

변화하는 공급에 적응하기

지난해 소비자 전자제품(주로 스마트폰, 태블릿 및 기타 제품)에 대한 수요 증가를 수용하기 위해 많은 MLCC 제조 용량이 고Q/고전압 커패시터에서 물리적으로 더 작은 케이스와 낮은 Q 값을 가진 커패시터로 전환되었습니다. 이러한 물리적으로 작은 구성 요소는 일반적으로 낮은 전압 등급과 더 높은 자체 공진을 가지며, 작은 케이스 크기에서 낮은 전압 등급은 영향을 받는 산업에서 덜 유용하게 만듭니다. 또한, 소형 소비자 기기에서의 엄격한 클리어런스 제약은 이러한 기기의 작은 인클로저 내부에 맞지 않을 수 있는 더 큰 케이스 크기의 사용을 제한합니다.

 

케이스 크기에 대한 수요와 소비자 전자제품으로의 용량 전환을 고려할 때, 이러한 발전에 놀라워할 필요는 없다고 생각합니다. 2018년 상황과는 대조적으로, 유통업체 전체의 총 재고 데이터는 위에서 언급한 바와 같이 모든 산업이나 제조업체에 영향을 미치지 않기 때문에 이를 완전한 MLCC 부족 상태라고 부르기 어렵습니다. 그러나 공급망 전반에 걸쳐 재고가 지속적으로 감소하고 있습니다. 이는 설계 팀이 제품에 대한 대체품을 고려하고 계획을 세워야 할 필요성을 강조합니다.

 

현재 미국 EMS 제공업체들은 공급망 전반에 걸친 부족을 해결하기 위해 현지에 용량을 이전하거나 새로운 용량을 온라인으로 가져오고 있습니다. 이 특정 캐패시터 시장 부분이 어떻게 될지와 장기적으로 수요가 캐패시터 재고를 계속 고갈시킬지는 시간이 말해줄 것입니다. 그 사이에, PCB 설계자와 엔지니어는 MLCC 부족에 대처하고 제품을 시장에 출시하기 위해 자신들의 설계를 어떻게 적응시킬지 고려해야 합니다.

아직 부족 상태는 아니지만, 대체 구성 요소에 대한 계획이 필요합니다

미국과 동남아시아에서 용량을 증가시키는 것이 즉각적이고 영구적이기를 우리 모두 바라지만, 미래를 예측할 수는 없습니다. 글로벌 경제가 회복 단계 이후에 식으면 MLCC의 재고가 안정되면, 그 용량은 다른 제품으로 전환될 수 있습니다. 2019년에 우리가 있었던 상대적인 과잉 모드로 돌아갈 것이라고 가정하는 것은 유혹적입니다. 그러나 바이든 행정부가 반도체 제조 용량을 현지화하기 위한 최근의 밀어붙이기는 MLCC 및 기타 구성 요소에도 확장될 수 있으므로, 부족이 해소되면 미국의 용량이 오프라인으로 가거나 다른 곳으로 전환될 것이라고 기대하지 마십시오.

 

부족 상태가 지속되는 동안, 설계자들은 자신의 설계에서 대체 구성 요소를 수용할 수 있는 방법을 고려하는 것이 중요합니다. 반도체 부족, 특히 자동차용 IC 부족에 비해, MLCC 부족은 일부 경우에 다루기가 다소 쉽습니다. IC 부족에 비해 MLCC 공급망의 변동성에 더 쉽게 적응할 수 있는 몇 가지 이유가 있습니다:

 

• 커패시터 결합: 커패시터는 병렬 또는 직렬로 결합하여 필요한 용량을 얻을 수 있으며, 이는 IC에서는 불가능한 일입니다. 그러나 디지털 구성요소의 PDN과 같이 기생성분이 설계에서 지배적인 주파수에서 작동할 경우 문제가 발생합니다.

• 대체품 찾기: 모든 IC가 동일 제조업체에서조차 드롭인 대체품은 아닙니다. 이는 IC가 사용 불가능할 경우 일반적으로 설계 변형이 필요하다는 것을 의미합니다. 반면, SMD MLCC는 표준 패키지 크기로 제공되므로 설계를 변경하지 않고도 대체 구성요소를 일반적으로 찾을 수 있습니다.

 

어느 경우든, 원하는 MPN이 사용 불가능한 경우 설계에 약간의 수정이 필요할 것입니다. 대체품을 사용하는 것이 이상적인 해결책이지만, 원하는 용량을 생성하기 위해 여러 커패시터를 직렬 또는 병렬로 결합하는 것이 일반적입니다.

커패시터 결합

여러 커패시터를 직렬 및 병렬로 결합하여 원하는 등가 용량을 생성하는 것은 충분히 간단해 보일 수 있습니다. 충분히 낮은 주파수에서는 커패시터의 기생성분에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 그러나 MLCC는 PCB의 PDN에서 디커플링을 위해, 그리고 RF 설계용 필터 회로를 구축하는 데에 특히 매우 높은 주파수에서 작동하도록 의도되었습니다. 대체 MLCC 또는 대체 커패시터를 결합할 때의 목표는 원치 않는 더 낮은 주파수로 커패시터 자체 공진 주파수를 이동시키지 않고 원하는 용량 값을 얻는 것입니다.

 

낮은 주파수에서는 이것이 종종 고려되지 않지만, 원하는 용량에 도달하기 위해 병렬로 커패시터 은행을 사용하는 것이 매우 일반적입니다. MLCC에서 사용되는 높은 주파수에서는 대체 구성요소를 선택하고 결합할 때 주의를 기울여야 하는 두 가지 사양만 있습니다:

 

• 전압 등급: MLCC는 높은 전압 등급을 가질 수 있지만, 커패시터 은행의 개별 커패시터에 걸리는 실제 전압은 등가 회로가 어떻게 설계되었는지에 따라 달라집니다.

• 등가 직렬 인덕턴스 (ESL): 회로 모델 관점에서 커패시터를 볼 때 ESL 값은 용량과 직렬로 있습니다. ESL 값은 실제 커패시터에서 자체 공진을 생성하며, 직렬 또는 병렬 조합은 단일 커패시터의 값에 비해 이동된 자체 공진 주파수를 가질 수 있습니다.

 

예를 들어, 등가 용량을 작은 MLCC의 용량과 동일하게 하기 위해 서로 다른 사양의 여러 MLCC를 직렬로 결합하는 경우, ESL 값이 합산됩니다. 등가 자체 공진 주파수는 두 자체 공진의 복잡한 평균이 될 것입니다. 자체 공진 주파수가 너무 낮아지면서 더 많은 커패시터를 직렬로 추가하면, 최종적으로 등가 회로는 전체 ESL이 너무 높고 등가 자체 공진 주파수가 너무 낮아져 커패시터처럼 작동하지 않게 되어 MLCC를 사용하는 목적을 상실하게 됩니다. 이 예시 상황에서, 여러 MLCC를 직렬로 결합하는 경우, 더 높은 자체 공진 주파수를 가진 대체 MLCC를 사용하고 이러한 것들을 작은 커패시터의 대체품으로 직렬 조합으로 사용하는 것을 고려할 수 있습니다.

 

설계에서 동일 용량 대체품 사용하기

MLCC 재고가 변동되고 있지만, 다른 패키지 크기에서 동일한 용량의 대체 부품을 찾을 수 있을지도 모릅니다. 위에 나열된 두 가지 주요 사양에 주의를 기울이십시오. 이상적으로, 대체 부품을 선택할 때는 안전성과 성능 목적으로 동일한 용량을 유지하면서 전압 등급과 자체 공진 주파수가 더 높기를 원합니다. 불행히도, 이것은 일반적으로 가능하지 않습니다.

 

동일한 패키지 크기에서 동일한 용량을 항상 찾을 수 있는 것은 아니므로, 다른 케이스 크기가 다른 전압 및 ESL 등급을 가질 수 있다는 점을 고려하는 것이 중요합니다. 사용할 수 없는 부품을 대체하기 위해 물리적으로 더 작은 MLCC를 선택하면, 물리적으로 더 큰 SMD 부품이 보통 더 작은 ESL을 가지기 때문에 동일하거나 더 큰 자체 공진의 이점을 얻을 수 있습니다. 그러나, 주어진 용량에 대해 부품이 더 낮은 전압 등급을 가질 수 있으며, 이는 캡을 직렬로 배치함으로써만 보상할 수 있습니다. RF 전력 무결성 응용 프로그램과 RF 필터링 응용 프로그램에 영향을 미치므로 두 요소 모두 고려해야 합니다.

 

재고가 없을 경우 이 MLCC를 약간 더 큰 캐패시터 풋프린트로 교체하는 것이 훨씬 쉽습니다.

 

더 큰 케이스는 다른 사양을 가지고 있지만, 병렬로 여러 캡을 사용하는 디자인을 수정하는 것보다 약간 다른 케이스 크기로 PCB 레이아웃을 수정하는 것이 훨씬 쉽습니다. 보드를 레이아웃하는 방법도 중요하며 보드 수준의 기생성분이 디자인에서 신호 무결성에 영향을 미칩니다.

공급망 가시성이 기업의 민첩성을 돕습니다

소비자 전자제품의 성장과 전자 산업의 반복적인 비즈니스 주기는 MLCC 공급망에 지속적으로 압력을 가할 것입니다. 현재의 부족 상황을 완화하기 위한 새로운 용량이 도입되더라도, 다음 비즈니스 주기 동안에 우리는 다시 여기에 있을 것으로 예상합니다. MLCC를 디자인에 사용하는 대기업 및 중소기업은 유통업체 및 제조업체의 재고가 변동함에 따라 민첩하게 대응해야 합니다. 최고의 전자 공급망 도구와 검색 엔진을 사용하여 유통업체의 재고를 검색하고 대체 부품을 찾으십시오. 제조로 이동할 계획을 세울 때 공급망에 대한 가시성을 확보하면 제품을 제시간에 대량으로 제조할 수 있습니다.

 

현재 MLCC 부족 상황을 관리하면서 민첩하게 대응해야 할 때, Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능은 설계에 필요한 대체 부품과 공급업체를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. Octopart의 전자 부품 검색 엔진 기능을 사용하면 공급망 전반에 걸친 집계된 데이터에 액세스하여 집적 회로 부족을 탐색할 수 있습니다. 유통업체 가격 데이터, 부품 재고, 부품 사양, CAD 데이터에 액세스할 수 있으며, 모두 사용자 친화적인 인터페이스에서 무료로 이용할 수 있습니다. 저희의 집적 회로 페이지를 확인해 필요한 부품을 찾으십시오.

 

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