Stan dostaw MLCC w 2021 roku

W miarę jak 2021 się przeciąga, nowy punktowy niedobór MLCC zmusza niektóre branże do bycia zwinne i dostosowywania się do zmienności łańcucha dostaw.

 

Połowa 2021 roku minęła, a niedobór chipów samochodowych nadal trwa. Nawet gdy firmy takie jak Intel i TSMC inwestują w dodatkowe moce produkcyjne fabryk, wielu w branży i sektorze finansowym spodziewa się, że niedobory będą kontynuowane przez cały 2021 rok. Koszty są również oszałamiające, z szacunkami przekraczającymi teraz 100 miliardów dolarów w postaci utraconych przychodów tylko dla branży samochodowej.

 

Niedobory komponentów elektronicznych nie są niczym nowym w 2020 i 2021 roku. W 2020 roku było to spowodowane tym, że wszyscy zostali w domach, czy to z powodu urlopów, zakupów panikarskich, nadmiernego popytu na elektronikę do pracy z domu i/lub przymusowych lockdownów. W 2021 roku wydaje się, że zwiększony popyt konsumentów, CAPEX i inwestycje w ponowne otwarcie powodują niedobory we wszystkim, od drewna po tworzywa sztuczne.

 

Powracający niedobór, który ma swoje korzenie w 2017 roku, to niedobór wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych (MLCC). Niedobór tych komponentów zaczął osiągać niepokojące poziomy w 2018 roku, po czym nastąpiła ulga w 2019 roku. W 2020 roku oczywiste problemy z globalną zdolnością produkcyjną spowodowane COVID-19 ponownie wzbudziły obawy o niedobór MLCC. W połowie 2021 roku obawy o niedobór MLCC nadal trwają z powodu problemów z łańcuchem dostaw dla systemów przemysłowych, medycznych i wojskowych, zwłaszcza teraz, gdy więcej niż jeden producent bił na alarm. Teraz pojawia się pytanie, czy pełnoprawny niedobór rozszerzy się poza te konkretne branże i wpłynie na szerszy rynek elektroniki. Jeśli planujesz projekt, który będzie wymagał MLCC, możesz chcieć zaplanować alternatywy na wypadek, gdyby wymagane komponenty były niedostępne z długimi terminami realizacji.

Kto może być dotknięty niedoborem MLCC w 2021 roku?

Obecna fala niedoboru MLCC dotyka wielu branż poza samochodami. Oczywiście, samochody potrzebują kondensatorów oprócz ogromnej gamy innych elektronik, ale branżami, które ostatnio najczęściej pojawiają się w nagłówkach, są elektronika obronna, urządzenia medyczne i automatyzacja przemysłowa.

 

Czy zatem jest to niedobór napędzany podażą czy popytem? Co ciekawe, problem z zapasami w tych branżach jest trochę obu. Niektóre z produktów napędzających konsumpcję zapasów MLCC to:

 

• Radary o niższej mocy, radia i produkty sieci bezprzewodowej pracujące na częstotliwościach GHz

• Sprzęt zdolny do obsługi 5G, takie jak telefony komórkowe, produkty IoT, sprzęt stacji bazowych i inne urządzenia telekomunikacyjne

• Elektronika konsumencka (laptopy, smartfony itp.), która wymaga obecnie znacznie więcej MLCC niż kilka lat temu

 

MLCC w tych produktach są używane w dużej ilości i występują w małych kondensatorach (

 

W rezultacie produkty przemysłowe, medyczne i wojskowe wymagające wysokonapięciowych, wysokiej jakości MLCC o dużych rozmiarach obudów odczuwają presję spowodowaną redukcją zapasów MLCC w większych rozmiarach obudów. Dotknięte produkty obejmują zasilacze/regulatory, cewki MRI, wzmacniacze, lasery i wiele innych specjalizowanych produktów wymagających większych obudów.

Kto bije na alarm?

Ostrzeżenia o potencjalnie nowej fali braków MLCC nie są nowością. W listopadzie 2020 roku dystrybutor komponentów pasywnych TTI wydał list do swoich klientów, przedstawiając ich oczekiwania dotyczące dłuższych niż zwykle czasów realizacji zamówień na duże obudowy MLCC (>0603), z czasami realizacji wydłużającymi się do 20 tygodni lub dłużej. Ponadto, wzrost produkcji elektroniki użytkowej w 2020 roku i ciągły wzrost zakupów smartfonów w I i II kwartale 2021 roku powodują większą presję na zapotrzebowanie na mniejsze obudowy MLCC w całym łańcuchu dostaw.

 

Spójrzmy na niektóre dane z łańcucha dostaw od początku pandemii do końca czerwca, aby lepiej zrozumieć sytuację. Poniższy wykres pokazuje całkowite zapasy kondensatorów ceramicznych przez ostatnie 18 miesięcy. Począwszy od listopada 2020 roku, co pokrywa się z momentem wydania listu przez TTI, widzimy, że zapasy MLCC zaczynają stopniowo maleć, a globalne zapasy spadają o około 35% w ciągu kolejnych 8 miesięcy (sumowane we wszystkich dystrybutorach).

 

 

Całkowite zapasy kondensatorów ceramicznych we wszystkich dystrybutorach od 3 marca 2020 do 30 czerwca 2021.

 

Patrząc na powyższy wykres, trudno mówić o niedoborze. O niedoborze MLCC jako pierwszy doniósł Scott Horton z Johanson Technology (pierwsze doniesienia w Embedded Computing 27 maja), producent MLCC obsługujący przemysł motoryzacyjny. To pierwszy przypadek (o ile mi wiadomo), kiedy ktokolwiek użył terminu „niedobór” do opisania stałego spadku zapasów kondensatorów. Spojrzenie na dane dotyczące zapasów kondensatorów ceramicznych Johansena daje wskazówkę, dlaczego zabrzmiał alarm. Ich zapasy ostatnio zanotowały spadek o około 16% w tym samym okresie i pozostały niskie z powodu wysokiego popytu.

 

Całkowite zapasy kondensatorów ceramicznych dla Johanson Technologies we wszystkich dystrybutorach od 3 marca 2020 do 30 czerwca 2021.

 

Dostosowanie do zmieniającego się popytu

Aby sprostać ubiegłorocznemu wzrostowi zapotrzebowania na elektronikę użytkową (głównie smartfony, tablety i inne produkty), znaczna część zdolności produkcyjnych dla MLCC została przesunięta z kondensatorów wysokiej jakości/wysokiego napięcia na kondensatory w fizycznie mniejszych obudowach i o niższych wartościach Q. Te fizycznie mniejsze komponenty mają tendencję do posiadania niższych ocen napięć i wyższych rezonansów własnych; niskie oceny napięć w mniejszych rozmiarach obudów sprawiają, że są one mniej użyteczne w dotkniętych branżach. Ponadto, ścisłe ograniczenia miejsca w mniejszych urządzeniach konsumenckich ograniczają użycie większych rozmiarów obudów, ponieważ mogą one nie pasować do mniejszych obudów używanych w urządzeniach konsumenckich.

 

 

Biorąc pod uwagę zapotrzebowanie na różne rozmiary obudów i przesunięcie zdolności produkcyjnych w kierunku elektroniki użytkowej, nie sądzę, abyśmy powinni być zaskoczeni tymi rozwojami. W przeciwieństwie do sytuacji w 2018 roku, dane dotyczące całkowitych zapasów u dystrybutorów pokazują, że trudno mówić o pełnoprawnym niedoborze MLCC, ponieważ, jak wspomniano powyżej, nie dotyka on wszystkich branż czy producentów. Jednakże, nastąpił stały spadek zapasów w całym łańcuchu dostaw. Podkreśla to potrzebę planowania przez zespoły projektowe z wyprzedzeniem i rozważenia substytutów dla swoich produktów.

 

Obecnie dostawcy usług EMS w USA przesuwają swoje zdolności produkcyjne na ląd lub uruchamiają nowe zdolności, aby sprostać niedoborom w całym łańcuchu dostaw. Czas pokaże, jak ta konkretna część rynku kondensatorów poradzi sobie i czy popyt będzie nadal zmniejszał zapasy kondensatorów w długim okresie. W międzyczasie projektanci PCB i inżynierowie muszą rozważyć, jak dostosować swoje projekty, aby wytrzymać niedobór MLCC i nadal wprowadzać produkty na rynek.

To jeszcze nie niedobór, ale planuj komponenty zastępcze

Jak bardzo byśmy nie chcieli, aby zwiększenie zdolności produkcyjnych w USA i Azji Południowo-Wschodniej było natychmiastowe i trwałe, nikt nie może przewidzieć przyszłości. Jeśli zapasy MLCC ustabilizują się, gdy globalna gospodarka ochłodzi się w fazie po odbudowie, ta zdolność produkcyjna może zostać przesunięta na inne produkty. Kuszące jest zakładanie, że wrócimy do względnego nadmiaru, w jakim byliśmy w 2019 roku. Jednakże, niedawne naciski administracji Bidena na przenoszenie zdolności produkcyjnych dla półprzewodników do USA mogą również objąć MLCC i inne komponenty, więc nie spodziewaj się, że amerykańska zdolność produkcyjna zostanie wyłączona lub przekierowana, gdy niedobór ustąpi.

 

Podczas gdy niedobór nadal ma miejsce, ważne jest, aby projektanci rozważyli, jak mogą zakomodować alternatywne komponenty w swoich projektach. W porównaniu z niedoborami półprzewodników, szczególnie niedoborami układów scalonych kwalifikowanych do zastosowań motoryzacyjnych, radzenie sobie z niedoborem MLCC jest w niektórych przypadkach nieco łatwiejsze. Istnieje wiele powodów, dla których firmy mogą łatwiej dostosować się do zmienności w łańcuchu dostaw MLCC w porównaniu z niedoborem układów scalonych:

 

• Łączenie kondensatorów: Kondensatory mogą być łączone równolegle lub szeregowo, aby uzyskać wymaganą pojemność, co nie jest możliwe w przypadku układów scalonych. Jednakże, tworzy to problem, jeśli działasz na częstotliwościach, na których dominują elementy pasożytnicze w projekcie, takie jak w PDN dla komponentów cyfrowych.

• Znajdowanie zamienników: Nie wszystkie układy scalone są zamiennikami bezpośrednimi, nawet od tego samego producenta. Oznacza to, że zazwyczaj konieczne jest stworzenie wariantu projektu, jeśli dany układ scalony jest niedostępny. W przeciwieństwie do tego, SMD MLCC są dostępne w standardowych rozmiarach obudów, więc zwykle można znaleźć alternatywny komponent bez zmiany projektu.

 

W obu przypadkach, w przypadku niedostępności pożądanego MPN, konieczne będą pewne drobne modyfikacje w projekcie. Praca z zamiennikami jest idealnym rozwiązaniem, chociaż często łączy się wiele kondensatorów w układy szeregowe lub równoległe, aby uzyskać pożądaną pojemność.

Łączenie kondensatorów

Łączenie wielu kondensatorów w układy szeregowe i równoległe, aby uzyskać pożądaną równoważną pojemność, może wydawać się wystarczająco proste. Przy wystarczająco niskich częstotliwościach, nie musisz martwić się o elementy pasożytnicze w kondensatorach. Jednakże, MLCC są przeznaczone do pracy na bardzo wysokich częstotliwościach, szczególnie do odsprzęgania w PDN na PCB oraz do budowy obwodów filtrujących dla projektów RF. Kiedy łączysz zamienniki MLCC lub alternatywne kondensatory, celem jest uzyskanie pożądanej wartości pojemności bez przesuwania równoważnej częstotliwości rezonansowej kondensatora na niższą częstotliwość, która byłaby niepożądana.

 

Przy niskich częstotliwościach, to nie jest często rozważane, chociaż bardzo często stosuje się banki kondensatorów połączonych równolegle, aby osiągnąć pożądaną pojemność. Przy wysokich częstotliwościach używanych w MLCC, są tylko dwie specyfikacje, które powinny być brane pod uwagę przy wyborze alternatywnych komponentów i ich łączeniu:

 

• Ocena napięcia: MLCC mogą mieć wysokie oceny napięcia, ale rzeczywiste napięcie na poszczególnym kondensatorze w banku kondensatorów będzie zależeć od tego, jak zaprojektowany jest równoważny obwód.

• Równoważna szeregowa indukcyjność (ESL): Wartość ESL jest szeregowo z pojemnością, gdy patrzymy na kondensator z perspektywy modelu obwodu. Wartość ESL tworzy rezonans własny w rzeczywistym kondensatorze, a kombinacje szeregowe lub równoległe mogą mieć przesuniętą częstotliwość rezonansową w porównaniu do wartości dla pojedynczego kondensatora.

 

Jako przykład, jeśli połączysz wiele MLCC o różnych specyfikacjach szeregowo, aby uzyskać równoważną pojemność mniejszego MLCC, wartości ESL dodadzą się. Równoważna częstotliwość rezonansowa będzie złożoną średnią dwóch rezonansów. Jeśli częstotliwość rezonansowa stanie się zbyt niska, gdy dodasz więcej kondensatorów szeregowo, równoważny obwód ostatecznie przestanie działać jak kondensator, gdy całkowita ESL stanie się zbyt wysoka, a równoważna częstotliwość rezonansowa zbyt niska, co pokonuje cel używania MLCC od początku. W tej przykładowej sytuacji, gdzie wiele MLCC jest łączonych szeregowo, możesz rozważyć użycie alternatywnych MLCC o wyższych częstotliwościach rezonansowych i użyć ich w kombinacji szeregowej jako zamiennik dla mniejszego kondensatora.

 

Praca z zamiennikami o tej samej pojemności w Twoim projekcie

Mimo że stany magazynowe MLCC są zmienne, możesz być w stanie znaleźć alternatywny komponent w innym rozmiarze obudowy, ale o tej samej pojemności. Upewnij się, że zwracasz uwagę na dwie główne specyfikacje wymienione powyżej. Idealnie, wybierając komponent zamienny, chcesz, aby napięcie nominalne i częstotliwość rezonansowa własna były wyższe, przy jednoczesnym zachowaniu tej samej pojemności ze względów bezpieczeństwa i wydajności. Niestety, zazwyczaj nie jest to możliwe ogólnie.

 

Ponieważ nie zawsze znajdziesz tę samą pojemność w tym samym rozmiarze obudowy, ważne jest, aby rozważyć, jak różne rozmiary obudów mogą mieć różne oceny napięcia i ESL. Jeśli wybierzesz fizycznie mniejszy MLCC jako zamiennik dla niedostępnego komponentu, zazwyczaj uzyskasz korzyść z tej samej lub większej rezonansu własnego, ponieważ fizycznie większe komponenty SMD mają tendencję do posiadania mniejszego ESL. Jednakże, komponent może mieć niższą ocenę napięcia dla danej pojemności, co można skompensować tylko poprzez umieszczenie kondensatorów szeregowo. Oba czynniki powinny być rozważane, ponieważ wpływają one na aplikacje związane z integralnością mocy RF oraz aplikacje filtrujące RF.

 

Wymiana tych MLCC na nieco większe obudowy kondensatorów jest znacznie łatwiejsza, jeśli są one niedostępne.

 

Mimo że większa obudowa będzie miała inne specyfikacje, znacznie łatwiej jest zmodyfikować układ PCB, aby miał nieco inny rozmiar obudowy, niż modyfikować projekt z wieloma kondensatorami równolegle. Ważne jest również, jak układasz płytę, ponieważ parasityczność na poziomie płyty będzie wpływać na integralność sygnału w projekcie.

Widoczność łańcucha dostaw pomaga firmom pozostać zwinne

Wzrost w elektronice konsumenckiej i cykliczne zmiany w branży elektronicznej będą nadal wywierać presję na łańcuch dostaw MLCC. Nawet po zwiększeniu zdolności produkcyjnych, które pomogą złagodzić obecny niedobór, spodziewam się, że znów znajdziemy się w tej sytuacji podczas następnego cyklu biznesowego. Duże i małe firmy, które używają MLCC w swoich projektach, muszą pozostać zwinne, ponieważ stany magazynowe dystrybutorów i producentów są zmienne. Upewnij się, że używasz najlepszych narzędzi do zarządzania łańcuchem dostaw elektroniki i wyszukiwarek, aby przeglądać stany magazynowe dystrybutorów i znajdować części zamienne. Kiedy masz widoczność łańcucha dostaw, planując przejście do produkcji, możesz zapewnić, że Twój produkt jest wykonalny na czas i w wielkiej ilości.

 

Kiedy potrzebujesz pozostać zwinny, zarządzając obecnym niedoborem MLCC, zaawansowane funkcje wyszukiwania i filtracji w Octopart mogą pomóc Ci znaleźć zamienniki komponentów i dostawców dla Twoich projektów. Funkcje wyszukiwarki elektroniki w Octopart mogą pomóc Ci poradzić sobie z niedoborami układów scalonych, dając Ci dostęp do agregowanych danych z całego łańcucha dostaw. Możesz uzyskać dostęp do danych cenowych dystrybutorów, stanów magazynowych części, specyfikacji części i danych CAD, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

 

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się na nasz newsletter.