O Estado do Fornecimento de MLCC em 2021

À medida que 2021 se arrasta, uma nova escassez pontual de MLCC está forçando algumas indústrias a serem ágeis e a se adaptarem à volatilidade da cadeia de suprimentos.

 

Mais da metade de 2021 já passou, e a escassez de chips automotivos continua a todo vapor. Mesmo com empresas como Intel e TSMC investindo em capacidade fabril adicional, muitos no setor industrial e no setor financeiro esperam que as escassezas continuem ao longo de 2021. O custo também é impressionante, com estimativas agora superando $100 bilhões em termos de receita perdida apenas para a indústria automotiva.

 

Escassezes de componentes eletrônicos não são novidade em 2020 e 2021. Em 2020, foi devido a todos ficarem em casa, seja por licenças, compras por pânico, demanda excessiva por eletrônicos para trabalho remoto e/ou lockdowns forçados. Em 2021, parece que a demanda reprimida dos consumidores, CAPEX e investimentos na reabertura estão criando escassezas em tudo, desde madeira até plásticos.

 

Uma escassez recorrente que tem suas raízes em 2017 é a escassez de capacitores cerâmicos multicamada (MLCC). A escassez desses componentes começou a atingir níveis preocupantes em 2018, seguida por uma trégua em 2019. Em 2020, problemas óbvios com a capacidade de fabricação mundial devido à COVID-19 reacenderam os temores de uma escassez de MLCC. Em meados de 2021, o medo de uma escassez de MLCC continua devido a problemas na cadeia de suprimentos para sistemas industriais, médicos e militares, especialmente agora que mais de um fabricante soou os alarmes. Agora há alguma questão sobre se uma escassez total se estenderá além dessas indústrias particulares e afetará o mercado eletrônico mais amplo. Se você está planejando um design que precisará de MLCCs, talvez queira planejar alternativas no caso de seus componentes necessários estarem fora de estoque com longos prazos de entrega.

Quem Pode Ser Afetado por uma Escassez de MLCC em 2021?

A onda atual de escassez de MLCC está afetando várias indústrias além dos automóveis. Certamente, os automóveis precisam de capacitores além de uma enorme gama de outros eletrônicos, mas as indústrias que mais têm feito manchetes recentemente são eletrônicos de defesa, dispositivos médicos e automação industrial.

 

Então, essa é uma escassez impulsionada pela oferta ou pela demanda? Interessantemente, o problema de estoque nessas indústrias é um pouco dos dois. Alguns dos produtos que impulsionam o consumo de estoques de MLCC incluem:

 

• Radares de baixa potência, rádios e produtos de rede sem fio operando em frequências de GHz

• Equipamentos compatíveis com 5G, como handsets, produtos de IoT, equipamentos de estação base e outros equipamentos de telecomunicações

• Eletrônicos de consumo (laptops, smartphones, etc.), que requerem muito mais MLCCs hoje do que há alguns anos atrás

 

Os MLCCs nesses produtos são usados em alta quantidade e vêm em capacitores de pequeno porte (

 

Como resultado, produtos industriais, médicos e militares que requerem MLCCs de alta tensão e alta-Q estão sentindo a pressão de uma redução do inventário de MLCC em tamanhos de caixa maiores. Os produtos afetados incluem fontes de alimentação/reguladores, bobinas de ressonância magnética, amplificadores, lasers e muitos outros produtos especializados que requerem caixas maiores.

 

Quem Está Soando o Alarme?

Os avisos de uma potencial nova onda na escassez de MLCC não são novos. Em novembro de 2020, o distribuidor de componentes passivos TTI divulgou uma carta aos seus clientes delineando suas expectativas para tempos de espera mais longos que o normal para MLCCs de grande caixa (>pacotes 0603), com tempos de espera se estendendo até 20 semanas ou mais. Além disso, o crescimento na produção de eletrônicos de consumo ao longo de 2020 e o aumento contínuo nas compras de smartphones no Q1-Q2 de 2021 estão colocando maior pressão de demanda sobre pacotes menores de MLCC em toda a cadeia de suprimentos.

 

Uma olhada em alguns dados da cadeia de suprimentos desde o início da pandemia até o final de junho lança mais luz sobre a história. O gráfico abaixo mostra os estoques totais de capacitores cerâmicos nos últimos 18 meses. Começando em novembro de 2020, coincidindo com o momento em que a TTI divulgou sua carta, vemos os estoques de MLCC começarem a diminuir constantemente, com o inventário global caindo aproximadamente 35% nos 8 meses seguintes (somados em todos os distribuidores).

 

 

Inventário total de capacitores cerâmicos em todos os distribuidores de 3 de março de 2020 até 30 de junho de 2021.

 

Olhando para o gráfico acima, é difícil chamar isso de escassez. Uma reivindicação notável recente de escassez de MLCC veio de Scott Horton na Johanson Technology (primeiramente reportado em Embedded Computing em 27 de maio), um fabricante de MLCC que serve a indústria automotiva. Esta é a primeira instância (que eu saiba) que alguém usou o termo “escassez” para descrever a diminuição constante nos estoques de capacitores. Uma olhada nos dados de inventário dos estoques de capacitores cerâmicos da Johansen dá uma dica do porquê eles soaram o alarme. Seu inventário recentemente viu uma queda de aproximadamente 16% no mesmo período e permaneceu baixo devido à alta demanda.

 

Inventário total de capacitores cerâmicos para Johanson Technologies em todos os distribuidores de 3 de março de 2020 até 30 de junho de 2021.

 

Adaptando-se à Mudança de Suprimento

Para acomodar o crescimento da demanda por eletrônicos de consumo no ano passado (principalmente smartphones, tablets e outros produtos), grande parte da capacidade de fabricação de MLCCs foi deslocada de capacitores de alta-Q/alta-tensão para capacitores em caixas fisicamente menores e com valores de Q mais baixos. Esses componentes fisicamente menores tendem a ter classificações de tensão mais baixas e ressonâncias próprias mais altas; as classificações de baixa tensão em tamanhos de caixa menores os tornam menos úteis nas indústrias afetadas. Além disso, as restrições de espaço apertado em dispositivos de consumo menores limitam o uso de tamanhos de caixa maiores, pois estes podem não caber dentro das pequenas caixas usadas para dispositivos de consumo. Dada a demanda por tamanhos de caixa e a capacidade de deslocamento para eletrônicos de consumo, não acho que devemos nos surpreender com esses desenvolvimentos. Em contraste com a situação em 2018, os dados do inventário total entre distribuidores mostram que é difícil considerar isso uma escassez total de MLCC porque, como mencionado acima, não está afetando todas as indústrias ou fabricantes. No entanto, houve uma redução constante no inventário ao longo da cadeia de suprimentos. Isso sublinha a necessidade de as equipes de design planejarem com antecedência e considerarem substitutos para seus produtos. Atualmente, os provedores de EMS dos EUA estão deslocando sua capacidade internalizada ou trazendo nova capacidade online para lidar com as escassezas ao longo da cadeia de suprimentos. O tempo dirá como essa parte específica do mercado de capacitores se sairá e se a demanda continuará esgotando os estoques de capacitores a longo prazo. Enquanto isso, os designers de PCB e engenheiros precisam considerar como adaptar seus designs para resistir a uma escassez de MLCC e continuar trazendo produtos para o mercado.

Não é Uma Escassez Ainda, Mas Planeje Para Componentes Substitutos

Por mais que gostaríamos que a capacidade aumentada nos EUA e no Sudeste Asiático fosse imediata e permanente, ninguém pode prever o futuro. Caso os estoques de MLCCs se estabilizem uma vez que a economia global esfrie na fase pós-recuperação, essa capacidade pode ser deslocada para outros produtos. É tentador assumir que voltaremos ao modo de superávit relativo em que estávamos em 2019. No entanto, o recente impulso da administração Biden para internalizar a capacidade de fabricação de semicondutores também pode se estender a MLCCs e outros componentes, então não espere que a capacidade americana seja desativada ou desviada uma vez que a escassez diminua. Enquanto a escassez ainda está em jogo, é importante que os designers considerem como podem acomodar componentes alternativos em seus designs. Comparado às escassezas de semicondutores, particularmente escassezas de IC qualificados para automotivos, uma escassez de MLCC é de certa forma mais fácil de lidar em alguns casos. Há várias razões pelas quais as empresas podem se adaptar mais facilmente à volatilidade na cadeia de suprimentos de MLCC em comparação com uma escassez de IC:

• Combinando capacitores: Os capacitores podem ser combinados em paralelo ou em série para obter a capacitância desejada, algo que não é possível com ICs. No entanto, isso cria um problema se você estiver operando em frequências onde os parasitas dominam no design, como na PDN para componentes digitais.

• Encontrando substitutos: Nem todos os ICs são substituições diretas, mesmo do mesmo fabricante. Isso significa que geralmente é necessário criar uma variante de design se um IC estiver indisponível. Em contraste, os SMD MLCCs vêm em tamanhos de pacote padrão, então você pode normalmente encontrar um componente alternativo sem alterar o design.

 

Em ambos os casos, serão necessárias algumas modificações menores em um design no evento de seu MPN desejado estar indisponível. Trabalhar com substitutos é a solução ideal, embora seja comum combinar múltiplos capacitores em arranjos de série ou paralelo para produzir a capacitância desejada.

Combinando Capacitores

Tomar múltiplos capacitores e combiná-los em série e paralelo para produzir a capacitância equivalente desejada pode parecer simples o suficiente. Em frequências suficientemente baixas, você não terá que se preocupar com parasitas nos capacitores. No entanto, os MLCCs são destinados para operação em frequências muito altas, particularmente para desacoplamento na PDN em uma PCB, e para uso na construção de circuitos de filtro para designs RF. Ao combinar MLCCs substitutos ou capacitores alternativos, o objetivo é obter um valor de capacitância desejado sem mover a frequência de ressonância própria do capacitor para uma frequência mais baixa que seria indesejada.

 

Em baixas frequências, isso muitas vezes não é considerado, mesmo que seja muito comum usar bancos de capacitores em paralelo para chegar a uma capacitância desejada. Em altas frequências usadas em MLCCs, existem apenas duas especificações que devem receber atenção ao selecionar componentes alternativos e combiná-los:

 

• Classificação de tensão: Os MLCCs podem ter altas classificações de tensão, mas a tensão real em um capacitor individual em um banco de capacitores dependerá de como o circuito equivalente é projetado.

• Indutância série equivalente (ESL): O valor da ESL está em série com a capacitância quando visualizamos um capacitor a partir da perspectiva do modelo de circuito. O valor da ESL é o que cria a ressonância própria em um capacitor real, e combinações em série ou paralelo poderiam ter uma frequência de ressonância própria deslocada em comparação com o valor de um único capacitor.

 

Apenas como um exemplo, se você combinar múltiplos MLCCs com diferentes especificações em série para dar a capacitância equivalente de um MLCC menor, os valores de ESL se somarão. A frequência de ressonância própria equivalente será uma média complexa das duas ressonâncias próprias. Se a frequência de ressonância própria se tornar muito baixa à medida que você adiciona mais capacitores em série, o circuito equivalente eventualmente parará de agir como um capacitor à medida que o total de ESL se torna muito alto e a frequência de ressonância própria fica muito baixa, o que derrota o propósito de usar MLCCs para começar. Nesta situação de exemplo, onde múltiplos MLCCs são combinados em série, você pode considerar usar MLCCs alternativos com frequências de ressonância própria mais altas e usá-los em uma combinação em série como substituto para um capacitor menor.

 

Trabalhando com Substitutos de Mesma Capacitância no Seu Projeto

Embora os estoques de MLCC estejam em fluxo, você pode ser capaz de encontrar um componente alternativo em um tamanho de pacote diferente, mas com a mesma capacitância. Certifique-se de prestar atenção nas duas principais especificações listadas acima. Idealmente, ao selecionar um componente alternativo, você deseja que a classificação de tensão e a frequência auto-ressonante sejam maiores, mantendo a mesma capacitância por motivos de segurança e desempenho. Infelizmente, isso geralmente não é possível em geral.

 

Como nem sempre você encontrará a mesma capacitância no mesmo tamanho de pacote, é importante considerar como diferentes tamanhos de caixa podem ter diferentes classificações de tensão e ESL. Se você escolher um MLCC fisicamente menor para substituir seu componente indisponível, tende a obter o benefício da mesma ou maior auto-ressonância, pois componentes SMD fisicamente maiores tendem a ter menor ESL. No entanto, o componente pode ter uma classificação de tensão menor para uma dada capacitância, o que só pode ser compensado colocando os capacitores em série. Ambos os fatores devem ser considerados, pois impactam aplicações de integridade de potência RF e aplicações de filtragem RF.

 

É muito mais fácil trocar esses MLCCs por impressões de capacitores ligeiramente maiores se eles estiverem fora de estoque.

 

Embora um caso maior tenha especificações diferentes, é muito mais fácil modificar um layout de PCB para ter um tamanho de caixa ligeiramente diferente do que é modificar um design com vários capacitores em paralelo. Como você organiza a placa também é importante, pois parasitas no nível da placa afetarão a integridade do sinal no design.

A Visibilidade da Cadeia de Suprimentos Ajuda as Empresas a Permanecerem Ágeis

O crescimento em eletrônicos de consumo e ciclos de negócios recorrentes na indústria eletrônica continuarão a pressionar a cadeia de suprimentos de MLCC. Mesmo após a capacidade de entrada ajudar a aliviar a atual escassez, eu esperaria que estivéssemos aqui novamente durante o próximo ciclo de negócios. Empresas grandes e pequenas que usam MLCCs para seus designs precisam permanecer ágeis à medida que os estoques de distribuidores e fabricantes flutuam. Certifique-se de usar as melhores ferramentas da cadeia de suprimentos eletrônicos e motores de busca para navegar pelos estoques de distribuidores e encontrar peças alternativas. Quando você tem visibilidade da cadeia de suprimentos enquanto planeja avançar para a fabricação, você pode garantir que seu produto seja fabricável no prazo e em volume.

 

Quando você precisa permanecer ágil ao gerenciar a atual escassez de MLCC, os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart podem ajudá-lo a encontrar componentes substitutos e fornecedores para seus designs. Os recursos do motor de busca eletrônica no Octopart podem ajudá-lo a navegar por escassez de circuitos integrados, dando-lhe acesso a dados agregados em toda a cadeia de suprimentos. Você pode acessar dados de preços de distribuidores, inventário de peças, especificações de peças e dados CAD, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Confira nossa página de circuitos integrados para encontrar os componentes de que você precisa.

 

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