Состояние поставок MLCC в 2021 году

По мере того как 2021 год тянется, новый дефицит MLCC заставляет некоторые отрасли быть гибкими и адаптироваться к волатильности цепочек поставок.

 

Пройдя более половины 2021 года, дефицит автомобильных чипов все еще продолжается. Несмотря на то, что такие компании, как Intel и TSMC, инвестируют в расширение производственных мощностей, многие в отрасли и в финансовом секторе ожидают, что дефицит продолжится в течение 2021 года. При этом сумма убытков поражает, с оценками, превышающими 100 миллиардов долларов только для автомобильной промышленности.

 

Дефицит электронных компонентов не является новинкой в 2020 и 2021 годах. В 2020 году это было связано с тем, что все оставались дома, будь то из-за вынужденных отпусков, панических покупок, чрезмерного спроса на электронику для работы из дома и/или принудительных карантинов. В 2021 году, кажется, что накопленный спрос потребителей, CAPEX и инвестиции в восстановление вызывают дефицит всего, от древесины до пластиков.

 

Повторяющийся дефицит, который берет свое начало в 2017 году, это дефицит многослойных керамических конденсаторов (MLCC). Дефицит этих компонентов начал достигать тревожных уровней в 2018 году, за которым последовало затишье в 2019 году. В 2020 году очевидные проблемы с мировыми производственными мощностями из-за COVID-19 вновь разжигают опасения по поводу дефицита MLCC. В середине 2021 года опасения по поводу дефицита MLCC продолжаются из-за проблем с цепочками поставок для промышленных, медицинских и военных систем, особенно теперь, когда более одного производителя поднял тревогу. Теперь есть вопрос, распространится ли полноценный дефицит за пределы этих конкретных отраслей и затронет ли более широкий рынок электроники. Если вы планируете дизайн, который будет нуждаться в MLCC, возможно, вам стоит подумать о альтернативах на случай, если требуемые компоненты будут отсутствовать на складе с длительными сроками поставки.

Кого может затронуть дефицит MLCC в 2021 году?

Текущая волна дефицита MLCC затрагивает множество отраслей помимо автомобилестроения. Конечно, автомобилям, помимо огромного диапазона другой электроники, нужны конденсаторы, но отрасли, которые наиболее часто упоминаются в последних новостях, это оборонная электроника, медицинские устройства и промышленная автоматизация.

 

Так это дефицит, вызванный предложением или спросом? Интересно, что проблема с запасами в этих отраслях является немного и тем, и другим. Некоторые из продуктов, стимулирующих потребление запасов MLCC, включают:

 

• Радары меньшей мощности, радиостанции и продукты беспроводной связи, работающие на частотах ГГц

• Оборудование, совместимое с 5G, такое как мобильные телефоны, продукты IoT, оборудование базовых станций и другое телекоммуникационное оборудование

• Потребительская электроника (ноутбуки, смартфоны и т.д.), которая сегодня требует гораздо больше MLCC, чем несколько лет назад

 

MLCC в этих продуктах используются в большом количестве и представлены в виде конденсаторов малого размера (

 

В результате промышленные, медицинские и военные продукты, требующие высоковольтных MLCC высокого качества, испытывают давление из-за сокращения запасов MLCC в больших корпусах. К затронутым продуктам относятся блоки питания/регуляторы, катушки МРТ, усилители, лазеры и многие другие специализированные продукты, требующие больших корпусов.

Кто поднимает тревогу?

Предупреждения о потенциально новой волне нехватки MLCC не новы. В ноябре 2020 года дистрибьютор пассивных компонентов TTI выпустил письмо своим клиентам, в котором изложил свои ожидания относительно более длительных, чем обычно, сроков поставки для MLCC больших корпусов (>0603 пакеты), с продолжительностью поставок до 20 недель или дольше. Кроме того, рост производства потребительской электроники в 2020 году и продолжающееся увеличение покупок смартфонов в первом и втором кварталах 2021 года увеличивают давление на спрос на меньшие пакеты MLCC на протяжении всей цепочки поставок.

 

Взгляд на некоторые данные цепочки поставок с начала пандемии до конца июня проливает свет на ситуацию. Ниже представлен график общих запасов керамических конденсаторов за предыдущие 18 месяцев. Начиная с ноября 2020 года, совпадая с моментом выпуска письма TTI, мы видим, что запасы MLCC начинают стабильно уменьшаться, с глобальным снижением запасов примерно на 35% за следующие 8 месяцев (суммарно по всем дистрибьюторам).

 

 

Общий инвентарь керамических конденсаторов у всех дистрибьюторов с 3 марта 2020 года до 30 июня 2021 года.

 

Исходя из приведенного выше графика, трудно говорить о нехватке. Заметное недавнее утверждение о нехватке MLCC было сделано Скоттом Хортоном из Johanson Technology (впервые сообщено в Embedded Computing 27 мая), производителе MLCC для автомобильной промышленности. Это первый случай (насколько мне известно), когда кто-либо использовал термин «нехватка» для описания стабильного уменьшения запасов конденсаторов. Взгляд на данные инвентаризации керамических конденсаторов Johansen намекает, почему они подняли тревогу. Их запасы недавно упали примерно на 16% за тот же период и остаются низкими из-за высокого спроса.

 

Общий инвентарь керамических конденсаторов для Johanson Technologies у всех дистрибьюторов с 3 марта 2020 года до 30 июня 2021 года.

 

Адаптация к изменениям в поставках

Чтобы удовлетворить прошлогодний рост спроса на потребительскую электронику (в основном смартфоны, планшеты и другие продукты), значительная часть производственных мощностей для MLCC была переключена с высококачественных/высоковольтных конденсаторов на конденсаторы в физически меньших корпусах и с меньшими значениями Q. Эти физически меньшие компоненты обычно имеют более низкие номиналы напряжения и более высокие собственные резонансы; низкие номиналы напряжения в меньших корпусах делают их менее полезными в затронутых отраслях. Кроме того, строгие ограничения на зазоры в меньших потребительских устройствах ограничивают использование более крупных корпусов, поскольку они могут не поместиться внутри меньших корпусов, используемых для потребительских устройств.

 

Учитывая спрос на корпуса различных размеров и переориентацию мощностей на потребительскую электронику, я думаю, что нас не должны удивлять эти изменения. В отличие от ситуации в 2018 году, данные о полном инвентаре у дистрибьюторов показывают, что сложно говорить о полноценном дефиците MLCC, поскольку, как отмечалось выше, это не затрагивает все отрасли или производителей. Однако было зафиксировано постоянное сокращение запасов на всем протяжении цепочки поставок. Это подчеркивает необходимость для команд разработчиков заранее планировать и рассматривать альтернативы для своих продуктов.

 

В настоящее время американские поставщики услуг EMS перераспределяют свои мощности на местном уровне или вводят в эксплуатацию новые мощности для устранения дефицита на всем протяжении цепочки поставок. Время покажет, как будет развиваться эта конкретная часть рынка конденсаторов и продолжит ли спрос истощать запасы конденсаторов в долгосрочной перспективе. Тем временем, разработчикам печатных плат и инженерам необходимо рассмотреть, как адаптировать свои проекты к дефициту MLCC и продолжать выводить продукты на рынок.

Это еще не дефицит, но планируйте использование заменяющих компонентов

Насколько бы мы ни хотели, чтобы увеличение мощностей в США и Юго-Восточной Азии было немедленным и постоянным, никто не может предсказать будущее. Если запасы MLCC стабилизируются после того, как глобальная экономика остынет в пост-восстановительной фазе, эти мощности могут быть переключены на другие продукты. Соблазнительно предположить, что мы вернемся к относительному избытку, в котором находились в 2019 году. Однако недавние усилия администрации Байдена по переносу производственных мощностей в США могут также распространиться на MLCC и другие компоненты, так что не стоит ожидать, что американские мощности будут выведены из строя или переориентированы после устранения дефицита.

 

Пока дефицит все еще актуален, важно для разработчиков рассмотреть, как они могут адаптировать альтернативные компоненты в своих проектах. По сравнению с дефицитом полупроводников, особенно дефицитом полупроводников, квалифицированных для автомобильной промышленности, справиться с дефицитом MLCC в некоторых случаях проще. Есть ряд причин, по которым компании могут более легко адаптироваться к изменчивости в цепочке поставок MLCC по сравнению с дефицитом ИС:

 

• Сочетание конденсаторов: Конденсаторы могут быть соединены параллельно или последовательно для получения необходимой емкости, чего нельзя достичь с ИС. Однако это создает проблему, если вы работаете на частотах, где доминируют паразитные эффекты в дизайне, например, в PDN для цифровых компонентов.

• Поиск замен: Не все ИС являются заменами "как есть", даже от одного производителя. Это означает, что обычно требуется создать вариант дизайна, если ИС недоступна. В отличие от этого, SMD MLCC имеют стандартные размеры корпусов, так что вы обычно можете найти альтернативный компонент без изменения дизайна.

 

В любом случае, при недоступности желаемого MPN потребуются некоторые незначительные изменения в дизайне. Работа с заменами является идеальным решением, хотя обычно сочетают несколько конденсаторов последовательно или параллельно для получения желаемой емкости.

Сочетание конденсаторов

Соединение нескольких конденсаторов последовательно и параллельно для получения желаемой эквивалентной емкости может показаться достаточно простым. На достаточно низких частотах вам не придется беспокоиться о паразитных эффектах в конденсаторах. Однако MLCC предназначены для работы на очень высоких частотах, в частности, для развязки в PDN на печатной плате и для использования в построении фильтрующих цепей для RF-дизайнов. При сочетании заменяющих MLCC или альтернативных конденсаторов цель состоит в том, чтобы получить желаемое значение емкости без смещения эквивалентной саморезонансной частоты конденсатора на более низкую частоту, что было бы нежелательно.

 

На низких частотах это часто не учитывается, хотя очень распространено использование банков конденсаторов параллельно для достижения желаемой емкости. На высоких частотах, используемых в MLCC, есть только две спецификации, которые должны привлекать внимание при выборе альтернативных компонентов и их сочетании:

 

• Номинальное напряжение: MLCC могут иметь высокие номинальные напряжения, но фактическое напряжение на отдельном конденсаторе в банке конденсаторов будет зависеть от того, как спроектирована эквивалентная схема.

• Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL): Значение ESL находится последовательно с емкостью, если мы рассматриваем конденсатор с точки зрения модели схемы. Значение ESL создает саморезонанс в реальном конденсаторе, и последовательные или параллельные комбинации могут иметь смещенную саморезонансную частоту по сравнению с значением для одного конденсатора.

 

Как пример, если вы соедините несколько MLCC с разными спецификациями последовательно для получения эквивалентной емкости меньшего MLCC, значения ESL суммируются. Эквивалентная саморезонансная частота будет сложным средним двух саморезонансов. Если саморезонансная частота становится слишком низкой при добавлении большего количества конденсаторов последовательно, эквивалентная схема в конечном итоге перестанет действовать как конденсатор, поскольку общая ESL становится слишком высокой, а эквивалентная саморезонансная частота слишком низкой, что делает использование MLCC бессмысленным. В этом примере, где несколько MLCC соединены последовательно, вы можете рассмотреть использование альтернативных MLCC с более высокими саморезонансными частотами и использовать их в последовательной комбинации в качестве замены для меньшего конденсатора.

 

Работа с заменами конденсаторов с той же ёмкостью в вашем дизайне

Хотя запасы MLCC находятся в постоянном изменении, вы можете найти альтернативный компонент в другом корпусе, но с той же ёмкостью. Убедитесь, что вы обращаете внимание на две основные характеристики, указанные выше. В идеале, при выборе альтернативного компонента, вы хотите, чтобы номинальное напряжение и собственная резонансная частота были выше, при этом сохраняя ту же ёмкость для целей безопасности и производительности. К сожалению, это обычно невозможно в общем случае.

 

Поскольку вы не всегда найдете ту же ёмкость в том же корпусе, важно учитывать, как разные размеры корпусов могут иметь разные номиналы напряжения и ESL. Если вы выбираете физически меньший MLCC в качестве замены для вашего недоступного компонента, вы, как правило, получаете преимущество в виде той же или большей собственной резонансной частоты, поскольку физически большие SMD-компоненты, как правило, имеют меньший ESL. Однако компонент может иметь более низкий номинал напряжения при данной ёмкости, что можно компенсировать только путём последовательного соединения конденсаторов. Оба фактора следует учитывать, поскольку они влияют на приложения целостности RF-мощности и приложения RF-фильтрации.

 

Заменить эти MLCC на конденсаторы с немного большими посадочными местами гораздо проще, если они отсутствуют на складе.

 

Хотя больший корпус будет иметь другие характеристики, модифицировать печатную плату для размещения немного другого размера корпуса гораздо проще, чем модифицировать дизайн с несколькими параллельно соединёнными конденсаторами. Также важно, как вы размещаете элементы на плате, поскольку паразитные параметры на уровне платы будут влиять на целостность сигнала в дизайне.

Видимость цепочки поставок помогает компаниям оставаться гибкими

Рост потребительской электроники и повторяющиеся бизнес-циклы в электронной индустрии будут продолжать оказывать давление на цепочку поставок MLCC. Даже после того, как приход новых мощностей поможет справиться с текущим дефицитом, я ожидаю, что мы снова окажемся в подобной ситуации во время следующего бизнес-цикла. Как крупным, так и малым компаниям, использующим MLCC в своих проектах, необходимо оставаться гибкими, поскольку запасы у дистрибьюторов и производителей меняются. Убедитесь, что вы используете лучшие инструменты цепочки поставок электроники и поисковые системы для просмотра запасов у дистрибьюторов и поиска альтернативных деталей. Когда у вас есть видимость цепочки поставок, когда вы планируете переход к производству, вы можете гарантировать, что ваш продукт будет произведен вовремя и в необходимом объеме.

 

Когда вам нужно оставаться гибкими в управлении текущим дефицитом MLCC, расширенные функции поиска и фильтрации на Octopart могут помочь вам найти заменяющие компоненты и поставщиков для ваших проектов. Функции поисковой системы электроники на Octopart могут помочь вам справиться с дефицитом интегральных схем, предоставляя доступ к агрегированным данным по всей цепочке поставок. Вы можете получить доступ к данным о ценах дистрибьюторов, инвентаризации деталей, спецификациям деталей и CAD-данным, и всё это доступно в удобном для пользователя интерфейсе. Посмотрите нашу страницу интегральных схем, чтобы найти необходимые вам компоненты.

 

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.