Tình hình cung cấp MLCC vào năm 2021

Khi năm 2021 trôi qua, một tình trạng thiếu hụt MLCC đột ngột buộc một số ngành công nghiệp phải linh hoạt và thích nghi với sự biến động của chuỗi cung ứng.

 

Qua nửa đầu năm 2021, và tình trạng thiếu hụt chip ô tô vẫn tiếp tục diễn ra. Mặc dù các công ty như Intel và TSMC đang đầu tư vào việc mở rộng công suất nhà máy, nhiều người trong ngành và trong lĩnh vực tài chính dự đoán rằng tình trạng thiếu hụt sẽ tiếp tục qua năm 2021. Mức giá cũng đáng kinh ngạc, với ước tính hiện nay vượt quá 100 tỷ đô la về doanh thu bị mất của riêng ngành công nghiệp ô tô.

 

Tình trạng thiếu hụt linh kiện điện tử không phải là điều mới mẻ trong năm 2020 và 2021. Trong năm 2020, nguyên nhân là do mọi người ở nhà, hoặc do bị nghỉ việc, mua sắm tích trữ do hoảng loạn, nhu cầu quá mức đối với điện tử làm việc tại nhà, và/hoặc bị phong tỏa bắt buộc. Trong năm 2021, dường như nhu cầu tiêu dùng tích tụ, CAPEX, và đầu tư vào việc mở cửa trở lại đang tạo ra tình trạng thiếu hụt mọi thứ từ gỗ xẻ đến nhựa.

 

Một tình trạng thiếu hụt tái diễn có nguồn gốc từ năm 2017 là tình trạng thiếu hụt tụ điện gốm đa lớp (MLCC). Tình trạng thiếu hụt cho những linh kiện này bắt đầu đạt đến mức đáng lo ngại vào năm 2018, tiếp theo là sự giảm bớt vào năm 2019. Trong năm 2020, những vấn đề rõ ràng với công suất sản xuất toàn cầu do COVID-19 đã làm dấy lên lo ngại về tình trạng thiếu hụt MLCC. Giữa năm 2021, lo ngại về tình trạng thiếu hụt MLCC tiếp tục do vấn đề chuỗi cung ứng đối với các hệ thống công nghiệp, y tế và quân sự, đặc biệt là khi nhiều hơn một nhà sản xuất đã báo động. Bây giờ có một số câu hỏi liệu tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng có kéo dài ra ngoài những ngành công nghiệp cụ thể này và ảnh hưởng đến thị trường điện tử rộng lớn hơn hay không. Nếu bạn đang lên kế hoạch cho một thiết kế cần MLCC, bạn có thể muốn lên kế hoạch cho các lựa chọn thay thế trong trường hợp các linh kiện bạn cần hết hàng với thời gian chờ dài.

Những ai có thể bị ảnh hưởng bởi tình trạng thiếu hụt MLCC trong năm 2021?

Đợt thiếu hụt MLCC hiện tại đang ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp ngoài ô tô. Chắc chắn, ô tô cần tụ điện ngoài một loạt các thiết bị điện tử khác, nhưng các ngành công nghiệp đang làm nên những tiêu đề gần đây nhất là điện tử quốc phòng, thiết bị y tế, và tự động hóa công nghiệp.

 

Vậy đây là tình trạng thiếu hụt do nguồn cung hay do nhu cầu? Thú vị là, vấn đề hàng tồn kho trong những ngành công nghiệp này là một chút của cả hai. Một số sản phẩm thúc đẩy việc tiêu thụ kho MLCC bao gồm:

 

• Radar công suất thấp, radio, và sản phẩm mạng không dây hoạt động ở tần số GHz

• Thiết bị hỗ trợ 5G, như điện thoại di động, sản phẩm IoT, thiết bị trạm gốc, và các thiết bị viễn thông khác

• Điện tử tiêu dùng (laptop, điện thoại thông minh, v.v.), yêu cầu nhiều MLCC hơn nhiều so với chỉ vài năm trước

 

Các MLCC trong những sản phẩm này được sử dụng với số lượng lớn và có trong các tụ điện kích thước nhỏ (

 

Kết quả là, các sản phẩm công nghiệp, y tế và quân sự yêu cầu MLCC có điện áp cao, Q cao đang chịu áp lực từ việc giảm tồn kho MLCC ở các kích cỡ lớn hơn. Các sản phẩm bị ảnh hưởng bao gồm nguồn cung cấp/điều chỉnh, cuộn MRI, bộ khuếch đại, laser và nhiều sản phẩm chuyên biệt khác yêu cầu kích thước lớn hơn.

Ai đang Báo Động?

Cảnh báo về một làn sóng thiếu hụt MLCC mới tiềm ẩn không phải là mới. Vào tháng 11 năm 2020, nhà phân phối linh kiện bị động TTI đã phát hành một bức thư gửi đến khách hàng của họ, nêu rõ kỳ vọng về thời gian chờ lâu hơn bình thường cho MLCC kích thước lớn (>0603 gói), với thời gian chờ có thể kéo dài lên đến 20 tuần hoặc lâu hơn. Ngoài ra, sự tăng trưởng trong sản xuất điện tử tiêu dùng qua năm 2020 và sự tăng liên tục trong việc mua sắm điện thoại thông minh trong Q1-Q2 2021 đang tạo áp lực nhu cầu lớn hơn đối với các gói MLCC nhỏ hơn trong toàn bộ chuỗi cung ứng.

 

Một cái nhìn vào một số dữ liệu chuỗi cung ứng từ đầu đại dịch cho đến cuối tháng 6 làm sáng tỏ thêm câu chuyện. Biểu đồ dưới đây cho thấy tổng số tồn kho tụ điện gốm trong 18 tháng trước. Bắt đầu từ tháng 11 năm 2020, trùng với thời gian TTI phát hành bức thư của họ, chúng ta thấy tồn kho MLCC bắt đầu giảm ổn định, với tồn kho toàn cầu giảm khoảng 35% trong 8 tháng tiếp theo (tổng cộng qua tất cả các nhà phân phối).

 

 

Tổng tồn kho tụ điện gốm qua tất cả các nhà phân phối từ 3 tháng 3 năm 2020 đến 30 tháng 6 năm 2021.

 

Từ việc nhìn vào biểu đồ trên, khó có thể gọi đây là một tình trạng thiếu hụt. Một tuyên bố gần đây về tình trạng thiếu hụt MLCC đến từ Scott Horton tại Johanson Technology (đầu tiên được báo cáo trong Embedded Computing vào ngày 27 tháng 5), một nhà sản xuất MLCC phục vụ ngành công nghiệp ô tô. Đây là lần đầu tiên (theo tôi biết) ai đó đã sử dụng thuật ngữ “thiếu hụt” để mô tả sự giảm ổn định trong tồn kho tụ điện. Một cái nhìn vào dữ liệu tồn kho tụ điện gốm của Johansen cho thấy lý do tại sao họ đã báo động. Tồn kho của họ gần đây đã thấy một sự giảm khoảng 16% trong cùng kỳ và vẫn ở mức thấp do nhu cầu cao.

 

Tổng tồn kho tụ điện gốm cho Johanson Technologies qua tất cả các nhà phân phối từ 3 tháng 3 năm 2020 đến 30 tháng 6 năm 2021.

 

Thích Ứng với Sự Thay Đổi của Nguồn Cung

Để đáp ứng sự tăng trưởng nhu cầu về điện tử tiêu dùng trong năm qua (chủ yếu là điện thoại thông minh, máy tính bảng và các sản phẩm khác), phần lớn công suất sản xuất cho MLCC đã chuyển từ tụ điện có Q cao/điện áp cao sang tụ điện có kích thước vật lý nhỏ hơn và giá trị Q thấp hơn. Những thành phần nhỏ hơn về mặt vật lý này thường có điện áp định mức thấp hơn và tự cộng hưởng cao hơn; điện áp định mức thấp trong các kích cỡ vỏ nhỏ hơn khiến chúng ít hữu ích hơn trong các ngành công nghiệp bị ảnh hưởng. Ngoài ra, các hạn chế về khoảng cách chật hẹp trong các thiết bị tiêu dùng nhỏ hơn hạn chế việc sử dụng các kích cỡ vỏ lớn hơn vì chúng có thể không vừa với các vỏ nhỏ được sử dụng cho thiết bị tiêu dùng.

 

Xét đến nhu cầu qua các kích cỡ vỏ và việc chuyển dịch công suất sang điện tử tiêu dùng, tôi không nghĩ chúng ta nên ngạc nhiên trước những phát triển này. Trái ngược với tình hình vào năm 2018, dữ liệu về tổng hàng tồn kho qua các nhà phân phối cho thấy khó có thể gọi đây là một tình trạng thiếu hụt MLCC trầm trọng bởi, như đã nói ở trên, nó không ảnh hưởng đến tất cả các ngành công nghiệp hoặc nhà sản xuất. Tuy nhiên, đã có một sự giảm ổn định trong hàng tồn kho trên toàn bộ chuỗi cung ứng. Điều này nhấn mạnh nhu cầu các đội ngũ thiết kế phải lên kế hoạch trước và xem xét các phương án thay thế cho sản phẩm của họ.

 

Hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ điện tử (EMS) của Mỹ đang chuyển dịch công suất sản xuất trong nước hoặc đưa công suất mới vào hoạt động để giải quyết tình trạng thiếu hụt trên toàn bộ chuỗi cung ứng. Thời gian sẽ cho chúng ta biết phần này của thị trường tụ điện sẽ phát triển như thế nào và liệu nhu cầu có tiếp tục làm cạn kiệt tồn kho tụ điện trong dài hạn hay không. Trong thời gian chờ đợi, các nhà thiết kế PCB và kỹ sư cần xem xét cách thích ứng thiết kế của họ để chống chịu tình trạng thiếu hụt MLCC và tiếp tục đưa sản phẩm ra thị trường.

Chưa Phải Là Tình Trạng Thiếu Hụt, Nhưng Hãy Lên Kế Hoạch Cho Các Thành Phần Thay Thế

Dù chúng ta mong muốn công suất tăng cường ở Mỹ và Đông Nam Á trở nên ngay lập tức và vĩnh viễn, không ai có thể dự đoán tương lai. Nếu tồn kho cho MLCC ổn định một khi nền kinh tế toàn cầu hạ nhiệt trong giai đoạn hậu phục hồi, công suất đó có thể được chuyển sang các sản phẩm khác. Thật cám dỗ khi giả định chúng ta sẽ trở lại trạng thái dư thừa tương đối như chúng ta đã có trong năm 2019. Tuy nhiên, sự thúc đẩy gần đây của chính quyền Biden trong việc đưa công suất sản xuất trong nước cho bán dẫn cũng có thể mở rộng sang MLCC và các thành phần khác, vì vậy đừng mong đợi công suất của Mỹ sẽ ngừng hoạt động hoặc được chuyển hướng khi tình trạng thiếu hụt giảm bớt.

 

Trong khi tình trạng thiếu hụt vẫn đang diễn ra, điều quan trọng đối với các nhà thiết kế là xem xét cách họ có thể tích hợp các thành phần thay thế vào thiết kế của mình. So với tình trạng thiếu hụt bán dẫn, đặc biệt là thiếu hụt IC đủ điều kiện cho ô tô, một tình trạng thiếu hụt MLCC trong một số trường hợp có thể dễ xử lý hơn. Có một số lý do các công ty có thể dễ dàng thích ứng với sự biến động trong chuỗi cung ứng MLCC so với tình trạng thiếu hụt IC:

 

• Kết hợp tụ điện: Tụ điện có thể được kết hợp song song hoặc nối tiếp để đạt được dung lượng cần thiết, điều này không thể thực hiện được với IC. Tuy nhiên, điều này tạo ra vấn đề nếu bạn hoạt động ở các tần số mà tại đó các yếu tố nhiễu xạ chiếm ưu thế trong thiết kế, như trong PDN cho các thành phần số.

• Tìm kiếm thay thế: Không phải tất cả IC đều có thể thay thế trực tiếp, ngay cả từ cùng một nhà sản xuất. Điều này có nghĩa là thường cần phải tạo ra một biến thể thiết kế nếu một IC không có sẵn. Ngược lại, SMD MLCCs sẽ có kích thước gói tiêu chuẩn, vì vậy bạn có thể tìm thấy linh kiện thay thế mà không cần thay đổi thiết kế.

 

Trong cả hai trường hợp, sẽ có một số chỉnh sửa nhỏ cần thiết trong thiết kế trong trường hợp MPN mong muốn của bạn không có sẵn. Làm việc với các linh kiện thay thế là giải pháp lý tưởng, mặc dù việc kết hợp nhiều tụ điện thành mạch nối tiếp hoặc song song để tạo ra dung lượng mong muốn là điều phổ biến.

Kết hợp Tụ điện

Lấy nhiều tụ điện và kết hợp chúng theo dạng nối tiếp và song song để tạo ra dung lượng tương đương mong muốn có vẻ đơn giản. Ở các tần số thấp, bạn không phải lo lắng về các yếu tố nhiễu xạ trong tụ điện. Tuy nhiên, MLCCs được dùng cho hoạt động ở tần số rất cao, đặc biệt là để loại bỏ nhiễu trong PDN trên PCB, và để sử dụng trong việc xây dựng mạch lọc cho các thiết kế RF. Khi kết hợp MLCCs thay thế hoặc các tụ điện thay thế khác, mục tiêu là đạt được giá trị dung lượng mong muốn mà không làm thay đổi tần số tự cộng hưởng của tụ điện xuống một tần số thấp không mong muốn.

 

Ở các tần số thấp, điều này thường không được xem xét, mặc dù việc sử dụng các ngân hàng tụ điện song song để đạt được dung lượng mong muốn là rất phổ biến. Ở các tần số cao được sử dụng trong MLCCs, chỉ có hai thông số kỹ thuật cần được chú ý khi lựa chọn các linh kiện thay thế và kết hợp chúng:

 

• Đánh giá điện áp: MLCCs có thể có các đánh giá điện áp cao, nhưng điện áp thực tế qua một tụ điện cá nhân trong một ngân hàng tụ điện sẽ phụ thuộc vào cách mạch tương đương được thiết kế.

• Độ tự cảm tương đương (ESL): Giá trị ESL nằm trong mạch với dung lượng khi chúng ta xem xét một tụ điện từ góc độ mô hình mạch. Giá trị ESL là thứ tạo ra sự cộng hưởng tự nhiên trong một tụ điện thực, và các kết hợp nối tiếp hoặc song song có thể có tần số tự cộng hưởng thay đổi so với giá trị cho một tụ điện đơn lẻ.

 

Chỉ là một ví dụ, nếu bạn kết hợp nhiều MLCCs với các thông số kỹ thuật khác nhau theo dạng nối tiếp để tạo ra dung lượng tương đương của một MLCC nhỏ hơn, các giá trị ESL sẽ cộng lại với nhau. Tần số tự cộng hưởng tương đương sẽ là một trung bình phức tạp của hai tần số tự cộng hưởng. Nếu tần số tự cộng hưởng trở nên quá thấp khi bạn thêm nhiều tụ điện vào mạch nối tiếp, mạch tương đương cuối cùng sẽ ngừng hoạt động như một tụ điện khi tổng ESL trở nên quá cao và tần số tự cộng hưởng tương đương trở nên quá thấp, điều này làm mất mục đích sử dụng MLCCs ngay từ đầu. Trong tình huống ví dụ này, khi nhiều MLCCs được kết hợp theo dạng nối tiếp, bạn có thể xem xét sử dụng các MLCCs thay thế với tần số tự cộng hưởng cao hơn và sử dụng chúng trong một kết hợp nối tiếp như một sự thay thế cho một tụ điện nhỏ hơn.

 

Làm Việc Với Các Linh Kiện Thay Thế Cùng Dung Lượng Trong Thiết Kế Của Bạn

Mặc dù lượng tồn kho MLCC đang biến động, bạn có thể tìm thấy một linh kiện thay thế với kích thước gói khác nhau nhưng với cùng một dung lượng. Hãy chắc chắn chú ý đến hai thông số chính được liệt kê ở trên. Lý tưởng nhất, khi chọn một linh kiện thay thế, bạn muốn điện áp định mức và tần số tự cộng hưởng cao hơn trong khi vẫn duy trì cùng một dung lượng để đảm bảo an toàn và hiệu suất. Thật không may, điều này thường không khả thi nói chung.

 

Vì bạn không luôn tìm thấy cùng một dung lượng trong cùng một kích thước gói, nên quan trọng là phải xem xét cách các kích thước vỏ khác nhau có thể có các định mức điện áp và ESL khác nhau. Nếu bạn chọn một MLCC nhỏ hơn về mặt vật lý để thay thế cho linh kiện không có sẵn của mình, bạn có xu hướng nhận được lợi ích của tự cộng hưởng tương đương hoặc lớn hơn vì các linh kiện SMD vật lý lớn hơn thường có ESL nhỏ hơn. Tuy nhiên, linh kiện có thể có định mức điện áp thấp hơn cho một dung lượng nhất định, điều này chỉ có thể được bù đắp bằng cách đặt các tụ điện theo dãy. Cả hai yếu tố này đều nên được xem xét vì chúng ảnh hưởng đến ứng dụng tính toàn vẹn công suất RF và ứng dụng lọc RF.

 

Việc thay thế những MLCC này bằng các dấu chân tụ điện lớn hơn một chút nếu chúng hết hàng trở nên dễ dàng hơn nhiều.

 

Mặc dù một vỏ lớn hơn sẽ có các thông số kỹ thuật khác nhau, việc chỉnh sửa bố cục PCB để có kích thước vỏ hơi khác biệt dễ dàng hơn nhiều so với việc chỉnh sửa thiết kế với nhiều tụ điện song song. Cách bạn bố trí bảng mạch cũng quan trọng vì parasitic cấp bảng mạch sẽ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu trong thiết kế.

Khả Năng Hiển Thị Chuỗi Cung Ứng Giúp Các Công Ty Duy Trì Sự Nhanh Nhẹn

Sự tăng trưởng trong điện tử tiêu dùng và các chu kỳ kinh doanh lặp lại trong ngành công nghiệp điện tử sẽ tiếp tục gây áp lực lên chuỗi cung ứng MLCC. Ngay cả sau khi năng lực nhập khẩu giúp giảm bớt tình trạng thiếu hụt hiện tại, tôi mong rằng chúng ta sẽ lại gặp tình trạng này trong chu kỳ kinh doanh tiếp theo. Các công ty lớn và nhỏ sử dụng MLCC cho thiết kế của họ cần phải duy trì sự nhanh nhẹn khi lượng tồn kho từ các nhà phân phối và nhà sản xuất biến động. Hãy chắc chắn sử dụng các công cụ và công cụ tìm kiếm chuỗi cung ứng điện tử tốt nhất để duyệt qua lượng tồn kho từ các nhà phân phối và tìm các linh kiện thay thế. Khi bạn có cái nhìn rõ ràng về chuỗi cung ứng khi bạn lên kế hoạch chuyển sang sản xuất, bạn có thể đảm bảo sản phẩm của mình có thể được sản xuất đúng hạn và với số lượng lớn.

 

Khi bạn cần duy trì sự nhanh nhẹn khi quản lý tình trạng thiếu hụt MLCC hiện tại, các tính năng tìm kiếm và lọc tiên tiến trong Octopart có thể giúp bạn tìm kiếm các linh kiện thay thế và nhà cung cấp cho thiết kế của mình. Các tính năng tìm kiếm điện tử trong Octopart có thể giúp bạn điều hướng qua tình trạng thiếu hụt mạch tích hợp bằng cách cung cấp quyền truy cập vào dữ liệu tổng hợp trong suốt chuỗi cung ứng. Bạn có thể truy cập dữ liệu giá của nhà phân phối, hàng tồn kho, thông số kỹ thuật của linh kiện, và dữ liệu CAD, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong một giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để tìm các linh kiện bạn cần.

 

Hãy cập nhật những bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.