2021年MLCC供应状况

随着2021年的持续，一个新的MLCC现货短缺正迫使一些行业必须灵活适应供应链的波动。

 

进入2021年已经过半，汽车芯片短缺的问题仍在持续。即便像英特尔和台积电这样的公司正在投资增加额外的制造能力，许多行业和金融部门预计短缺将持续整个2021年。这对汽车行业单独来说，损失的收入估计也高达1000亿美元以上。

 

2020年和2021年，电子元件短缺并不是什么新鲜事。2020年，由于人们留在家中，无论是因为休假、恐慌性购买、远程工作电子产品的过度需求，和/或强制性封锁，都导致了短缺。2021年，看起来是消费者需求、资本支出和重新开放投资造成了从木材到塑料等一切的短缺。

 

一种始于2017年的反复出现的短缺是多层陶瓷电容器（MLCC）短缺。这些组件的短缺在2018年开始达到令人担忧的水平，随后在2019年有所缓解。2020年，由于COVID-19导致的全球制造能力明显问题，重新点燃了对MLCC短缺的担忧。到了2021年中期，由于工业、医疗和军事系统的供应链问题，对MLCC短缺的担忧持续存在，尤其是现在不止一家制造商已经发出了警报。现在有些问题，是否这种全面的短缺将超出这些特定行业，影响更广泛的电子市场。如果您正在计划一个需要MLCCs的设计，您可能想要计划替代方案，以防您所需的组件缺货且交货时间很长。

2021年谁可能受到MLCC短缺的影响？

当前的MLCC短缺波浪正在影响汽车之外的多个行业。当然，汽车除了需要电容器外，还需要大量其他电子产品，但最近头条新闻中的行业包括国防电子、医疗设备和工业自动化。

 

那么这是供应驱动还是需求驱动的短缺呢？有趣的是，这些行业的库存问题有点两者都有。一些推动MLCC库存消耗的产品包括：

 

• 在GHz频率运行的低功率雷达、无线电和无线网络产品

• 5G兼容设备，如手机、物联网产品、基站设备和其他电信设备

• 消费电子产品（笔记本电脑、智能手机等），这些产品今天需要的MLCC比几年前多得多

 

这些产品中使用的MLCC数量庞大，且为小型封装电容器（

 

因此，需要高电压、高Q值MLCC的工业、医疗和军事产品正面临着大尺寸MLCC库存减少的压力。受影响的产品包括电源/调节器、MRI线圈、放大器、激光器以及许多其他需要较大外壳的专业产品。

谁在敲响警钟？

关于MLCC短缺可能出现新一波的警告并不是新鲜事。2020年11月，被动元件分销商TTI发布了一封信给他们的客户，概述了他们对大尺寸MLCC（>0603封装）的预期交货时间比正常情况下要长，交货时间可能延长至20周或更长。此外，2020年消费电子产品生产的增长以及2021年第一季度至第二季度智能手机购买量的持续增加，正在对整个供应链中较小MLCC封装的需求施加更大的压力。

 

从大流行开始到6月底的一些供应链数据分析可以提供更多信息。下面的图表显示了过去18个月内的总陶瓷电容库存。从2020年11月开始，与TTI发布他们的信件的时间相吻合，我们看到MLCC库存开始稳步减少，全球库存在接下来的8个月内大约下降了35%（跨所有分销商累计）。

 

 

2020年3月3日至2021年6月30日，所有分销商的总陶瓷电容库存。

 

从上面的图表来看，很难称之为短缺。关于MLCC短缺的一个显著的最近声明来自Johanson Technology的Scott Horton（首次在Embedded Computing上于5月27日报道），一家服务于汽车行业的MLCC制造商。这是我所知的第一个实例，有人使用“短缺”一词来描述电容库存的稳步减少。查看Johansen的陶瓷电容库存数据可以发现为什么他们会敲响警钟。他们的库存在同一时期大约下降了16%，并且由于高需求一直保持在低水平。

 

2020年3月3日至2021年6月30日，Johanson Technologies在所有分销商中的总陶瓷电容库存。

 

适应供应变化

为了适应去年消费电子产品需求的增长（主要是智能手机、平板电脑和其他产品），MLCCs的大部分制造能力已从高Q值/高电压电容器转移到了体积更小、Q值更低的电容器上。这些体积较小的组件往往具有较低的电压等级和较高的自谐振；在较小的封装尺寸中较低的电压等级使它们在受影响的行业中用途较少。此外，较小的消费设备中紧凑的间隙限制了使用较大封装尺寸，因为这些可能不适合用于消费设备的较小外壳。

 

鉴于跨封装尺寸的需求和向消费电子产品转移的能力，我认为我们不应对这些发展感到惊讶。与2018年的情况相比，分销商的总库存数据显示，很难称之为全面的MLCC短缺，因为如上所述，它并未影响所有行业或制造商。然而，供应链中的库存一直在稳步减少。这强调了设计团队需要提前计划并考虑其产品的替代品。

 

目前，美国EMS提供商正在转移他们的本土产能或引入新的产能来解决供应链中的短缺问题。时间将告诉我们这一特定电容器市场的部分将如何发展，以及需求是否会长期耗尽电容器库存。与此同时，PCB设计师和工程师需要考虑如何调整他们的设计以应对MLCC短缺，并继续将产品推向市场。

尚未短缺，但要为替代组件做计划

尽管我们希望美国和东南亚的产能增加能够立即并永久实现，但没有人能预测未来。一旦全球经济在复苏阶段冷却下来，MLCCs的库存一旦稳定，那些产能可能会转移到其他产品上。假设我们将回到2019年相对过剩的模式是很诱人的。然而，拜登政府推动半导体制造能力本土化的最近举措也可能扩展到MLCCs和其他组件，所以不要期望美国的产能一旦短缺消退就会下线或被转移。

 

虽然短缺仍在进行中，对于设计师来说，考虑如何在他们的设计中适应替代组件是很重要的。与半导体短缺相比，特别是汽车合格IC短缺，MLCC短缺在某些情况下相对容易处理。与IC短缺相比，公司能够更容易适应MLCC供应链的波动有许多原因：

 

• 组合电容器：电容器可以并联或串联组合以获得所需的电容量，这是集成电路(IC)无法实现的。然而，如果你在寄生元件在设计中占主导地位的频率下操作，比如在数字组件的功率分配网络(PDN)中，这就会产生问题。

• 寻找替代品：并非所有的集成电路(IC)都是即插即用的替代品，即使是来自同一制造商的产品。这意味着，如果某个IC不可用，通常需要创建一个设计变体。相比之下，SMD MLCCs会有标准的封装尺寸，所以你通常可以找到一个替代组件而不需要改变设计。

 

在任何一种情况下，如果你想要的MPN不可用，设计中都会需要一些小的修改。使用替代品是理想的解决方案，尽管将多个电容器组合成串联或并联的安排以产生所需的电容量是常见的。

组合电容器

将多个电容器组合成串联和并联以产生所需的等效电容量听起来可能足够简单。在足够低的频率下，你不必担心电容器中的寄生元件。然而，MLCCs是为在非常高的频率下操作而设计的，特别是用于PCB上的PDN的去耦以及用于RF设计中构建滤波电路。当组合替代MLCCs或其他电容器时，目标是在不将等效电容器自谐振频率降低到不希望的频率的情况下获得所需的电容值。

 

在低频下，这通常不被考虑，尽管在并联中使用电容器阵列以达到所需的电容量是非常常见的。在MLCCs使用的高频率下，只有两个规格应当在选择替代组件和组合它们时受到关注：

 

• 电压等级：MLCCs可以有高电压等级，但是在电容器阵列中单个电容器上的实际电压将取决于等效电路的设计。

• 等效串联电感(ESL)：从电路模型的角度来看，ESL值与电容串联。ESL值是在实际电容器中产生自谐振的原因，串联或并联组合可能会与单个电容器的自谐振频率相比有一个偏移的自谐振频率。

 

仅举一个例子，如果你将具有不同规格的多个MLCCs串联组合以给出较小MLCC的等效电容量，ESL值将会相加。等效自谐振频率将是两个自谐振的复杂平均值。如果随着你增加更多串联的电容器，自谐振频率变得太低，等效电路最终将停止表现为电容器，因为总ESL变得太高且等效自谐振频率变得太低，这违背了最初使用MLCCs的目的。在这个示例情况下，当多个MLCCs以串联方式组合时，你可能会考虑使用具有更高自谐振频率的替代MLCCs，并将这些以串联组合作为较小电容器的替代品。

 

在设计中使用相同电容的替代元件

尽管MLCC库存在波动，但你可能能够找到一个不同封装尺寸但电容相同的替代元件。确保关注上述两个主要规格。理想情况下，选择替代元件时，你希望电压等级和自谐振频率更高，同时保持相同的电容，以确保安全性和性能。不幸的是，这通常是不可能的。

 

由于你不总是能在相同的封装尺寸中找到相同的电容，因此重要的是要考虑不同封装尺寸可能具有不同的电压和ESL等级。如果你选择一个物理尺寸较小的MLCC来替代你无法获得的元件，你倾向于获得相同或更大的自谐振，因为物理尺寸较大的SMD元件往往具有较小的ESL。然而，对于给定的电容，该元件可能具有较低的电压等级，这只能通过串联电容器来补偿。这两个因素都应该被考虑，因为它们影响RF功率完整性应用和RF滤波应用。

 

如果这些MLCC缺货，将它们换成略大的电容器封装要容易得多。

 

尽管较大的封装会有不同的规格，但修改PCB布局以适应略有不同的封装尺寸，比修改设计中并联多个电容器要容易得多。你如何布局电路板也很重要，因为板级寄生效应会影响设计中的信号完整性。

供应链可见性帮助公司保持敏捷

消费电子的增长和电子行业的周期性循环将继续对MLCC供应链施加压力。即使新增的产能有助于缓解当前的短缺，我预计在下一个商业周期我们还会再次面临这种情况。使用MLCC的大型和小型公司需要保持敏捷，因为来自分销商和制造商的库存在波动。确保使用最佳的电子供应链工具和搜索引擎来浏览分销商的库存并找到替代部件。当你计划进入制造阶段时，如果你对供应链有所了解，你可以确保你的产品能够按时且大量生产。

 

当你需要在管理当前的MLCC短缺中保持敏捷时，Octopart中的高级搜索和过滤功能可以帮助你找到替代组件和供应商。Octopart的电子搜索引擎功能可以通过让你访问整个供应链中的聚合数据来帮助你应对集成电路短缺。你可以访问分销商定价数据、零件库存、零件规格和CAD数据，而且这一切都在用户友好的界面中免费提供。查看我们的集成电路页面以找到你需要的组件。

 

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