【導(dǎo)讀】電子行業(yè)以及元件的嚴(yán)重短缺對(duì)電子領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，打亂了產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)方式。盡管供應(yīng)量大幅減少，但很多元器件的需求量卻急劇增多。元器件制造商無法滿足市場(chǎng)需求，有多種原因，下文列舉其中三個(gè)主要方面。
從2017年始，此問題真正變得越來越嚴(yán)重。一開始多層陶瓷電容器（MLCC）和鉭電容器的交付時(shí)間延長(zhǎng)，隨后可用的庫(kù)存也逐漸被耗盡，渾然不覺中電子行業(yè)迎來了一場(chǎng)暴風(fēng)雪般的國(guó)際危機(jī)。
現(xiàn)在，也就是2019年年初，我們看到有些元器件的交付時(shí)間短則需要16周，長(zhǎng)則達(dá)到32周，更長(zhǎng)的甚至需要80周才能交付。換句話說，如果我們今天訂購(gòu)了一種元器件，那我們（可能）一年半以后才能收到貨。
這一切都始于電容（后文將會(huì)解釋具體原因），但目前也有其他元器件出現(xiàn)了短缺問題。
圖1：常見的供貨短缺部件及其所需的交付時(shí)間
市場(chǎng)現(xiàn)在如此動(dòng)蕩，那些還沒有做好準(zhǔn)備的公司陷入了停滯狀態(tài)。
1 這場(chǎng)危機(jī)背后的驅(qū)動(dòng)因素是什么？
一切還是要?dú)w因于簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)供需原則。盡管供應(yīng)量大幅減少，但很多元器件的需求量卻急劇增多。元器件制造商無法滿足市場(chǎng)需求，有多種原因，下文列舉其中三個(gè)主要方面。
1、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）
對(duì)于智能設(shè)備的需求量急劇增加——從電視到藍(lán)牙揚(yáng)聲器系統(tǒng)，亞馬遜、谷歌、蘋果等公司推出的智能家居設(shè)備，可再生能源產(chǎn)品，太陽(yáng)能電池板，以及云計(jì)算技術(shù)。一切都變得更“智能”了！
但好笑的是，如果IoT太過智能會(huì)發(fā)生什么？例如，你查看冰箱，想在購(gòu)物清單上加上一打甜甜圈，而你的冰箱和體重秤互連，它是否會(huì)替你決定你需要節(jié)食，不允許購(gòu)買甜甜圈？
根據(jù)Gartner的報(bào)告，到2020年，將要部署超過200億臺(tái)新的IoT設(shè)備，在接下來的幾年里，這些設(shè)備的數(shù)量將以100%速度增長(zhǎng)。屆時(shí)，我們生活中的所有領(lǐng)域和行業(yè)都會(huì)以某種形式與IoT互連。
2、移動(dòng)通訊行業(yè)
手機(jī)使用量出現(xiàn)了巨幅增長(zhǎng)。根據(jù)最新的報(bào)道顯示，自2015年以來，手機(jī)使用量已經(jīng)增長(zhǎng)了一倍。未來一年預(yù)計(jì)將生產(chǎn)出大約15億部智能手機(jī)，每款旗艦機(jī)型大概包含1000個(gè)電容。據(jù)目前情況估計(jì)，MLCC電容器的全球產(chǎn)能是3萬億個(gè)。其中將近50%的MLCC電容器已被指定并已確實(shí)用于移動(dòng)通訊領(lǐng)域。
3、汽車行業(yè)
混合動(dòng)力汽車和全電動(dòng)汽車行業(yè)目前呈現(xiàn)出兩位數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。然而，技術(shù)進(jìn)步也滲透到了傳統(tǒng)的燃油汽車領(lǐng)域，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）已采用了一些包括新款自動(dòng)設(shè)備在內(nèi)的新技術(shù)，例如停車傳感器和自動(dòng)擋風(fēng)玻璃雨刮器等。
圖2：混合動(dòng)力汽車全球銷售數(shù)據(jù)
配有標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)的汽車大概需要2000個(gè)到3000個(gè)電容。一輛電動(dòng)汽車所需的電容器數(shù)量高達(dá)22000個(gè)。此外，電動(dòng)汽車內(nèi)控制電路的溫度升高，意味著不適合再使用傳統(tǒng)塑料薄膜材質(zhì)的電容，所以陶瓷MLCC的使用率在增加。對(duì)MLCC的需求促使了新管理機(jī)構(gòu)——美國(guó)汽車電子協(xié)會(huì)（AEC）的成立，其任務(wù)就是要推廣汽車電子元器件可靠性和認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化，包括對(duì)高溫高濕環(huán)境的耐受力、熱沖擊耐受力以及耐用性等的認(rèn)證。
作為一家新的機(jī)構(gòu)，AEC需要制定標(biāo)準(zhǔn)和要求。包括：
· AEC-Q100：集成電路（IC）
· AEC-Q101：分立型半導(dǎo)體元器件（晶體管、二極管等）
· AEC-Q200：無源元器件（電容、電感等）
有了這些新標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)會(huì)有將近50%的元件無法通過測(cè)試，因此會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)特定電子元器件的需求量再增長(zhǎng)5倍。
2 這場(chǎng)危機(jī)會(huì)持續(xù)多久？
真正有價(jià)值的問題應(yīng)該是，“專家們認(rèn)為這場(chǎng)危機(jī)會(huì)持續(xù)多久？”我不是很確定，但我認(rèn)為短期之內(nèi)這場(chǎng)危機(jī)不會(huì)結(jié)束，主要原因如下。
1、電子行業(yè)的預(yù)期增長(zhǎng)
Statista的數(shù)據(jù)表明，2019年全球電子行業(yè)預(yù)計(jì)會(huì)增長(zhǎng)6%，2020年增長(zhǎng)8%。這對(duì)于我們整個(gè)行業(yè)而言是個(gè)好消息，但這個(gè)好消息的背后卻也同時(shí)帶來了一些嚴(yán)重問題。首先，是否有足夠的咖啡支撐工作人員完成繁重的工程工作？其次，行業(yè)的增長(zhǎng)需要新的硬件支撐。
圖3：全球電子行業(yè)的增長(zhǎng)率
2、部件制造商準(zhǔn)備將利潤(rùn)率較低的元器件生產(chǎn)線全部關(guān)停
即將停產(chǎn)的部件是一些封裝尺寸較大的部件或外殼尺寸大于0603的分立元器件。制造商關(guān)停這些生產(chǎn)線是為了將生產(chǎn)線用于制造需求量更大的元器件。這將導(dǎo)致元器件選擇范圍的縮小、部分元器件供應(yīng)量減少。
3、自身造成的問題
很多部件供應(yīng)商現(xiàn)在都轉(zhuǎn)向了配給制。在配給制下，制造商要分配現(xiàn)有庫(kù)存，所以只有一部分的庫(kù)存會(huì)給到特定的制造商。供應(yīng)商當(dāng)然是希望與那些訂購(gòu)量最多的公司合作。
從公司的角度考慮，配給制勢(shì)必會(huì)造成恐慌。為了確保能夠購(gòu)買到元件，新的常規(guī)操作就是將訂單數(shù)量提高到原來的2~3倍，然后儲(chǔ)備這些元件供日后使用。但這只會(huì)讓已經(jīng)非常脆弱的供需體系面臨更大的壓力。
我們與一家制造公司一起合作，歷經(jīng)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)再到銷售的整個(gè)過程，而這個(gè)部件庫(kù)存量問題卻深深影響到了我們合作的方方面面。從開始設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的第一天起，我們就不得不去考慮要使用的元器件。但問題是我們不清楚各個(gè)時(shí)段元器件的具體狀況。
我們?cè)趦煞矫娑加龅搅藛栴}，有些元件我們本以為不會(huì)出現(xiàn)任何問題，但在設(shè)計(jì)到一半的時(shí)候卻出了問題（反過來也是如此）。情況越來越糟糕，以至于有些時(shí)候當(dāng)我們終于確定了元器件的放置位置，但還沒來得及填好訂單，該部件幾分鐘之內(nèi)就已經(jīng)銷售一空了。
3 我們要怎樣撐過這場(chǎng)危機(jī)？
對(duì)于所有與我合作的PCB設(shè)計(jì)師，我建議他們遵循這個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則——今非昔比，不要在這樣的環(huán)境下做任何假設(shè)。
我們已在供應(yīng)鏈上發(fā)現(xiàn)了假冒偽劣元器件，因?yàn)檫@些元器件不符合數(shù)據(jù)表的技術(shù)規(guī)格。因此，我們無法相信我們訂購(gòu)并應(yīng)用到設(shè)計(jì)中的元器件。
這場(chǎng)危機(jī)終將會(huì)結(jié)束，只是供應(yīng)方需要一段時(shí)間才能趕得上需求方。應(yīng)對(duì)方法之一（或許不是個(gè)好方法）就是逃避現(xiàn)實(shí)，希望這一切趕快消失。但這場(chǎng)危機(jī)不會(huì)在短期之內(nèi)結(jié)束，整個(gè)行業(yè)越早意識(shí)到這個(gè)問題越好。
至于如何才能撐過這場(chǎng)危機(jī)，有如下幾點(diǎn)建議：
1、跳出設(shè)計(jì)的常規(guī)模式
我們已經(jīng)了解到供應(yīng)窗口在縮小，某些元件的供應(yīng)量在減少，所以我們要更加靈活。看看元件的任一特定參數(shù)是否能夠調(diào)整成“常規(guī)模式”以外的數(shù)值。例如，“我們真的需要使用0.1-uF、1%容差的旁路電容嗎？”如果你的設(shè)計(jì)上使用了IC，你的答案就會(huì)是“也許吧”。因?yàn)檫@是旁路電容最常用的值，每家制造商都爭(zhēng)相使用這一特定元器件。但只需將容差參數(shù)調(diào)整至5%，可以使用的元器件庫(kù)存就會(huì)大幅增多。很多時(shí)候，所使用的元器件對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言是非必要的。一個(gè)小小的改動(dòng)就能大幅增加元器件的可用庫(kù)存量。
2、讓PCB設(shè)計(jì)師推動(dòng)流程其他領(lǐng)域的工作
現(xiàn)在，我們會(huì)將設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)的可能有供應(yīng)難題的元器件總結(jié)成清單交給采購(gòu)部門。使用Altium 18中的工具（例如ActiveBOM）可以讓這個(gè)步驟變得更加方便。在此之前使用的是另一種方式；通常情況下，工程部門和采購(gòu)部門相互之間是不會(huì)溝通的。現(xiàn)在，我們明確知道ActiveBOM提供給我們的信息是已經(jīng)經(jīng)過了整個(gè)公司篩選的信息，所以影響到設(shè)計(jì)成果的決策是已知的，而且在設(shè)計(jì)早期階段就已經(jīng)給出，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樘t而無法更改的情況。沒人喜歡接到裝配廠的電話，得知設(shè)計(jì)中使用的某個(gè)部件已經(jīng)買不到了；很有可能就是因?yàn)檫@樣一個(gè)部件，就需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品。此外，也沒人喜歡拖著沉重的步伐走進(jìn)經(jīng)理辦公室，去解釋自己的部門因?yàn)闆]有做好規(guī)劃所以無法如期完成任務(wù)。
3、采用多種占用空間的元器件
本杰明·富蘭克林曾經(jīng)說過，“沒有做好準(zhǔn)備的人，就是準(zhǔn)備著去失敗的人。”為此，我們開始使用多種占用空間的元器件，在設(shè)計(jì)中為可能會(huì)采用的替代元器件留出多種占用空間的位置，當(dāng)?shù)谝贿x擇出現(xiàn)供應(yīng)短缺時(shí)，我們就可以使用替代元器件。這樣做的結(jié)果就是為了可布局幾種元器件，以適應(yīng)一切可能發(fā)生的情況。
此外，為了撐過這場(chǎng)危機(jī)還要做到三點(diǎn)：提早計(jì)劃、做好準(zhǔn)備、主動(dòng)出擊。避免出現(xiàn)問題的方法，首先就是不要采用存在問題隱患的設(shè)計(jì)。很多時(shí)候，工程師使用之前用過的設(shè)計(jì)是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為那些元器件仍然可以買到，但實(shí)際上很多元器件已經(jīng)被淘汰或者已棄用。我們不能假設(shè)一切進(jìn)展順利。如果你發(fā)現(xiàn)某些部件已經(jīng)出現(xiàn)了庫(kù)存問題或者不推薦用于新設(shè)計(jì)當(dāng)中，那這些部件的供應(yīng)情況也不會(huì)出現(xiàn)好轉(zhuǎn)——甚至?xí)兊酶恪Ｍ瑫r(shí)還要意識(shí)到，越晚參與到設(shè)計(jì)當(dāng)中，就越難以在不影響成本和時(shí)間安排的前提下做出改動(dòng)。
4 總結(jié)
總而言之，建議你時(shí)刻了解最新信息。很多元器件供應(yīng)商都會(huì)發(fā)布他們的元件狀況預(yù)測(cè)。關(guān)注行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。越早了解問題所在或是發(fā)展走向，你就能越快做出合理決策、及時(shí)做出改變。所以需要閱讀電子雜志和新聞，及時(shí)了解一些PCB行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者（例如I-Connect007）發(fā)布的最新信息。這個(gè)行業(yè)遲早會(huì)脫離暴風(fēng)雪般的國(guó)際危機(jī)。
來源：電子時(shí)代
作者：Legrand Inc. 樓宇控制系統(tǒng)部門 高級(jí)PCB工程師 John Watson
