【導(dǎo)讀】電子行業(yè)以及元件的嚴(yán)重短缺對電子領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，打亂了產(chǎn)品生產(chǎn)計劃和生產(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需求，有多種原因，下文列舉其中三個主要方面。
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間延長，隨后可用的庫存也逐漸被耗盡，渾然不覺中電子行業(yè)迎來了一場暴風(fēng)雪般的國際危機(jī)。
現(xiàn)在，也就是2019年年初，我們看到有些元器件的交付時間短則需要16周，長則達(dá)到32周，更長的甚至需要80周才能交付。換句話說，如果我們今天訂購了一種元器件，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間
市場現(xiàn)在如此動蕩，那些還沒有做好準(zhǔn)備的公司陷入了停滯狀態(tài)。
1 這場危機(jī)背后的驅(qū)動因素是什么？
一切還是要歸因于簡單的經(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需求，有多種原因，下文列舉其中三個主要方面。
1、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）
對于智能設(shè)備的需求量急劇增加——從電視到藍(lán)牙揚聲器系統(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，太陽能電池板，以及云計算技術(shù)。一切都變得更“智能”了！
但好笑的是，如果IoT太過智能會發(fā)生什么？例如，你查看冰箱，想在購物清單上加上一打甜甜圈，而你的冰箱和體重秤互連，它是否會替你決定你需要節(jié)食，不允許購買甜甜圈？
根據(jù)Gartner的報告，到2020年，將要部署超過200億臺新的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。屆時，我們生活中的所有領(lǐng)域和行業(yè)都會以某種形式與IoT互連。
2、移動通訊行業(yè)
手機(jī)使用量出現(xiàn)了巨幅增長。根據(jù)最新的報道顯示，自2015年以來，手機(jī)使用量已經(jīng)增長了一倍。未來一年預(yù)計將生產(chǎn)出大約15億部智能手機(jī)，每款旗艦機(jī)型大概包含1000個電容。據(jù)目前情況估計，MLCC電容器的全球產(chǎn)能是3萬億個。其中將近50%的MLCC電容器已被指定并已確實用于移動通訊領(lǐng)域。
3、汽車行業(yè)
混合動力汽車和全電動汽車行業(yè)目前呈現(xiàn)出兩位數(shù)的增長趨勢。然而，技術(shù)進(jìn)步也滲透到了傳統(tǒng)的燃油汽車領(lǐng)域，自動駕駛系統(tǒng)（ADS）已采用了一些包括新款自動設(shè)備在內(nèi)的新技術(shù)，例如停車傳感器和自動擋風(fēng)玻璃雨刮器等。
圖2：混合動力汽車全球銷售數(shù)據(jù)
配有標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)的汽車大概需要2000個到3000個電容。一輛電動汽車所需的電容器數(shù)量高達(dá)22000個。此外，電動汽車內(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MLCC的需求促使了新管理機(jī)構(gòu)——美國汽車電子協(xié)會（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)，估計會有將近50%的元件無法通過測試，因此會導(dǎo)致市場對特定電子元器件的需求量再增長5倍。
2 這場危機(jī)會持續(xù)多久？
真正有價值的問題應(yīng)該是，“專家們認(rèn)為這場危機(jī)會持續(xù)多久？”我不是很確定，但我認(rèn)為短期之內(nèi)這場危機(jī)不會結(jié)束，主要原因如下。
1、電子行業(yè)的預(yù)期增長
Statista的數(shù)據(jù)表明，2019年全球電子行業(yè)預(yù)計會增長6%，2020年增長8%。這對于我們整個行業(yè)而言是個好消息，但這個好消息的背后卻也同時帶來了一些嚴(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)的增長需要新的硬件支撐。
圖3：全球電子行業(yè)的增長率
2、部件制造商準(zhǔn)備將利潤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)有庫存，所以只有一部分的庫存會給到特定的制造商。供應(yīng)商當(dāng)然是希望與那些訂購量最多的公司合作。
從公司的角度考慮，配給制勢必會造成恐慌。為了確保能夠購買到元件，新的常規(guī)操作就是將訂單數(shù)量提高到原來的2~3倍，然后儲備這些元件供日后使用。但這只會讓已經(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、生產(chǎn)再到銷售的整個過程，而這個部件庫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時段元器件的具體狀況。
我們在兩方面都遇到了問題，有些元件我們本以為不會出現(xiàn)任何問題，但在設(shè)計到一半的時候卻出了問題（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危機(jī)？
對于所有與我合作的PCB設(shè)計師，我建議他們遵循這個簡單的規(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，因為這些元器件不符合數(shù)據(jù)表的技術(shù)規(guī)格。因此，我們無法相信我們訂購并應(yīng)用到設(shè)計中的元器件。
這場危機(jī)終將會結(jié)束，只是供應(yīng)方需要一段時間才能趕得上需求方。應(yīng)對方法之一（或許不是個好方法）就是逃避現(xiàn)實，希望這一切趕快消失。但這場危機(jī)不會在短期之內(nèi)結(jié)束，整個行業(yè)越早意識到這個問題越好。
至于如何才能撐過這場危機(jī)，有如下幾點建議：
1、跳出設(shè)計的常規(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)計上使用了IC，你的答案就會是“也許吧”。因為這是旁路電容最常用的值，每家制造商都爭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存就會大幅增多。很多時候，所使用的元器件對于設(shè)計人員而言是非必要的。一個小小的改動就能大幅增加元器件的可用庫存量。
2、讓PCB設(shè)計師推動流程其他領(lǐng)域的工作
現(xiàn)在，我們會將設(shè)計初期發(fā)現(xiàn)的可能有供應(yīng)難題的元器件總結(jié)成清單交給采購部門。使用Altium 18中的工具（例如ActiveBOM）可以讓這個步驟變得更加方便。在此之前使用的是另一種方式；通常情況下，工程部門和采購部門相互之間是不會溝通的?，F(xiàn)在，我們明確知道ActiveBOM提供給我們的信息是已經(jīng)經(jīng)過了整個公司篩選的信息，所以影響到設(shè)計成果的決策是已知的，而且在設(shè)計早期階段就已經(jīng)給出，不會出現(xiàn)因為太遲而無法更改的情況。沒人喜歡接到裝配廠的電話，得知設(shè)計中使用的某個部件已經(jīng)買不到了；很有可能就是因為這樣一個部件，就需要重新設(shè)計整個產(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為沒有做好規(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)計中為可能會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，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，為了撐過這場危機(jī)還要做到三點：提早計劃、做好準(zhǔn)備、主動出擊。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。很多時候，工程師使用之前用過的設(shè)計是因為他們認(rèn)為那些元器件仍然可以買到，但實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)了庫存問題或者不推薦用于新設(shè)計當(dāng)中，那這些部件的供應(yīng)情況也不會出現(xiàn)好轉(zhuǎn)——甚至?xí)兊酶恪Ｍ瑫r還要意識到，越晚參與到設(shè)計當(dāng)中，就越難以在不影響成本和時間安排的前提下做出改動。
4 總結(jié)
總而言之，建議你時刻了解最新信息。很多元器件供應(yīng)商都會發(fā)布他們的元件狀況預(yù)測。關(guān)注行業(yè)發(fā)展趨勢。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、及時做出改變。所以需要閱讀電子雜志和新聞，及時了解一些PCB行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者（例如I-Connect007）發(fā)布的最新信息。這個行業(yè)遲早會脫離暴風(fēng)雪般的國際危機(jī)。
來源：電子時代
作者：Legrand Inc. 樓宇控制系統(tǒng)部門 高級PCB工程師 John Watson
