【導讀】電子行業以及元件的嚴重短缺對電子領域產生了巨大的影響，打亂了產品生產計劃和生產方式。盡管供應量大幅減少，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迎來了一場暴風雪般的國際危機。
現在，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
市場現在如此動蕩，那些還沒有做好準備的公司陷入了停滯狀態。
1 這場危機背后的驅動因素是什么？
一切還是要歸因于簡單的經濟供需原則。盡管供應量大幅減少，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、物聯網（IoT）
對于智能設備的需求量急劇增加——從電視到藍牙揚聲器系統，亞馬遜、谷歌、蘋果等公司推出的智能家居設備，可再生能源產品，太陽能電池板，以及云計算技術。一切都變得更“智能”了！
但好笑的是，如果IoT太過智能會發生什么？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食，不允許購買甜甜圈？
根據Gartner的報告，到2020年，將要部署超過200億臺新的IoT設備，在接下來的幾年里，這些設備的數量將以100%速度增長。屆時，我們生活中的所有領域和行業都會以某種形式與IoT互連。
2、移動通訊行業
手機使用量出現了巨幅增長。根據最新的報道顯示，自2015年以來，手機使用量已經增長了一倍。未來一年預計將生產出大約15億部智能手機，每款旗艦機型大概包含1000個電容。據目前情況估計，MLCC電容器的全球產能是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域。
3、汽車行業
混合動力汽車和全電動汽車行業目前呈現出兩位數的增長趨勢。然而，技術進步也滲透到了傳統的燃油汽車領域，自動駕駛系統（ADS）已采用了一些包括新款自動設備在內的新技術，例如停車傳感器和自動擋風玻璃雨刮器等。
圖2：混合動力汽車全球銷售數據
配有標準內燃機的汽車大概需要2000個到3000個電容。一輛電動汽車所需的電容器數量高達22000個。此外，電動汽車內控制電路的溫度升高，意味著不適合再使用傳統塑料薄膜材質的電容，所以陶瓷MLCC的使用率在增加。對MLCC的需求促使了新管理機構——美國汽車電子協會（AEC）的成立，其任務就是要推廣汽車電子元器件可靠性和認證的標準化，包括對高溫高濕環境的耐受力、熱沖擊耐受力以及耐用性等的認證。
作為一家新的機構，AEC需要制定標準和要求。包括：
· AEC-Q100：集成電路（IC）
· AEC-Q101：分立型半導體元器件（晶體管、二極管等）
· AEC-Q200：無源元器件（電容、電感等）
有了這些新標準，估計會有將近50%的元件無法通過測試，因此會導致市場對特定電子元器件的需求量再增長5倍。
2 這場危機會持續多久？
真正有價值的問題應該是，“專家們認為這場危機會持續多久？”我不是很確定，但我認為短期之內這場危機不會結束，主要原因如下。
1、電子行業的預期增長
Statista的數據表明，2019年全球電子行業預計會增長6%，2020年增長8%。這對于我們整個行業而言是個好消息，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，行業的增長需要新的硬件支撐。
圖3：全球電子行業的增長率
2、部件制造商準備將利潤率較低的元器件生產線全部關停
即將停產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。制造商關停這些生產線是為了將生產線用于制造需求量更大的元器件。這將導致元器件選擇范圍的縮小、部分元器件供應量減少。
3、自身造成的問題
很多部件供應商現在都轉向了配給制。在配給制下，制造商要分配現有庫存，所以只有一部分的庫存會給到特定的制造商。供應商當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，新的常規操作就是將訂單數量提高到原來的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，歷經產品從設計、生產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。從開始設計新產品的第一天起，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任何問題，但在設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，該部件幾分鐘之內就已經銷售一空了。
3 我們要怎樣撐過這場危機？
對于所有與我合作的PCB設計師，我建議他們遵循這個簡單的規則——今非昔比，不要在這樣的環境下做任何假設。
我們已在供應鏈上發現了假冒偽劣元器件，因為這些元器件不符合數據表的技術規格。因此，我們無法相信我們訂購并應用到設計中的元器件。
這場危機終將會結束，只是供應方需要一段時間才能趕得上需求方。應對方法之一（或許不是個好方法）就是逃避現實，希望這一切趕快消失。但這場危機不會在短期之內結束，整個行業越早意識到這個問題越好。
至于如何才能撐過這場危機，有如下幾點建議：
1、跳出設計的常規模式
我們已經了解到供應窗口在縮小，某些元件的供應量在減少，所以我們要更加靈活。看看元件的任一特定參數是否能夠調整成“常規模式”以外的數值。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。但只需將容差參數調整至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設計師推動流程其他領域的工作
現在，我們會將設計初期發現的可能有供應難題的元器件總結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。現在，我們明確知道ActiveBOM提供給我們的信息是已經經過了整個公司篩選的信息，所以影響到設計成果的決策是已知的，而且在設計早期階段就已經給出，不會出現因為太遲而無法更改的情況。沒人喜歡接到裝配廠的電話，得知設計中使用的某個部件已經買不到了；很有可能就是因為這樣一個部件，就需要重新設計整個產品。此外，也沒人喜歡拖著沉重的步伐走進經理辦公室，去解釋自己的部門因為沒有做好規劃所以無法如期完成任務。
3、采用多種占用空間的元器件
本杰明·富蘭克林曾經說過，“沒有做好準備的人，就是準備著去失敗的人。”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，當第一選擇出現供應短缺時，我們就可以使用替代元器件。這樣做的結果就是為了可布局幾種元器件，以適應一切可能發生的情況。
此外，為了撐過這場危機還要做到三點：提早計劃、做好準備、主動出擊。避免出現問題的方法，首先就是不要采用存在問題隱患的設計。很多時候，工程師使用之前用過的設計是因為他們認為那些元器件仍然可以買到，但實際上很多元器件已經被淘汰或者已棄用。我們不能假設一切進展順利。如果你發現某些部件已經出現了庫存問題或者不推薦用于新設計當中，那這些部件的供應情況也不會出現好轉——甚至會變得更糟。同時還要意識到，越晚參與到設計當中，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
總而言之，建議你時刻了解最新信息。很多元器件供應商都會發布他們的元件狀況預測。關注行業發展趨勢。越早了解問題所在或是發展走向，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行業領導者（例如I-Connect007）發布的最新信息。這個行業遲早會脫離暴風雪般的國際危機。
來源：電子時代
作者：Legrand Inc. 樓宇控制系統部門 高級PCB工程師 John Watson
