회로 설계와 EMC 설계의 밸런스제1회 반도체 개요 (1) 트랜지스터 · 다이오드

안녕하세요. 로옴의 이나가키입니다.

제1편에서는 트랜지스터 · 다이오드에 대해 설명하겠습니다. 먼저 트랜지스터 · 다이오드에는 몇가지 종류가 있는지 로옴의 홈페이지에서 조사해보았습니다. 개별 반도체는 3,463개 품종 (MOSFET 685개 품종 / 바이폴라 트랜지스터 1,099개 품종 / 다이오드 1,679개 품종), 파워 디바이스는 1,875개 품종 (파워 트랜지스터 552개 품종, 파워 다이오드 990개 품종 / SiC 파워 디바이스 164개 품종, IGBT 147개 품종 / IPM 22개 품종)으로, 현재 양산되고 있는 트랜지스터 · 다이오드는 총 5,338개 품종이 있습니다 (2020년 7월 기준). 이렇게나 많은 종류가 있다는 것은, 다양한 사용 조건에 따라 다양한 소자를 구비하고 있다는 것입니다.

이와 같이 트랜지스터 · 다이오드에는 많은 종류가 있는데, 어떤 차이점이 있을까요? 첫번째는 디바이스 구조 (MOSFET, 바이폴라 트랜지스터, 파워 소자 등), 두번째는 전기적 특성 (내압, 최대 전류, 전력, 주파수)입니다. 전자의 디바이스 구조는 동작에 직접 관련됩니다. MOSFET는 주로 디지털적으로 ON / OFF 스위치의 역할을 합니다. 바이폴라 트랜지스터는 아날로그적으로 전류 증폭을 담당합니다. 파워 소자는 SiC (탄화 규소, 실리콘 카바이드)나 IGBT (절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)로 대표되며, 고전압 동작 (예 1,200V) · 대전류 출력 (예 600A)을 특징으로 합니다. 후자의 전기적 특성은 트랜지스터 · 다이오드 자체의 특성입니다. 최근에는 최대 출력 전류가 나날이 커지고 있으며, 동작 주파수도 고속화되는 경향이 있습니다.

현재는 이러한 다양한 라인업 중에 최적의 제품을 간단히 선택할 수 있습니다. 원하는 제품을 선택할 때는, Web 사이트에서 검색이 가능하며, 필요한 특성을 입력하면 적합한 제품 일람이 표시됩니다. 자세한 사항은 데이터시트의 PDF 파일을 다운로드하여 확인할 수 있으며, 만약 원하는 제품을 찾을 수 없는 경우에는 Web 사이트의 문의나 영업 담당자에게 직접 확인할 수도 있습니다.

그럼, 개별 반도체 (디스크리트 부품)로서의 트랜지스터 · 다이오드와, 반도체 집적 회로 (IC)로서의 트랜지스터 · 다이오드의 차이점에 대해 설명하겠습니다. 양쪽 모두 수지 봉지 제품 (몰드 패키지)에 해당되지만, 큰 차이점이 있습니다. 먼저 개수가 다릅니다. 개별 반도체의 경우 기본적으로는 트랜지스터 1개가 내장되어 있지만, 반도체 집적 회로의 경우 트랜지스터 5억개에서 10억개가 내장되어 있습니다. 또한, 동작전압도 개별 반도체의 경우 고전압 (앞서 기술한 1,200V 등)인 반면, 반도체 집적 회로의 경우는 1V 이하의 제품도 있습니다. 출력전류 역시 트랜지스터 1개로 비교하면, 개별 반도체의 경우 대전류 (앞서 기술한 600A 등)이지만, 반도체 집적 회로는 10µA (10×10^-6A) 정도입니다. 이러한 차이점은 트랜지스터의 물리적 치수가 다르기 때문입니다. 개별 반도체의 경우 거대한 트랜지스터가 1개, 반도체 집적 회로는 미세한 트랜지스터가 다수 내장되어 있다고 생각하면 이해가 빠를 것입니다. 동작 주파수도, 개별 반도체에 비해 반도체 집적 회로가 압도적으로 고속 (예 3GHz 등) 동작합니다. 동일한 트랜지스터나 다이오드라도 개별 반도체와 반도체 집적 회로는 전혀 다른 것입니다.

마지막으로 이번 칼럼의 테마이며, 저의 담당 업무인 전자 양립성 (EMC : Electromagnetic Compatibility)에 대해 조금 설명하겠습니다. 전자 양립성 (EMC)이란, 기기 자체가 전자 노이즈로 인해 다른 기기나 사람에 영향을 미치는 것 (전자 간섭 EMI : Electromagnetic Interference, Emission)과 외부로부터 전자적 영향을 받아 기기가 오동작을 일으키는 것 (전자 감수성 EMS : Electromagnetic Susceptibility, Immunity)의 2종류가 있으며, 2가지 모두에서 장해가 발생하지 않도록 양립시킬 필요가 있다는 점에서 전자 양립성이라는 명칭을 사용합니다.
그럼, 다음 편에서 차근차근 설명하겠습니다.