電路設計和EMC設計的關鍵 第2篇 半導體概述（2） 半導體積體電路（LSI和IC）：半導體發展的關鍵“微細化”與EMC的關係

大家好！　我是ROHM的稻垣。

在第2篇中，我們來談一談半導體積體電路。通常，大型積體電路和積體電路也被稱為“LSI(Large Scale Integrated Circuits)”和“IC(Integrated Circuits)”。根據電路規模，在名稱上會有這樣的不同，但並沒有嚴格的區分。很早以前大多稱為“IC”。正如您所知道的，一個電晶體只能執行簡單的工作，但是透過將多個電晶體制作在同一個矽晶基板上，則可以實現複雜的功能和高精度的電路工作。半導體積體電路（LSI、IC）的電路設計者的主要工作是透過電晶體的組合來打造出色的電路。

ROHM量產中的主要產品群包括3,480種電源管理和電源IC、652種記憶體、396種線性放大器、259種馬達驅動器和致動器驅動器、133種音訊IC和視訊IC及其他等共5115種產品。其中也包括很多種電晶體和二極體。隨著從傳統的客製化產品向通用產品的轉變，半導體積體電路（LSI、IC）的產品體系也越來越豐富。

大約在30年前，也就是我剛加入ROHM公司的年代，雙極性元件和CMOS元件的最小佈線寬度或閘極長度是10µm(10×10^-6m)，而如今，最近有新聞稱國外已經開始著手研發2nm(2×10^-9m)的CMOS元件了（預計2022年完成）。與30多年前相比，如今的最小加工尺寸已經發展到1/5,000，可見微細化發展程度之大。這是一個令人驚歎的數字，這意味著最小閘極長度僅為幾個原子大小的CMOS元件的製造與量產將成為可能。真的很棒！其實，對於這種微細化的發展趨勢，是有一個著名的定律的，即美國英特爾公司提出的“摩爾定律”。其核心內容為：積體電路上可以容納的電晶體數目在大約每經過1.5年～2年便會增加一倍。英特爾的中央處理器（CPU）也是基於該定律而製造的。另外，在IEEE國際元件與系統路線圖IRDS（IEEE International Roadmap for Devices and Systems）中，也詳細預測了未來的製造製程發展趨勢。感興趣的可以上網搜索一下，很有意思（https://irds.ieee.org/）！如果半導體積體電路（LSI、IC）的元件尺寸越來越小，那麼在同一尺寸的晶片上將可以積體更多的電晶體，從而可以實現更高的性能。另外，雖然半導體元件的耐壓將會變低，但工作電壓也會隨之變低，從而可以延長電池的驅動時間。此外，由於半導體元件的寄生電容減小，因此工作速度會更高，性能也會更高。

現在讓我們來看看“電磁相容性（EMC）”和微細化之間的關係吧！對於自身發出電磁雜訊的“電磁干擾（EMI）”來說，隨著微細化的發展，工作電壓會越來越低，低頻電磁雜訊隨之減少，工作頻率由於寄生電容的減小而提高，從而呈現高頻雜訊增加的趨勢。而對於由外部電磁雜訊導致誤動作的情況—“電磁敏感性（EMS）”來說，同樣，隨著微細化的發展，工作電壓也會越來越低，導致雜訊餘裕（noise margin）變小，因此反應更靈敏，更容易發生誤動作（這點很重要！）。也就是說，並不是最新的製造製程都是好的，從電磁相容性（EMC）角度講，在很多情況下，用稍舊的製造製程量產的半導體積體電路（LSI、IC）反而更好。

例如，對於差分運算放大器（運放）來說，最好選擇至少能夠確保所需工作頻寬的產品。如果是頻寬擴展到超過必要的更高頻率的產品（更加微細化的製造製程），就需要增加對高頻條件下電磁相容性（EMC）的驗證（需要額外關注）。此外，對於通用邏輯等產品，則希望避免選擇工作電壓低於所需電壓的產品。此外，對於實現了複雜功能的產品，有各種措施（技術）和設計方法來改善電磁相容性（EMC）。這些在每種產品的應用手冊中也會有提供，我也想在本專欄中逐一進行詳細介紹。敬請期待！

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