ディスクリート半導体の5つのトレンド：新しい動向とこれからの展望

半導体は、テクノロジーの世界の隠れた英雄です。おもちゃやスマートフォン、自動車やサーモスタットなど、あらゆるものの裏方で活躍しています。また、人工知能や機械学習といった画期的な技術を可能にしています。

しかし、すべての半導体が同じように作られているわけではありません。一部はディスクリートであり、基本的な電子機能を実行する単一のデバイスです。他のものは集積されており、複雑な機能を実行するために単一のチップ上に多くのデバイスが含まれています。

ディスクリート半導体が実行する基本的な機能には、整流（ダイオード）、増幅（トランジスタ）およびスイッチング（トランジスタおよびサイリスタ）が含まれます。ディスクリートは通常、2つまたは3つの端子を持っています。シンプルに見えるかもしれませんが、高性能、低消費電力、そしてより大きな機能性を必要とする多くのアプリケーションにとって不可欠です。また、集積回路（IC）よりも柔軟性とカスタマイズ性を提供します。

ディスクリート半導体市場は急成長しています。2021年から2027年にかけて年平均成長率（CAGR）6.3％で成長すると予想されており、2027年には370億ドルに達すると見込まれています。市場の成長は、産業、消費者向け電子機器、ITおよび通信、自動車などのアプリケーションでのディスクリート半導体の需要増加によって推進されています。

ディスクリート半導体の未来を形作るトレンド この記事では、ディスクリート半導体の未来を形作る上位5つのトレンドと、電子エンジニアがそれらを設計にどのように活用できるかを探ります。これらのトレンドは、人工知能（AI）、先進材料、先進パッケージング、新しいアーキテクチャ、そしてモノのインターネット（IoT）です。さあ、探ってみましょう！

人工知能

AIは、賢く、非常に効率的で、大量のデータと計算を処理できるディスクリート半導体を必要とします。ディスクリート半導体は、高速化、低消費電力、そしてより大きな機能性を実現するために、先進材料やアーキテクチャを使用してこれを達成します。

例えば、スマートセンサーはAIアルゴリズムを使用してデータをローカルで処理し、他のデバイスやクラウドと通信することができます。一方、エッジコンピューティングデバイスは、クラウドに依存せずにネットワークのエッジでAIタスクを実行できます。

先進材料

先進材料には、窒化ガリウム（GaN）、炭化ケイ素（SiC）、有機エレクトロニクスが含まれ、従来の材料（すなわち、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素化ガリウム）と比較して優れた特性と性能を持っています。先進材料は、効率、信頼性、速度、および電力密度を向上させることにより、ディスクリート半導体の性能と機能を高めることができます。

例えば、GaNおよびSiCから作られたコンポーネントは、シリコンよりも高い電圧、温度、周波数に耐えることができます。これらは、電気自動車、再生可能エネルギー、データセンターなどのアプリケーションのための電力変換器のサイズ、重量、およびコストを削減します。

有機エレクトロニクスは、有機発光ダイオード（OLED）、有機太陽電池、有機レーザーなどの柔軟で軽量で低コストの光電子デバイスを可能にします。これらは、従来の光電子デバイスと比較して、より良い色品質、広い視野角、低い電力消費などの利点を提供します。

新しいアーキテクチャ

新しいアーキテクチャは、従来のアーキテクチャよりも高い機能性と性能を提供するディスクリート半導体の設計と統合の新しい方法です。これらのアーキテクチャには、三次元（3D）統合、チップレット、モノリシックマイクロ波集積回路（MMICs）が含まれます。これらのアーキテクチャは、さまざまなアプリケーションのためのディスクリート半導体のコスト、サイズ、および複雑さを削減することができます。

3D統合は、シリコンスルービア（TSVs）または他のインターコネクトを使用して複数のチップを垂直に積み重ねる技術です。この技術は、人工知能や機械学習などの高性能コンピューティング（HPC）アプリケーションのためのディスクリート半導体の密度、速度、および機能性を向上させることができます。

チップレットは、基板またはインターポーザ上で組み合わせることができる小さなチップです。この技術は、5G/6Gアプリケーションのためのディスクリート半導体のモジュラーデザインとカスタマイズを可能にします。チップレットは、単一のチップレット上で異なるRF機能（アンプ、フィルター、スイッチ、アンテナなど）および異なるデジタル機能（プロセッサ、メモリ、インターフェースなど）を統合することができます。

MMICは、マイクロ波周波数で動作する集積回路です。これらは、ガリウムアーセナイドやガリウムナイトライドなどの化合物半導体材料を使用して製造されます。レーダー、ナビゲーション、通信、電子戦などの航空宇宙アプリケーションにおいて、より高い性能と信頼性を提供します。

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先進的なパッケージング

先進的なパッケージングは、ディスクリート半導体をカプセル化し、接続するための新しい方法と材料の使用を含みます。これらの方法には、ファンアウトウェハーレベルパッケージング（FOWLP）、埋め込みウェハーレベルボールグリッドアレイ（eWLB）、スルーシリコンビア（TSV）が含まれます。これらの技術は、従来のパッケージング方法の限界を克服できる、より効率的で信頼性の高いディスクリート半導体を実現することができます。

FOWLPは、ディスクリート半導体をモールド化合物に埋め込み、ウェハーレベルで再配布層（RDL）に接続します。この技術により、先進運転支援システム（ADAS）、インフォテインメント、パワートレインなどの自動車アプリケーション向けに、よりコンパクトで統合されたディスクリート半導体を実現します。

eWLBは、ディスクリート半導体を再構成されたウェハーに埋め込み、ウェハーレベルでRDLに接続します。この技術は、より良い熱放散、低い寄生効果、高い信頼性を提供することで、熱管理、電気的性能、機械的堅牢性を向上させます。eWLBは、植込み型デバイス、バイオセンサー、ウェアラブルなどの医療アプリケーション向けに、より柔軟で堅牢なディスクリート半導体を実現します。

TSVは、シリコンウェハーやダイを通して垂直の電気的接続を作る技術です。メモリーとロジックチップの3Dスタッキングを可能にすることで、TSVはディスクリート半導体の帯域幅と速度を増加させることができます。これにより、ロボティクス、オートメーション、マシンビジョンなどの産業アプリケーション向けに、より密度が高く、性能が向上したディスクリート半導体を実現します。

モノのインターネット

IoTに使用されるディスクリートコンポーネントは、小型で低消費電力であり、異なる技術やプロトコルと通信できる必要があり、独自の課題を提示します。ディスクリート半導体は、高性能、低コスト、高信頼性のコンポーネントでこれらの課題に対応し、多様な機能を提供します。例えば、ダイオードは電圧スパイクや過渡現象からの保護を提供し、トランジスタはスイッチやアンプとして動作し、電力の制御と調整を行い、サイリスタは過電流保護を提供し、LEDは視覚的なフィードバックを提供します。

先を行く

集積回路よりも柔軟性とカスタマイズ性を提供するディスクリート半導体は、画期的な技術を可能にしています。先を行くためには、電子技術者や設計者はディスクリート半導体の設計と製造における最新の開発とイノベーションを常に把握しておく必要があります。また、新しい材料、アーキテクチャ、パッケージング技術の利点を活用して、異なるユースケースや市場に対してディスクリート半導体ソリューションを最適化することも必要です。