Les 10 principaux composants semi-conducteurs utilisés dans l'électronique moderne

Pourquoi les composants semi-conducteurs jouent-ils un rôle essentiel dans l'électronique moderne ?

Les composants semi-conducteurs permettent de contrôler le comportement électrique d'une manière impossible à obtenir avec un simple conducteur ou une simple résistance. Une diode peut laisser passer le courant dans un seul sens. Un transistor peut commuter ou amplifier un signal. Un circuit intégré peut regrouper des milliers, voire des milliards de transistors destinés à la logique, à la mémoire, au contrôle ou à la conversion de puissance.

Pour un acheteur, le nom de la catégorie n’est qu’un point de départ. Deux composants désignés sous le nom de “ MOSFET ” ou “ circuits intégrés de mémoire ” peuvent présenter des brochages, des tensions nominales, une compatibilité logique, des limites thermiques, des exigences en matière de micrologiciel ou des dimensions de boîtier différents. Pour prendre la bonne décision d’achat, il faut commencer par disposer de la référence complète du fabricant, y compris les suffixes, puis comparer la fiche technique actuelle et les éventuelles exigences d’homologation spécifiques à l’application.

1. Diodes et redresseurs

Les diodes conduisent principalement dans un seul sens. Les diodes redresseurs convertissent le courant alternatif en courant continu, tandis que d'autres types protègent les entrées, limitent les pics de tension, détectent des signaux ou permettent une commutation rapide. Parmi les familles courantes, on trouve les redresseurs standard, les diodes Schottky, les diodes de commutation, les diodes Zener, les diodes TVS et les redresseurs en pont.

La vérification avant achat est spécifique à chaque application. Pour un redresseur, vérifiez la tension inverse répétitive, le courant direct moyen, le courant de crête admissible, le comportement en tension directe et les conditions thermiques. Pour un dispositif TVS, comparez la tension de tenue, la plage de claquage, la tension de blocage, le courant d'impulsion admissible et la forme d'onde utilisée pour définir cette valeur nominale. Ne considérez pas une diode d’aspect similaire comme un substitut automatique. Le boîtier, la polarité, la capacité, les caractéristiques de réponse et le niveau de protection peuvent tous modifier le comportement du circuit.

2. Transistors à jonction bipolaire

Un transistor à jonction bipolaire, ou BJT, utilise le courant de base pour contrôler le courant de collecteur. Les BJT de type NPN et PNP restent couramment utilisés dans l'amplification de petits signaux, la commutation discrète, les circuits de polarisation, les étages audio et les circuits d'attaque simples.

Lors du choix d'un transistor bipolaire (BJT), veillez à faire correspondre la polarité, la tension collecteur-émetteur, le courant de collecteur en mode continu et en mode pulsé, les conditions de gain, la fréquence de transition le cas échéant, le boîtier et la configuration des broches. Un même boîtier peut présenter un ordre des broches différent selon les fabricants ou les gammes de produits. Demandez une photo du lot actuel si le boîtier ou la finition des broches est important, et faites approuver par l’ingénierie toute alternative lorsque le gain, le temps de commutation ou les performances thermiques ont une incidence sur la conception.

3. MOSFET

Les MOSFET sont des transistors commandés en tension utilisés pour la commutation de charge, la conversion CC-CC, la commande de moteurs, la protection des batteries et de nombreuses autres fonctions de puissance. On trouve couramment des dispositifs à canal N et à canal P. Le choix d'un MOSFET de puissance dépend souvent des pertes de conduction, des pertes de commutation, des conditions de commande de la grille, de la conception thermique et des limites de fonctionnement en toute sécurité.

Ne vous basez pas uniquement sur la tension et le courant. Comparez la tension drain-source, le courant de drain continu et pulsé dans les conditions thermiques indiquées, la résistance RDS(on) à la tension de grille réelle, la charge de grille, la tension de seuil, le boîtier, le comportement de la diode de corps et la résistance thermique. Une faible tension de seuil ne prouve pas qu’un MOSFET soit pleinement activé par la sortie d’un microcontrôleur donné. Texas Instruments souligne également qu’un MOSFET de puissance comporte une diode de corps, ce qui a une incidence sur de nombreux montages de commutation. Voir son Présentation générale des principes de base des MOSFET.

4. Les IGBT

Les transistors bipolaires à grille isolée, ou IGBT, combinent la commande de grille de type MOSFET avec la capacité de gestion du courant propre aux transistors bipolaires. Ils sont largement utilisés dans les variateurs de moteur de forte puissance, les onduleurs, les équipements de soudage, la conversion de puissance industrielle et les systèmes d'énergie renouvelable.

Le choix d'un IGBT nécessite une approche globale du système. Il convient de vérifier la tension collecteur-émetteur, le courant et la capacité d'impulsion, la fréquence de commutation, les exigences en matière de commande de grille, les pertes de conduction et de commutation, la configuration du module, l'isolation le cas échéant, ainsi que l'interface de refroidissement. Infineon explique que les IGBT allient une capacité de courant élevée et une tension de blocage élevée à une commande à grille isolée ; la documentation relative à ses produits mentionne des applications dans les secteurs de l'industrie, de la traction, de l'énergie, de l'automobile et des produits grand public. Consultez la présentation officielle des IGBT.

Pour un module, vérifiez également la disposition des bornes, le gabarit de montage, le matériau d'interface thermique et si la topologie comprend le circuit de roue libre requis. Un module IGBT ne peut pas remplacer directement un étage à MOSFET discrets sans une analyse technique préalable.

5. Circuits intégrés

Les circuits intégrés, ou CI, regroupent de nombreuses fonctions semi-conductrices au sein d'un seul composant. Ils comprennent les CI analogiques, les circuits logiques numériques, les interfaces, les circuits d'horloge, les convertisseurs de données, les CI RF, les CI spécifiques à une application et les composants à signaux mixtes.

Un bon de commande de circuits intégrés doit indiquer la référence complète du composant, le fabricant, le type de boîtier, la quantité, le format d'emballage, la plage de codes de date acceptable et les exigences en matière de documentation. Vérifiez la révision de la fiche technique et le statut du cycle de vie avant de passer commande. Pour les composants de type BGA, QFN, à pas fin ou sensibles à l’humidité, vérifiez à la réception l’état du plateau ou de la bobine, du sachet barrière anti-humidité, du dessiccant, de la carte indicatrice d’humidité et de l’étanchéité du scellage. Une divergence au niveau du marquage ou de l’étiquette constitue un motif de suspension et d’enquête. Elle ne constitue pas en soi une preuve de contrefaçon.

6. Microcontrôleurs

Un microcontrôleur, ou MCU, regroupe un cœur de processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie sur une seule puce. STMicroelectronics définit un MCU comme un circuit intégré compact qui intègre un processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie. Présentation de son microcontrôleur constitue un bon point de départ pour cette catégorie.

Les microcontrôleurs sont particulièrement sensibles à l'identité exacte du composant. Vérifiez la capacité de la mémoire flash et de la RAM, le boîtier, le nombre de broches, la plage d'alimentation, la classe de température, les options d'oscillateur et de périphériques, la configuration de démarrage, les fonctionnalités de sécurité et la chaîne d'outils de micrologiciel approuvée. Un composant quasi-équivalent peut se compiler différemment, exposer un ensemble de périphériques différent ou nécessiter un changement de carte. Si une alternative est proposée, le service d'ingénierie doit examiner la fiche technique, les errata, le manuel de référence, le schéma du boîtier et l'impact sur le micrologiciel avant de l'approuver.

7. Circuits intégrés de mémoire

Les circuits intégrés de mémoire (IC) stockent du code de programme, des paramètres de configuration ou des données de travail. Parmi les types courants, on trouve les mémoires flash NOR, les mémoires flash NAND, les EEPROM, les SRAM, les DRAM et les SDRAM. Le choix du composant approprié dépend des besoins de la conception : stockage non volatile, mémoire de travail à haute vitesse, accès série, accès parallèle, correction d'erreurs ou profil d'endurance contrôlé.

L'approvisionnement en mémoire nécessite un contrôle rigoureux des suffixes. La densité, l'organisation, la tension d'interface, la largeur de bus, le niveau de vitesse, le boîtier, la température de fonctionnement et la révision peuvent varier d'un numéro à l'autre, même si ceux-ci sont par ailleurs similaires. Vérifiez si un contrôleur, un bootloader ou un système d'exploitation prend en charge la densité et la révision exactes. Pour les mémoires anciennes ou difficiles à trouver, demandez si le stock est constitué d’un seul lot ou de lots mixtes, demandez des photos récentes du conditionnement et convenez de l’étendue de l’inspection avant l’expédition.

8. Circuits intégrés de gestion de l'alimentation

Les circuits intégrés de gestion de l'alimentation, souvent appelés PMIC, contrôlent la manière dont un système génère, convertit, séquence, surveille et protège ses tensions d'alimentation. Ce groupe comprend les régulateurs LDO, les convertisseurs abaisseurs et élévateurs, les circuits intégrés de charge, les superviseurs, les contrôleurs de remplacement à chaud, les pilotes de LED, les pilotes de grille et les dispositifs de gestion de batterie.

Le choix commence par l'architecture d'alimentation. Vérifiez la plage d'entrée, la tension de sortie ou la méthode de programmation, le courant continu et le courant de crête, la fréquence de commutation, le courant de repos, la logique d'activation, les exigences de compensation, le comportement des protections, les performances thermiques du boîtier et les composants externes requis. Les solutions de TI Notions de base sur les LDO explique pourquoi le taux de défaillance et les conditions de fonctionnement d'un régulateur sont importants.

En matière d'approvisionnement, ne choisissez pas un circuit intégré de gestion de puissance (PMIC) de remplacement uniquement parce que sa tension et son courant de sortie semblent similaires. Le brochage, la séquence de démarrage, la gestion des défauts, les consignes de disposition et le contrôle par micrologiciel peuvent avoir une importance cruciale pour la conception.

9. Capteurs et circuits intégrés de capteurs

Les capteurs transforment une grandeur physique en un signal électrique. Ils peuvent mesurer la température, la pression, l'accélération, la rotation, le champ magnétique, la lumière, le son, la distance, la concentration en gaz ou d'autres variables. Les circuits intégrés de capteurs peuvent intégrer des fonctions de traitement du signal, des données d'étalonnage, une interface numérique ou un processeur intégré.

Vérifiez la plage de mesure, la précision, la sensibilité, le bruit, le temps de réponse, la tension d'alimentation, le format de sortie, l'interface, le boîtier, la méthode d'étalonnage et les caractéristiques environnementales. STMicroelectronics regroupe les capteurs de mouvement, les capteurs environnementaux et d'autres dispositifs de détection sous sa Gamme de MEMS et de capteurs.

De nombreux capteurs nécessitent des mesures de contrôle allant au-delà de la simple sélection des pièces. L'humidité, la contamination, les contraintes mécaniques, l'état de la fenêtre optique et l'orientation peuvent affecter leurs performances. Renseignez-vous auprès du fabricant sur les consignes d'emballage et définissez les éventuelles contraintes liées aux lots ou à l'étalonnage avant l'achat.

10. Composants optoélectroniques

Les composants optoélectroniques utilisent la lumière pour transmettre, recevoir, détecter, isoler ou afficher des informations. Les LED, les émetteurs infrarouges, les photodiodes, les phototransistors, les optocoupleurs, les diodes laser, les capteurs optiques et les dispositifs liés à l'affichage entrent dans cette catégorie.

Pour les LED et les émetteurs, comparez la longueur d’onde ou la classe de couleur, l’intensité rayonnante ou lumineuse, le courant direct, la tension directe, l’angle de vision, le boîtier et le chemin thermique. Pour les photodiodes et les capteurs optiques, examinez la réponse spectrale, la surface active, la sensibilité, le courant de repos, la vitesse de réponse et l’alignement mécanique. Un optocoupleur nécessite de prêter attention au niveau d’isolation, aux caractéristiques de transfert (CTR), aux exigences en matière de lignes de fuite et de distances isolantes au niveau de l’assemblage, ainsi qu’aux exigences de sécurité de l’application finale.

Les photos du produit et de son emballage peuvent faciliter le contrôle d'un envoi, mais elles ne remplacent pas la fiche technique officielle, la documentation du fabricant ni les tests d'application.

Une liste de contrôle pratique pour l'approvisionnement

Avant le bon de commande	À la réception	Quand faire remonter l'information
Vérifier la conformité de la référence complète, du fabricant, du conditionnement, de la version de la fiche technique, du cycle de vie, de la quantité et des besoins en documentation.	Veuillez adresser au service d'ingénierie toutes vos questions concernant les variantes, les révisions, les caractéristiques thermiques, le brochage, le micrologiciel ou la sécurité.	Interrompez la procédure en cas de divergence concernant la référence, l'emballage, l'étiquette, le lot, l'état ou la documentation.
Définissez au préalable les produits de remplacement, la politique relative aux lots mixtes, les échantillons et le périmètre de contrôle.	Comparez le matériel livré avec le bon de commande convenu et la documentation approuvée.	Veuillez adresser au service d'ingénierie toute question concernant les variantes, les révisions, les caractéristiques thermiques, le brochage, le micrologiciel ou la sécurité.

Conclusion

Ce classement des 10 principaux composants semi-conducteurs utilisés dans l'électronique moderne recense les éléments qui assurent la distribution de l'énergie, le traitement de l'information, le stockage des données et la connexion des appareils électroniques au monde physique. Un bon approvisionnement ne se limite pas à l'identification de la famille de composants. Il implique de confirmer le dispositif précis, le boîtier, les conditions d'utilisation, la documentation et les contrôles à la réception requis par l'application.

DuoLink Electronics est un fournisseur indépendant de composants électroniques spécialisé dans les semi-conducteurs, les circuits intégrés, les composants passifs, les connecteurs, les nomenclatures (BOM), la recherche de références, les demandes de renseignements sur les stocks et les demandes d'approvisionnement de pièces difficiles à trouver. Pour obtenir un devis, veuillez indiquer la référence du fabricant, la quantité, l'application prévue, les exigences en matière de code de date ou de lot, le type d'emballage souhaité, ainsi que toute documentation ou exigence d'inspection requise.

Foire aux questions

Quel est le composant semi-conducteur le plus courant ?

Il n'y a pas de réponse unique, car les équipements modernes utilisent plusieurs familles de composants à la fois. Les diodes, les transistors, les circuits intégrés, les microcontrôleurs, les mémoires, les circuits intégrés de puissance, les capteurs et les composants optoélectroniques sont tous couramment utilisés dans les assemblages électroniques.

Un MOSFET peut-il remplacer un IGBT ?

Il ne suffit pas de se limiter à la catégorie. La fréquence de commutation, la tension, le courant, les pertes, la commande de grille, le refroidissement, la topologie, le boîtier et les exigences en matière de protection doivent faire l'objet d'une analyse technique.

Que doit vérifier un acheteur avant de commander un circuit intégré ?

Vérifiez la référence complète du fabricant et son suffixe, le conditionnement, le nombre de broches, le statut du cycle de vie, la révision de la fiche technique, la quantité, le format d'emballage, les exigences relatives au code de date et les documents requis.

Le fait que le marquage sur le dessus corresponde suffit-il à garantir l'authenticité d'un semi-conducteur ?

Non. La comparaison des marquages constitue une étape de présélection. Les acheteurs peuvent également avoir besoin d'un examen des étiquettes, d'une inspection des emballages, de la documentation, de preuves relatives à la chaîne de traçabilité et de tests adaptés aux risques.