ｈＦＥのランク分け

バイポーラトランジスタの電流増幅率ｈＦＥは、メーカーでその大きさによりランク分けされている品種が多い。

入社して間もない頃から定期的にｈＦＥのランクごとの分布をアナログエンジニアは測定していた。

当時は、Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤのｈFEランクがあると、両端のランクは３角分布で各ランクをまとめると正規分布に近い分布となっていた。大きく分布するｈＦＥを実測してメーカーで選別していたのだ。ランク分けされていない品種では倍・半分程度のバラツキを考慮して設計する必要があった。

また、ランク分けされている品種では中央付近のランクでは、少しテーリングのある一様分布、下のランクでは高めのものが多く、上のランクでは低めのものが多い傾向があり、テーリングのある３角分布であった。もちろん、各ランクの範囲は重複する仕様で、選別ロスが少なくなるように考慮してある。

最近は、この手の分布を測る機会が少ないが、各ランクともその中央値付近に集中する傾向が見られる。アナログエンジニアは、プロセス技術の進歩により意図的に各ランクを作り分けするだけの半導体技術レベルに達していると考えている。

したがって、現在ではランク幅いっぱいのバラツキにはならないであろう。

トランジスタ回路全体のばらつき範囲、分布を予測するときには、厳密にはｈＦＥランクのばらつきの分布の形も考慮する必要がある。一様分布では悲観的な数字が出やすいのだ。

しかし、ｈＦＥの温度変化は、接合温度１００℃の変化で約２倍あり、低温側で低くなる。今もあまり変わっていないような気がする。環境温度が広い場合には、設計時に考慮すべきｈＦＥの最大、最小の値はより広くなることを忘れてはならない。

私の持っているＳＰＩＣＥのモンテカルロ法による解析では、最小、最大しか入力項目がないので一様分布での計算が行われていると推定している。もちろん温度による変化は考慮されない。

私は手解析でユニットとしてのばらつき予想を行っている。量産規模が大きければ、それなりの素子バラツキを複数ロットのトランジスタで確認するところまでデータを把握する。

設計の出発点は実データで半導体のロット内、ロット間のばらつきである。当然、メーカー保証はなく、自分の責任において製品品質をコントロールすることになる。

こんな設計法をきちんと行っているアナログエンジニアはごく少数派だろうな。悲しい。

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