半導体不足は自動車業界にとって深刻な打撃を与え、生産停止、収益の減少、そして受注残の増大を引き起こしています。悲観的な見解として、ボストンコンサルティンググループなどの情報筋では、電気部品やセンサーの不足が2026年までも続くものと予測しています。

需給調整のために生産を強化するという政治的意向はあるものの、それには時間がかかるでしょう。一方で、産業界は新しいソリューションを求めています。

昨今のパンデミックによって、半導体サプライチェーンの不安定さが露呈しています。消費者向け半導体の需要はすでに飽和点に達しているかもしれませんが、自動車向け半導体の需要は今後も増加の一途をたどるでしょう。

よって自動車業界の企業は解決策を求めて奔走していますが、この問題を解決するうえでなにか特効薬はないのでしょうか?3Dプリンティングは半導体チップ不足を解消する手助けにはならないのでしょうか?

答えはそれほど単純ではありません。

Velo3D社のCEO、Benny Buller氏はNasdaq向けの記事でこう述べています。「半導体チップそのものを構成する微細な部分を簡単にプリントする技術は存在しません。というのも、3Dプリントは1/10 mm単位で動作しますが、半導体製造工場はナノメートルスケール （10億分の1メートル） のレベルで稼動しているからです。」

半導体を作るのになぜそんなに時間をかけるのでしょうか?

3Dプリンティングをすぐに活用するのが難しいことを理解するうえで、半導体チップの製造方法をより深く知る必要があります。

半導体を設計している企業は数百社ありますが、世界的メーカーとなると二十数社しかありません。それらのうちどれか一社が減産すればすぐに全体へ影響が及びます。

半導体企業にとって問題をさらに複雑にしているのは、1つのチップを製造するのに数カ月間のプロセスが要求されることです。そのため、突然の需要の変化に対応するには途方もない時間がかかります。それゆえ、半導体チップメーカーは常に最大の稼働力を維持するよう強いられています。

ワシントン・ポストによれば、米国の半導体生産の主要供給源の一つであるグローバル・ファウンドリーズは1日24時間稼働し、年間50万枚の複雑なシリコン・ウェハーを生産しているとのことです。 これらのウェハーは個別のチップに切断されます。

さらに、約700の加工工程があり、多数のパターンにプリントされ、エッチングされ、互いに積み重ねられます。

端的に言って、3Dプリンタにはこのレベルの複雑さやスケールに対応する能力がまだ備わっていません。とはいえ、3Dプリンタがこの業界を手助けする活用法はまだあるかもしれません。その方法を説明します。

3Dプリンティングは自動車業界に今すぐ貢献することも可能です。

半導体製造工場はファブとも呼ばれ、そこには複雑な部品を装備した高度な機械が何千台も設置されています。それらの機械は猛烈なペースで稼働しているため、いかなる種類の誤動作でも非常に大きなダメージをもたらす可能性があります。それら特殊な機械の交換部品を調達するとなると、メーカーにとって窮地に追い込まれることになります。

Buller氏によれば、「ここで、アディティブ・マニュファクチャリング （3Dプリンティング）技術 が活用できます」とのことです。「3Dメタルプリンティングでは、それらパーツの多くを迅速に製作できます。そうなればファブのオペレーターは、海外の工場が交換部品を作って出荷するまで待つ必要はありません。3Dプリンティングを用いれば、最寄りの業者（サービスプロバイダ）に部品製作を依頼し、すぐに納品してもらうことができます。」

Buller氏によると、このようにすれば、半導体メーカーは、不具合の発生が少なく、また発生してもすぐに回復できる、より高品質のチップを生産できるファブにすることが可能になるとのことです。

しかし、本質的な問題がまだ残っています。3Dプリンティングはいつごろ半導体を製造できるようになるのでしょうか?

それについては進展も見られます。

3Dプリンティング方式の半導体における進展

自動車向けに3Dプリンティングで作られた半導体はまだ登場していませんが、AZO Materialsによると、フレキシブル回路の分野で進展が見られるとのことです。

ドイツにおいて、ハンブルグ大学とドイツ電子シンクロトロン（DESY）研究所と の共同研究により、透明で折り曲げられる電子回路の製作に3Dプリンティング応用のプロセスが開発されました。

AZO Materialsによると、この回路は懸濁液中で形成された銀ナノワイヤが密に織り込まれたもので、いくつかの柔軟で透明なポリマー内に配列されているということです。この技術は、LED、ソーラーパネル、電子機器、さらにはフレキシブルコンデンサのプリンティングにも道を開く可能性があります。

それ以外で、他の共同研究による開発事例としては、米国空軍とAmerican Semiconductor社によるものがあり、3D プリンティングを活用して、柔軟なシリコンポリマー半導体が製造されています。

このチップは折り曲げ可能で、マイクロコントローラと内蔵メモリを備え、分析用にデータの管理と収集を可能にしています。

これらのチップの最も身近な用途としては、電子ウェアラブル（電子式装着製品）が挙げられます。こうした進歩は、製造業界が低コストの3Dプリント回路を組み入れることができるフレキシブル技術に切り替えるうえで後押ししています。

さらなる進歩

3Dプリンティングは現在、相互接続されたフレームワークと埋込みコンポーネントを備えたプリント回路基板 （PCB） の製造に使用されています。これは、3Dプリンティングを使用して、PCBの中に集積回路や他のエレメントも製作するという可能性を広げるもので、ゆえにAZOは、半導体産業において3Dプリンティングが必要不可欠であると結論づけています。

3Dプリンティングの未来

3Dプリンティングの最初の特許は1970年代に出願されましたが、大きな進歩は90年代に見られ、その真の可能性は新たなミレニアム（2000年以降）に現れ始めました。

目下のところ、研究者達は、最終的にプリント回路などへの活用が可能になるよう、セラミックや熱硬化性ポリマーなどの材料を用いてプリンティング技術を研究しています。このようにして、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）技術はますます自動車部門に入り込んでいくでしょう。

しかし、多くの新技術がそうであるように、3Dプリンティングが業界を席巻する準備が整うまでにはまだ時間がかかりそうです。AZOの予測では、プリンティング技術は最終的に、半導体不足への対処よりもさらに難しい課題に取り組むようになり、デザイン分野そのものに挑戦していくものと見ています。

その時が来るまで、自動車メーカーは伝統的な手法で半導体不足に対処しなければなりません。

3Dプリンティングが最も影響を与えているのはどの業界だと思われますか?この技術が直接的に最も大きな影響を与えるのはどういう分野だと思いますか?ご意見をお聞かせください。