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こんにちは!
産業用ロボットの情報を発信しているROBoINです。[◎△◎]

プリンターを買おうと思ったのですが、半導体不足で入荷しないって言われました。
そもそも半導体ってって何ですか?

半導体を一言で表すとすれば、『導体と絶縁体の中間(半分)の機能を備えた物質』ということになりますが・・・

今や、半導体はあらゆる電子部品に使用されています。家電製品は半導体の塊と言っても過言ではありません。しかし、こんなにもよく耳にする「半導体」という言葉、何のことかわからないという人も多いのではないでしょうか。

そこで、本記事では半導体とはどういうもので、なぜ不足しているのかについて、どこよりもわかりやすく解説しました。

世界的な半導体不足は今後もしばらく続くことになるかもしれません。エアコンを注文しても、半導体不足で2~3ヶ月待ちという状況はなぜ起こっているのでしょうか。

この記事を読むことで、そんな素朴な疑問が解決できます。ぜひ最後まで記事を御覧ください。

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半導体とは?電子部品の素材だった!

半導体とは、電子部品を作るうえでは欠かせない素材です。具体的には、下記の中間の性質を持ってる物質。

  • 導体:電気を通す物質
  • 絶縁体:電気を通さない物質

導体でも絶縁体でもないものが半導体です。半導体は、電流の制御が可能で、電子部品の主要部品となっています。

つまり、一般的に「半導体不足」と言われるのは「半導体部品の不足」と言い換えた方が正確でしょう。半導体部品とは、半導体チップやトランジスタなどの総称です。

半導体部品は現在、様々な機器に使用されています。たとえばパソコンや自動車、ロボットなど。電子制御を行なう機器には必要な素材です。

現在は半導体不足の状況が続いています。つまり、あらゆる産業が半導体の影響を受けている状況です。

それでは、もう少し半導体の性質について解説しましょう。半導体の性質を知ることで、どうして半導体が必要とされているのかがわかります。

半導体の電気的性質!電気を通す?通さない?

前述した通り、半導体は「導体」と「絶縁体」の中間の性質を持っています。では、「導体」と「絶縁体」にはどのような違いがあるのでしょうか。

中学校の理科で習ったことのある「抵抗」を思い出してください。

物質が電気を通すか否かは抵抗の大きさによって決まります。つまり、抵抗値が低い物質は電気を通し(導体)、抵抗値が高い物質は電気を通しません(絶縁体)。

具体的な物質は以下のようなものです。

  • 導体:金・銀・胴など
  • 絶縁体:ゴム・ガラス・セラミックスなど

半導体は、導体と絶縁体の中間的性質を持っています。それはどういうことでしょうか。

実は、半導体は温度によって抵抗が変化するという性質を持っています。具体的には、低温時ではほとんど電気を通しません。しかし、温度が上昇するにつれて、電気が通りやすくなります。

それだけではありません。半導体の素材に含ませる不純物によっても抵抗値を変化させられます。

ですから、半導体を素材として使用することで、電気を通す量の制御が可能。多くの電子機器では、この性質を利用することによって電子制御を行なっています。

半導体の種類!単一素子と集積回路

半導体を大きく分類すると、単一の機能を有する「ディスクリート半導体」と複雑な特性を持たせた「集積回路」の2種類になります。それぞれの例は下記の通り。

  • ディスクリート半導体
    ダイオード・トランジスタなど
  • 集積回路
    IC(集積回路)・LSI(大規模集積回路)・VLSI(超大規模集積回路)

集積回路には、ANDやORなどの簡単な論理回路のICから、MPU(Micro-Processing Unit:マイクロプロセッサ)やメモリ(DRAMやNANDフラッシュ)などの複雑な回路が組み合わせたLSI・VLSIまで様々な種類があります。

一つの電子機器を作るには、様々な半導体部品を組み合わせて適切な回路を作成しなければなりません。

それでは、半導体自体はどのように作られているのでしょうか。

半導体の作り方

半導体の製造工程を簡単に解説すると、下記のような15の工程となります。

  1. ウエハー購入
  2. 洗浄・成膜
  3. 洗浄・感光材塗布
  4. 露光
  5. 現像
  6. エッチング
  7. イオン注入
  8. レジスト剥離
  9. 保護膜形成
  10. 検査
  11. ダイジング
  12. ダイボンディング
  13. ワイヤボンディング
  14. モールド
  15. 検査

工程だけを羅列してもよくわからないかもしれませんので、もう少し詳しく知りたい場合には下記の動画を御覧ください。短い動画ですが、わかりやすい解説をされています。

半導体についてはよく理解できましたが、具体的にはどのようなところで使われているのでしょう?

半導体はどのような場所で使われている?

何度も繰り返しているように、あなたの暮らしの中でも至るところで半導体が使われています。しかし、一般的には「半導体」や「半導体部品」として購入することはほとんどありません。

では、どのような製品に半導体が利用されているのでしょうか。具体的な製品や用途などについて詳しく見ていきましょう。

家庭の中の半導体!生活には切り離せない?

毎朝、スマートフォンのアラーム機能を使って起きています。起きてからは、IHクッキングヒーターでお味噌汁を作り、炊飯ジャーで炊き立てのご飯。テレビをつけて朝のニュースを見ながらの朝食という感じです。場合によってはエアコンのスイッチを・・・

何気なく過ごしている毎朝のほんの数分間だけでも、いくつかの家電製品を使用しています。そして、これらの家電製品には多くの半導体が使用されていることを御存じでしょうか。

上記の機器はすべて電子制御が必要です。たとえば炊飯ジャーを取り上げてみましょう。現在主流の炊飯ジャーと言えば「マイコン炊飯ジャー」です。

予約した時間に焚き上げるタイマー機能や釜の温度を管理する温度センサー、温調器、ヒーターなどを制御するのがマイコン。マイコンは多くの機能が1つのチップに詰め込まれている集積回路です。

また、温度センサーや温調器などにも多くの半導体が利用されています。その他にも、あなたが所有している下記の家電製品にも半導体が利用されています。

  • デジタルカメラ
  • LED照明
  • 洗濯機
  • 冷蔵庫
  • インターホン

また、家電製品以外では自動車が良い例です。自動車は走る半導体とも言われるくらい、多くの半導体が使われています。

つまり、様々なデジタル家電製品に半導体は使われ、生活には欠かせない存在なのです。

では、家庭以外ではどのように半導体が利用されているのでしょうか。

社会の中の半導体!見えないところでも利用されている?

一般家庭以外で利用されている半導体の具体例としては下記の通りです。

  • 銀行のATM
  • インターネット・通信などの社会インフラ
  • 医療機器
  • 産業用ロボット
  • 電車の運行システム

もちろん、その他にも多くの場所で半導体は利用されています。特に昨今は多くのことがネットワーク上で完結できるようになりました。実は、これも半導体があるからこそできることです。

このように、我々の見えない部分でも多くの半導体が利用されています

実は、日本国内でも半導体を製造しています!

日本の代表的な半導体メーカーとシェア率

2021年における日本の半導体企業の売り上げ1位から10位は以下のようになっています。

  1. キオクシア(元東芝メモリ)
  2. ルネサスエレクトロニクス
  3. ソニーセミコンダクタ
  4. ローム
  5. 東芝
  6. 日亜化学
  7. 三菱電機
  8. サンケン電気
  9. 富士電機
  10. ソシオネクスト

1988年の半導体売上高は世界の50%と、半導体製造のシェア率は世界一を誇っていました。しかし、2019年には10%まで減っています。

そんな中、半導体の受託生産会社としては世界最王手の台湾積体電路製造(TSMC)とソニーが熊本に工場を建設中です。合弁にはデンソーも投資を決めていることもあり、今後の巻き返しが期待されます。

日本国内でも製造しているのに半導体不足になるのはなぜですか?

世界的な半導体不足とその原因とは

2022年現在、世界的な半導体不足が発生しています。多くの人は新型コロナウィルスの感染拡大が原因という認識かもしれません。実際に半導体不足が大きな問題となったのは2020年秋以降でした。

しかし、実は2020年以前から半導体不足の兆候が見られたのです。では、本当の原因は何でしょうか?

半導体不足の主な原因は次の4点です。

  • 米国と中国の貿易摩擦
  • 需要の急拡大による供給体制のひっ迫
  • 新型コロナウイルスの感染拡大
  • ロシアのウクライナ侵攻

上記の理由により、半導体メーカーは需要を満たすだけの製造ができない状況となっています。また、半導体不足の問題は、すぐに解消できるような問題では無いため、しばらくは続くことが予想されます。

このまま半導体の製造が追いつかなければ、半導体を使用した機器が高い価格で供給されることになるかもしれません。

それでは、上記の4点について、もう少し具体的に解説しましょう。

半導体不足の発端は米中貿易摩擦

半導体不足の発端となったのは米国と中国の貿易摩擦でした。

米中貿易摩擦の影響で米国は中国半導体最大手の「SMIC」との取引を停止し、台湾や韓国の半導体メーカーに発注を切り替えました。

その結果、世界の半導体製造が台湾に集中。製造がひっ迫する事態となっています。

さらに、2021年には米国の工場が大寒波で操業を停止。半導体製造が追いつかない状況となってきました。

需要の急拡大で半導体の供給体制がひっ迫

日本では、2020年春に移動通信システムが5Gへとシフトしました。それを受け、スマートフォンを始めとする通信機器の製造が増加。半導体の需要も高まっていました。

それに加え、企業では政府主導でDX化が推し進められています。DX化を行うためには、IoT機器などの半導体を使用した機器が必要です。なお、DXについては下記の記事を参考にしてください。

また、学校教育においてもデジタル化が進んでおり、一人1台のPCまたはタブレットなどのデジタル端末を購入することが決定しました。

上記のような状況が重なり、日本国内のみならず世界規模での半導体需要が高まっています。需要が高まることにより、半導体の受注残は増える一方です。

新型コロナウイルスの感染拡大による半導体への影響

新型コロナウィルスの感染拡大による下記の2点が半導体不足に大きな影響を与えました。

  • パンデミックの影響で半導体工場が閉鎖
  • 巣ごもり需要によって半導体の需要が高まった

新型コロナウィルスの感染拡大により、多くの都市では緊急事態宣言が出されました。工場も閉鎖され、市民は家からは簡単に出られない状況です。

サプライチェーンも混乱し、半導体製造に必要な物資も数ヶ月間入手できないという状況が発生しました。サプライチェーンについては、下記の記事も参考にしてください。

また、多くの企業ではリモートワークを取り入れ、学校でもリモート授業となりました。この頃から、どこへも出掛けられないことで、巣ごもり需要が増加します。

具体的には、パソコンテレビゲーム機などの需要が大きく増加しました。

電子機器の需要が高まることで、さらに半導体の供給はできなくなります。巣ごもり需要と工場閉鎖が半導体不足に追い打ちをかけました。

ロシアのウクライナ侵攻によって半導体資源が不足

2022年2月24日、ロシアがウクライナ侵攻を開始しました。これにより、2022年現在は世界的に物資の輸送が滞っている状態です。

実は、ウクライナとロシアには下記のような貴重な資源があります。

  • ネオン(希少資源):約7割をウクライナに依存
  • パラジウム:約4割をロシアに依存

パラジウムは自動車の部品に使用している材料です。したがって、ロシアによるウクライナ侵攻が半導体不足に与える影響は大きいでしょう。

半導体についてまとめ

本記事では、半導体について

  • 半導体とはどのようなものか
  • 現在の半導体不足はなぜ発生しているのか

について詳しく解説しました。もう一度記事を振り返ってみましょう。

半導体は「導体」「絶縁体」の中間の性質を持っている物質です。

  • 導体:電気を通す物質
  • 絶縁体:電気を通さない物質

半導体は温度不純物の量によって流せる電流を制御できる特性があるので、電子部品に広く利用されてます。

また、昨今の半導体不足の原因として考えられるのは、主に次の4点です。

  • 米国と中国の貿易摩擦
  • 需要の急拡大による供給体制のひっ迫
  • 新型コロナウイルスの感染拡大
  • ロシアのウクライナ侵攻

残念ながら、今後も半導体不足の状況はしばらく続くと見られます。

半導体不足でお困りのときはROBoINまでお気軽にご相談ください!

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