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湯之上隆「電機・半導体業界こぼれ話」

なぜ半導体不足で世界中の自動車メーカーが軒並み減産に?解消に1~2年かかる可能性

文=湯之上隆/微細加工研究所所長
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「gettyimages」より

コロナの次は半導体不足

 2020年に世界中に感染が拡大した新型コロナウイルス(以下、コロナ)は、自動車産業の業績を直撃した。自動車の需要が“蒸発”し、各国で自動車メーカーの工場停止が相次いだ。2020年後半から、やっと需要が戻り、自動車生産が回復し始めたと思ったら、今年2021年になって、車載半導体が不足し、またもや自動車メーカーは減産を余儀なくされることになった。

 まず、ホンダが1月7日、車両制御用半導体が不足しているため、小型車「フィット」を中心に、1月に4000台程度を減産する方針であることが、わかった(1月8日付日本経済新聞)。続いて、日産自動車が1月8日、半導体が組み込まれた電装品の調達に問題が生じたため、小型車「ノート」の生産を5000台規模で減らすことが、明らかになった(1月9日付日経新聞)。

 同日付日経新聞には、トヨタ自動車が1月8日、半導体の調達不足のために、米国で生産するピックアップトラック「タンドラ」を減産するという記事が掲載されていた。トヨタは例年なら、この時期に翌年度の生産計画を部品会社に説明するとのことだが、今年は「暫定値」しか示すことができない異例の事態になった模様である。

 そして、同記事には、ホンダ、日産、トヨタなど日本メーカーだけでなく、米フォード・モーター、米ゼネラル・モーターズ、米フィアット・クライスラー・オートモービルズ、独フォルクスワーゲンなど、欧米の自動車メーカーも、車載半導体不足により減産や生産調整を行うことが報じられている。

なぜ車載半導体が不足するのか? 

 前掲記事には、車載半導体が不足する原因について、次のような記載がある。「電気自動車(EV)や自動運転車の普及で、車載半導体の重要度が高まっている」「EV1台当たりの半導体使用量はガソリン車に比べて2倍多い」「コロナの巣ごもり需要でPCやスマホ用半導体需要が拡大している」「これらの半導体の受託生産を行っている台湾TSMCへの先端品の注文が半年先まで埋まっている」。そのために、「車載半導体の供給が正常に戻るまでには半年近くかかる可能性がある」としている。

 しかし、これだけで車載半導体が世界的に不足していることに納得できる人は少ないのではないか。そこで、本稿では、車載半導体が不足している理由について、もう少しわかりやすい説明を行いたい。そのために、まず車載半導体の特殊性について解説する。その際、2011年3月11日に発生した東日本大震災で、茨城県にある車載半導体専用のルネサスエレクトロニクス那珂工場が被災した事例をケーススタデイとして取り上げる。その上で、現在の車載半導体が供給不足になっている真の原因を明らかにする。そして、その供給不足が解消されるには、半年以上、もしかしたら1~2年かかるかもしれないという予測を述べる。

車載半導体の特殊性

 車載半導体とデジタル家電などコンシューマー用半導体の要求仕様の比較を表1に示す。なお、この比較表は2008年9月1日に「第5回信頼性フォーラム」(主催:日経マイクロデバイス)でデンソーが発表したものだが、今でもそれほど事情は変わっていないと思われる。

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 表1によれば、車載半導体は温度-40~175(200)℃、湿度95%、50Gの激しい振動、15~25kVの静電気の中で20年も品質を保証し、不良率は1ppm(百万分の1)以下でなくてはならない。それでいて、価格は徹底的に「Low」を追求される。つまり、車載半導体はコンシューマー用と比較して、非常に厳しい信頼性を要求されていることがわかる。

 ところが、実際にルネサスの那珂工場で、車載半導体の製造に関わっていた技術者から、凄まじい話を聞いたことがある。その話によれば、自動車メーカーは100万分の1以下どころか、「不良ゼロ」を要求するというのである。車載半導体が1個でも動作不良を起こせば、自動車事故が起きて人が死ぬかもしれない。だから、不良はゼロでなくてはならない。100万個作ろうが1千万個作ろうが、不良はゼロでなくてはいけない。だから、不良率何ppmという定義はない。厳密にゼロでなくてはならない、とのことである。

 この思想はわからなくはない。しかし、実現不可能である。大量生産した工業製品がすべて壊れないということはあり得ないからだ。したがって、このような思想は、あくまで理想論であって、工業製品の仕様にするべきではない。

 ところが、現実には、ルネサス那珂工場は「不良ゼロ」を要求されていたのである。そして、「不良ゼロ」を実現するために、車載半導体を製造する場合、トヨタなどの自動車メーカーは、ルネサスの半導体工場に対して、「ライン認定」を行っていたと聞いた。

「ライン認定」とは何か

 例えば、ルネサス那珂工場がトヨタ向けのエンジン制御用半導体(Engine Control Unit、ECU)用に500工程からなる製造プロセスを開発したとする。そのプロセスを基に、ルネサスは半年~1年程度ECUの製造を続ける。そして、完全動作するECUが安定的に製造できるようになったら、トヨタはルネサス那珂工場を「ライン認定」するのである。そして、一旦「ライン認定」された500工程のプロセスについては、原則として製造装置やプロセス条件の変更ができなくなる。

 ルネサスとしては、他製品との兼ね合いや他工場との生産計画の調整、または微細化の推進、歩留まり改善、スループットの向上などのために、製造ラインを変更したい、設備を変更したい、プロセス条件を変更したいと思っても、発注者である上位メーカーがそれを許可しないのである。その背景には、もし装置を変更したり、プロセス条件を変更して不良が発生し、その結果として自動車事故が起きたら、「いったい誰が責任を取るのか」という極めて保守的な思想が存在している。

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