電子付加製造：グローバル産業チェーンの再構築における新たな機会

出典: ドリームインク

近年、反グローバリゼーション、保護貿易主義の台頭、新型コロナウイルス感染症のパンデミックなど、複数の要因の複合的な影響により、世界の産業チェーンとサプライチェーンの安全で安定した運営は深刻な影響を受けています。ロシアとウクライナの突然の衝突は、すでに深刻な打撃を受けている世界の産業チェーンとサプライチェーンに新たな打撃を与えました。

これまで、グローバル化の文脈で形成された国家間の高度に相互依存した産業チェーンとサプライチェーンは脆弱性を露呈し、「チェーン断絶」や「デカップリング」のリスクが高まり続けました。先進国では、製造業のアウトソーシングなど「産業空洞化」政策を見直し、地方の製造業の活性化や製造業回帰を促すさまざまな施策が講じられ始めている。付加製造技術は、産業製造能力を強化し、サプライチェーンの問題を解決するために多くの政府に認められた重要な方法となっています。

データから判断すると、近年、積層造形市場の規模は成長傾向にありますが、主に構造部品の製造に集中しています。しかし、電子積層造形の分野では、産業応用を実現している企業はごくわずかです。電子製造業は産業経済成長の重要な柱として、長いサイクル、長いチェーン、細かく複雑な分業などの特徴を持っています。現在の状況下では、影響を受けやすく、壊れやすく、倒れやすいです。

ブラックスワンイベントが次々と発生する激動の時代をいかに生き残り、発展していくかは、解決すべき緊急の課題であり、電子積層造形を積極的に開発することが、現在の状況における重要な突破口となるでしょう。

この記事の核となる考え方

1 新たな情勢の下、脱グローバル化の流れにより、製造業は「ネットワーク化」と「分散化」の方向に発展することが求められています。付加製造は、パーソナライズ、ローカライズ、軽量のソリューションを提供でき、「スマート製造」時代のサプライチェーンの回復力とセキュリティを効果的に確保できる重要な技術と生産方法になりつつあります。

2 世界が「デュアルカーボン」目標を厳格に遵守していることや、ロシアとウクライナの紛争によるエネルギー価格の高騰などを背景に、製造業ではさらなる「省エネ」と「排出量の削減」が急務となっている。エネルギーを大量に消費し、汚染物質を大量に排出する電子機器製造業界は、包括的な技術アップグレードを通じてのみ抵抗を突破することができます。現在、電子機器製造業界に付加製造を導入することが、この問題を解決する効果的な方法であると思われます。

3 世界の電子産業チェーンの移行の歴史を見ると、常に技術とコストの闘いが続いています。電子付加製造はハイエンドの製造技術として、業界の付加価値を高めるだけでなく、効率、コスト、環境保護などの重要な利点も考慮に入れています。現在の産業化を実現する機会を捉えることが、サプライチェーンで優位な地位を占めるための鍵となるでしょう。

電子積層造形は効果的である
サプライチェーンのセキュリティと回復力を確保する

2018年以降、保護貿易主義の台頭、米中貿易摩擦、新型コロナウイルス感染症の流行、ロシアとウクライナの対立などの要因により、グローバル化の文脈で各国間に形成された相互依存度の高い産業チェーンとサプライチェーンは脆弱性を露呈し、世界の産業チェーンとサプライチェーンにおける「チェーン断絶」と「デカップリング」のリスクは高まり続けています。

これまで、世界の産業チェーンとサプライチェーンの構成の本質的な論理は効率第一であったが、現在、主要経済国は産業チェーンとサプライチェーンへの「国家介入」を強化する政策措置を導入しており、産業チェーンとサプライチェーンの安全を確保することは、国の長期的な発展に関わる戦略的考慮事項となっている。

世界の産業チェーンとサプライチェーンは徐々に縮小し、特定の地域または国とその周辺地域に集中しており、地域化と現地化の傾向を示しています。分散型の現地生産は、今後重要な生産モードになります。付加製造技術は、サプライチェーンの問題を効果的に解決するための重要な方法として多くの政府に認められています。

電子機器製造分野に積層造形の概念を導入します。積層造形は、材料を徐々に積み重ねることで生産を実現するラピッドプロトタイピング技術の一種であり、近年急速に発展しているハイエンド製造業に属する新興技術です。しかし、現在の市場は構造的な付加製造が主流であり、電子的な付加製造業界に注力している企業はごくわずかです。実際、電子機器の製造業は、サイクルが長く、チェーンが長く、分業が細かく複雑であるなど、現状では影響を受けやすく、壊れやすい状況にあります。

情報化時代の中核要素として、電子機器製造業界のサプライチェーンのセキュリティと回復力を確保することは、すべての国にとって重要な課題の 1 つとなっています。

電子機器製造分野に積層造形を導入するということは、最適化されたグラフィック印刷を積層造形プロセスとして使用し、後続の減算プロセスを必要とせずに、基板上に機能性導電材料を一度に形成することを意味します。エッチングなど、後工程で材料を除去する従来の電子製造方法と比較すると、積層造形生産プロセスは簡素化され、生産設備と必要な材料が大幅に削減され、生産プロセスでの汚染排出はほぼゼロです。軽量、柔軟性、グリーン環境保護などの自然の利点があり、分散型の現地生産モデルを迅速に実現できます。

一方、従来の電子機器製造モデルは、工程が複雑で設備も大規模であるため、生産現場の建設サイクルが長く、労働力も大きく、資本投資も数億ドルから数十億ドルに上ります。現地でプロジェクトを遂行できる能力が整うまでには長い時間がかかります。

2022年のFPC業界の主要プロジェクトを例にとると、伝統的な製造プロセスに基づいて3本の高精度フレキシブル回路基板生産ラインが建設され、総投資額は約15億人民元、工場面積は10万平方メートル、RTRラミネート機、露光機、穴あけ機、レーザー切断機などの設備を400台（セット）以上購入し、年間生産能力は1000万平方メートルに達します。

同じ生産能力の構築基準の下で、電子付加製造は、資本投資と床面積の面でほぼ1桁削減できます。「工場側」または「工場内工場」のサポートモデルを採用して、迅速なグローバルレイアウトを実現し、地域的かつ短チェーンの生産とサービスを形成し、サプライチェーンの柔軟性と安全性を効果的に確保するための迅速なソリューションとなります。

低消費・低排出のグリーン製造モデル
電子機器製造業の発展には欠かせない

近年、気候変動に対する世界的な対応に牽引され、炭素削減活動を国家戦略へと転換する政府が増えています。「低エネルギー消費、低排出、低汚染」の低炭素経済は、世界各国の将来の経済発展に向けた共通の選択肢となっています。

電子製造業は工業生産の重要な部分であり、エネルギー消費量が多く、排出量が多く、汚染度が高い産業です。エネルギーを節約し、排出量を削減するための技術変革措置を講じなければ、将来の発展の要求を満たすことは困難です。

一方では、エネルギー不足により電力と生産が制限され、ロシアとウクライナの突然の紛争により世界のエネルギー価格が高騰し、エネルギーを大量に消費する産業にさらなる圧力がかかっています。エネルギーを大量に消費する産業のグリーンアップグレードのニーズを満たすには、産業技術の変革が不可欠です。

従来の電子機器製造プロセスと比較して、電子積層造形はエネルギー消費を効果的に削減し、低炭素排出要件を満たすことができます。電子積層造形法に基づく製造方法は、直接印刷/プリンティングプロセスを通じて回路を基板表面に直接組み込むことです。生産工程が大幅に簡素化され、使用設備のエネルギー消費量が少なくなり、原材料の利用率が高くなるため、材料廃棄物を90％近く削減し、二酸化炭素排出量を60％以上削減できます。

両面基板を例にとると、従来のエッチング法では1平方メートルあたり約144kgの二酸化炭素相当排出量が発生するのに対し、液体金属印刷法では63kgに過ぎないと計算されています。100万平方メートルあたりの生産能力では、二酸化炭素排出量を81,000トン削減でき、これは32,400トンの石炭と32,400トンの浄水を節約することに相当します。

一方、電子製造プロセスにおける化学物質の大量使用と汚染物質の排出により、電子産業が環境に与える影響から、各国は環境保護要件に特化した法律や規制を制定せざるを得なくなりました。電子産業は多くの環境保護要件によって制限される環境障壁の時代に入り、電子製造技術は緊急に全面的なグリーン変革を実現する必要があります。

プリント基板の製造には、多くの化学薬品を大量に使用するプロセスが含まれます。PCB の製造プロセスには、銅、ニッケル、鉛などの多くの重金属が含まれており、これらは廃水とともに排出されます。同時に、大量の廃ガスが排出されますが、その主な汚染物質はベンゼン、トルエン、キシレンブチルケトン、エチルアセテートなどの有機廃ガスであり、これもPM2.5の発生源の1つです。これらの汚染物質は大量に環境に放出され、環境と公衆衛生に脅威をもたらします。

△2013年に江蘇省太湖流域付近でブルーマップデータベースに表示された水質のスクリーンショット（出典：IPEの水質モニタリングマップ。赤、茶、黒の丸は「人が接触するのに適さない」ほど水質が悪いことを示す。ローマ数字は中国国家政府統計に基づく水質分類を示す。）

従来の電子製造モデルと比較して、電子積層造形プロセスは大幅に簡素化され、生産プロセスで廃水や廃棄物の排出がなく、使用される液体金属などの導電性材料は無毒で無害であるため、工業生産の低エネルギー消費と低排出の基準を完全に満たし、将来の長期的な開発要件を満たすことができます。

世界のエレクトロニクス産業チェーンの移行を把握する
電子積層造形の新たな機会

技術の発展と分業の深化に伴い、世界の電子産業チェーンは絶えず移行し、徐々にバリューチェーンの分業状況を形成しています。エレクトロニクス業界の移行の歴史を見ると、それはすべて技術とコストの複合効果の結果です。過去10年間、中国の世界の電子産業における地位は労働力と資源の配当により上昇を続け、生産・製造規模は世界最大となったが、全体としては依然として付加価値の低い産業チェーンの後半に位置している。

電子情報産業を中核とする世界的な科学技術革命と産業転換の新たな局面の始まりに伴い、電子産業チェーンの再構築が再び始まり、産業チェーンは再配置の傾向を示しています。

全体的に見ると、わが国の電子機器製造業は、先進国からの「ハイエンドの逆流」と発展途上国からの「中低価格帯の転用」という二重の圧迫に直面している。一方、ハイエンド製造業の分野では先進国への「逆移転」の傾向が見られ、製造業は再び世界経済競争の頂点に立っており、各国は製造業の再生を軸とした再工業化戦略を策定している。

一方、ベトナムやインドなど東南アジアの一部の国も、資源や労働力の優位性を生かして中低価格帯の製造業に注力し始めており、労働集約型の製造業をより低コストで移転する動きが広がっている。

電子機器製造部門は、コストをさらに抑制する一方で、積極的に技術の向上と変革を図り、産業チェーンにおける高付加価値のリンクに重点を置き、新たな産業発展のニーズに対応する必要もあります。ハイエンドの製造技術である電子積層造形プロセスは、大面積、高速、低コストの大量生産を実現できます。また、その製品は柔軟性や大面積機能分散など多くの利点があり、電子産業の発展動向と非常に一致しています。これにより、従来の電子製造方法では到達できない潜在的な応用市場が開拓されます。

電子付加製造技術は新興産業の発展ニーズを満たします。電子産業は典型的な技術主導型産業です。電子製品が小型化、軽量化、柔軟性に向かって発展するにつれて、電子機能部品、コネクタ、その他の構造のコンパクト化と統合に対する要求はますます高くなっています。従来の剛性電子回路部品は、もはや新しい産業発展のニーズを完全に満たすことができません。フレキシブル電子技術は、電子技術分野の研究ホットスポットとなっています。

平面フレキシブル電子アプリケーションの方向では、電子積層製造技術の使用により、フレキシブル基板、超薄型基板、さらには伸縮性基板への電子回路の直接印刷/印刷を実現し、FPC機能部品/コネクタ、透明ディスプレイ、フレキシブルセンサーなどの超柔軟で曲げに強く、伸縮性のある回路製品を実現できます。製品の柔軟な機能要件を満たしながら、ロールツーロール生産と組み合わせることで大面積・高速大量生産も実現します。

△FPCフレキシブル回路とロールツーロール量産方式

さらに、電子積層造形技術は、3次元構造回路の応用においても独自の利点を持っています。転写印刷方式を採用することで、集積回路基板を別途接続する必要がなく、複雑な機能回路を電子部品の表面または内部に直接印刷できるため、製品の内部スペースがさらに節約され、電子製品の構造がよりコンパクトになります。たとえば、携帯電話のミッドフレームアンテナ、Bluetoothヘッドセットアンテナなどでは、3次元構造の表面にコンフォーマル回路を高収率で工業規模で製造できます。

△携帯電話用コンフォーマルアンテナ

電子付加製造技術は、複雑な構造における回路変形の特性を実現することができ、革新的な製品の研究をさらに促進し、民生用電子機器、モバイル通信、自動車用電子機器、医療用電子機器などの分野に無限の可能性をもたらします。

現在、電子積層造形業界はまだ発展の初期段階にあり、実際に産業応用を実現し、一定の規模を形成している企業はわずかです。孟志摩社は長年の技術革新と蓄積を経て、原材料と電子付加製造プロセスのリンクを全面的に開拓し、小規模な応用を実現し、この分野の実践者および先駆者となりました。

もちろん、新興産業の発展は一夜にして達成されるものではありません。初期の技術の萌芽から産業化、そして莫大な経済的価値の創出までには、長く困難なプロセスを要することがよくあります。例えば、FPC 業界は、1960 年代に航空宇宙や軍事などのハイテク分野で初めて応用されて以来、数十年にわたる発展を遂げてきました。21 世紀初頭になって初めて、民生用電子機器の急速な発展とともに、FPC が本格的に大規模に応用され、急速な発展期に入りました。

電子付加製造技術は、電子製造業界のアップグレードと変革のための新興技術として、時代の発展要件を満たしています。アプリケーション側の需要が継続的に拡大し、技術と上流・下流のサプライチェーンが徐々に改善・成熟するにつれて、大規模生産も実現し、急速な発展期に入ります。今こそ、電子付加製造の分野に展開する良い時期です。

要約する

世界経済が大きく変化する中、情報化時代の中核を担う電子製造分野では、低炭素経済と産業発展の新たな要件を満たしながら、サプライチェーン産業チェーンの柔軟性と安全性を効果的に確保するために、新たな電子積層造形技術を導入する必要があります。電子積層造形技術を積極的に開発し、電子積層造形産業を整備することは、短期的には現在の混乱に対応する上で、また長期的な発展の観点からは電子製造産業のバリューチェーンで主導的な地位を占める上で、大きな意義を持っています。現在、いくつかの企業がこの分野でアプリケーションを実装していますが、業界全体の発展の観点から見ると、まだ開発の初期段階にあります。これは計画を開始するのに良い時期です。

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