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日本の3D IC市場を動かしているのは何でしょうか。本記事では、国内需要を押し上げている要因と、市場を構成する製品タイプ・用途を整理します。
需要を押し上げている要因
日本における3D ICの需要拡大を牽引している主な要因は、半導体製造装置や自動車業界、特に電動化や自動運転向けのセンサー・処理ユニットへの応用が急増している点にあります。これらの産業では、従来の2次元実装では達成困難な高集積度と低消費電力が求められており、3D ICによる積層技術が不可欠です。コスト面では、国内の厳しい環境規制やエネルギー効率向上への圧力が、より小型で熱管理に優れた3D ICへの切り替えを後押ししています。また、政府の半導体復興戦略により、研究開発や設備投資に対する補助金が拡充され、量産化に向けた投資が加速しています。技術的には、TSV（シリコン貫通電極）やハイブリッドボンディングの微細化が進み、異なる機能ブロックを任意に組み合わせる「チップレット」設計が一般化しつつあります。これにより、従来の単一プロセスで設計されたSoCから、用途に応じて最適な工程で製造されたチップを積層する方式へと仕様策定の考え方が大きく変化しており、日本の半導体設計メーカーはこの新たな設計自由度を活かした競争力強化を模索しています。
製品タイプ別の内訳
- 3Dスタックメモリ
- 3Dシステムオンチップ
- 2.5DインターポーザーベースのIC
- 3D異種統合
- 3DイメージセンサーIC
- 3DロジックIC
タイプごとの特徴
3Dスタックメモリは、複数のメモリチップを積層し、貫通電極で接続することで高速・大容量を実現する技術であり、主にハイエンドサーバーやAIアクセラレータ、高性能コンピューティング向けのHBM（High Bandwidth Memory）として使用されています。3Dシステムオンチップは、異なる機能ブロック（ロジック、メモリ、アナログ回路など）を異なる層に分けて積層し、一枚のチップとして統合するもので、スマートフォンやタブレットなどのモバイル機器に多く用いられ、省スペースと低消費電力を実現します。2.5DインターポーザベースのICは、複数のチップをシリコンインターポーザ上に水平に並べ、その上で配線することで高性能な接続を実現し、GPUやFPGA、ネットワークプロセッサなどで採用されています。3Dヘテロジニアス集積は、ロジック、メモリ、MEMS、センサなど異なる材料やプロセスで作られたデバイスを垂直に積層する技術で、IoTデバイスやウェアラブル機器、医療用インプラントなど多様な応用があります。3DイメージセンサICは、フォトダイオードと処理回路を積層した構造で、CMOSイメージセンサとしてデジタルカメラやスマートフォンに広く使われています。3DロジックICは、トランジスタを積層して高集積化を図るもので、将来のCPUやGPU向けに研究開発が進んでいます。
用途別の内訳
- 家庭用電化製品
- データセンターとクラウドコンピューティング
- 人工知能と機械学習
- 通信および5Gインフラストラクチャ
- カーエレクトロニクスとADAS
- 産業およびオートメーション
- ヘルスケアおよび医療機器
- 航空宇宙と防衛
市場に関わる主要企業
- TSMC
- Samsung Electronics
- Intel Corporation
- SK hynix
- Micron Technology
- Texas Instruments
- Broadcom Inc.
- ASE Technology Holding
- Amkor Technology
- GlobalFoundries
- UMC
- STMicroelectronics
- Sony Semiconductor Solutions
- NVIDIA Corporation
- Qualcomm Technologies
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