半導体に使用する貴金属のコストを最小化する方法

カテゴリ
貴金属事業 
タグ
お役立ち情報  貴金属  コスト 

松田産業株式会社

B!

貴金属は、その稀少性・偏在性により常に高額であると共に、世界経済や地域紛争等の影響で価格が大きく変動します。特に「金」は通貨としての側面が強く、金利情勢や地政学的リスク、主要国における中央銀行の動向に敏感な金属です。近年は世界情勢の不安定化やインフレ懸念の高まりにより、歴史的な高水準で価格が推移しており、その動向は常に注視されています。

一方、白金族金属(PGM:プラチナ、パラジウム、ロジウムなど)や銀は、自動車の排ガス浄化触媒や電子部品といった産業用途の比率が非常に高く、世界的な景気動向や特定産業の需要に強く影響を受けます。例えば、自動車産業の電動化(EV化)の進展は、触媒用途であるパラジウムやプラチナの需給バランスに大きな変化をもたらし始めています。このように、各貴金属はそれぞれ固有の市場変動要因を持つため、半導体メーカー等にとって貴金属材料の調達は、常に大きな価格変動リスクと隣り合わせにあります。

しかし、このような価格変動リスクを抱えながらも、貴金属は私たちの生活に決して欠かすことのできない材料です。化学的に安定し、一部を除き延伸性に富み、熱や電気を極めて通しやすいという優れた特性から、スマートフォンやPC、自動車、医療機器などに内蔵される半導体や電子部品の製造に広く用いられています。また、生活必需品である化学製品を製造するプロセスにおいても、化学反応を促進し製造効率を飛躍的に高める「触媒」として活躍しています。さらに、IoTやAIの進化、EVの普及によって高性能な半導体需要は拡大し続けており、それに伴い貴金属の重要性もますます高まっています。

そして、貴金属が持つもう一つの大きな特徴。それは「繰り返し使える金属」であるという点です。これは、後述する『コスト最小化戦略』において最も重要な要素となります。高価で稀少な材料だからこそ、そのリサイクルや再利用の仕組みを徹底することが、これからの企業競争力を高める最大の鍵となるのです。

半導体に使用される主な貴金属材料

半導体や電子部品の製造において、金、白金族金属(PGM)、銀といった貴金属が「重要な材料」として選ばれる理由は、その優れた性質にあります。

このような優れた特性から、貴金属は電気的に「薄く・細く、つなぐ金属」として、半導体の性能と信頼性を根底から支えています。

半導体製造工程は、ウエハに回路を形成する「前工程(ウエハ工程)」と、ウエハから切り出したチップをパッケージングする「後工程(組立・検査工程)」に大別されます。各工程における主要な用途は以下の通りです。

前工程(ウエハ工程)

前工程では、主に薄膜の形成や電極材料として貴金属が使用されます。

後工程(組立・検査工程)

後工程では、半導体チップと外部、あるいはチップ間の接続といった電気的な「つなぎ」の部分に貴金属が多用されます。

材料コストを最小化する方法

貴金属材料を使用する際に、経営上最も注意すべき点は、その高い価格と価格変動に対するリスクです。貴金属価格は、地政学的な要因や投機的な資金流入など、供給する側も使用する側も管理不能な領域にあるため、コストコントロールが極めて難しい材料といえます。

この管理不能なリスクを回避し、購入費用を抑えるための基本は、貴金属材料を「必要な時に必要な量」だけ購入するというスタンスを徹底することです。過剰な在庫は、価格変動リスクを直接的に負うことになり、資金効率を低下させます。

理想は、そもそも他の安価な金属材料に置き換える「脱貴金属化」ですが、先に述べたとおり、貴金属は代替の難しい優れた性質を持つため、容易に置き換えることは出来ません。また、材料変更には信頼性評価や顧客からの承認、製造工程の再設計など、大きな労力と長い時間を要する手続きが伴います。

では、長期的な視点と短期的な視点から、他にどのようなコスト最小化の方法があるのでしょうか。その秘策について、以下に述べてまいります。

(1)省貴金属化・脱貴金属化という方法

この方法は、貴金属の優れた機能や特性を維持しつつ、使用する量を減らす「省貴金属化」、あるいはより安価な金属材料へ変更する「脱貴金属化」という根本的な取り組みです。導入に時間はかかるものの、長期的なコスト削減効果は非常に大きくなります。

a. 薄膜形成工程における省貴金属化・脱貴金属化

真空薄膜形成時に使用する「金スパッタリングターゲット」という板状の加工材を例に挙げます。形成される薄膜の機能・特性に変化が生じない範囲で、他の安価な金属を混ぜて合金化することで、貴金属の使用量を削減する方法があります。

b. めっき工程における省貴金属化

めっき法による薄膜形成の場合、建浴液中の貴金属量を減らした「低濃度建浴液」に変更することで、購入費用を抑えることができます。また、液中の貴金属濃度が下がることで、部品の洗浄時に液体と一緒に持ち出される貴金属の量も減り、結果として水洗槽への持ち出し量を削減することが可能となります。

c. ボンディングワイヤの脱金化

後工程の主要材料の一つである「ボンディングワイヤ」は、トランジスタが発明された頃から長い間「金」が主流でした。しかし、金の価格高騰とコスト削減の必要性から、業界全体で脱金化が加速しています。

この脱金化を象徴するのが、日鉄マイクロメタル株式会社(松田産業の関連会社)が開発した革新的な「PCCボンディングワイヤ(パラジウム被覆銅ボンディングワイヤ)」です。安価な銅線の表面を、化学的安定性に優れたパラジウムで薄く被覆することで、銅線の弱点である酸化耐性を克服しました。PCCボンディングワイヤは現在、高価な金ボンディングワイヤの使用量を大きく上回って普及しており、ますます「脱金化」が進んでいます。

(2)リサイクル(再利用する取組)

省貴金属化や脱貴金属化が長期的な取り組みであるのに対し、短期間で、かつ持続的にコストを削減する方法として「リサイクル」があります。これは、貴金属が持つ「繰り返し使える金属」という本質的な特徴を最大限に活用し、使用済み材料を新たな購入材料にリサイクルするという取り組みです。

a. 貴金属めっき工程におけるリサイクル

めっき工程では、貴金属めっき建浴液は交換時に必ずリサイクルに回されます。しかし、見落とされがちなのが、水洗槽(貯め槽・流水槽など)からの貴金属の回収です。水洗槽には、めっき部品により持ち出された貴金属が低濃度で存在しており、これを回収するために吸着樹脂などが使用されます。その交換を怠ると、貴重な貴金属がそのまま排出されてしまうリスクがあります。

コスト低減のためには、貴金属リサイクルの専門会社へ問い合わせを行い、効率的で透明性がある回収方法や回収装置の導入を相談することが有効です。専門会社による現状確認は、貴社のめっき工程における「見えない損失」を可視化する第一歩となります。

リサイクルを委託する専門会社の選定基準として非常に重要なのは、「回収した貴金属を、めっき液の建浴時や補充時に購入する貴金属化合物(シアン化金カリウム、亜硫酸金ナトリウム、ジクロロテトラアンミンパラジウムなど)の原料として再利用し、自社で製造できる会社」を選ぶことです。これにより、回収した貴金属が新たな製品となって戻ってくる「循環型」の取引が可能となり、コスト削減効果が最大化されます。

b. スパッタリング・真空蒸着工程におけるリサイクル

貴金属薄膜形成に使用されるスパッタリング装置と真空蒸着装置は、高価な貴金属を使用する割に、材料の使用効率が低いという特徴があります。

防着板からの貴金属回収は、クリーニング(精密洗浄)時に装置から取り外し、専門会社に委託するのが一般的です。これは貴金属の回収が伴うパーツクリーニングであるため、除膜した貴金属の「回収精製を自社で行える会社」を選定する必要があります。真空装置のパーツクリーニングを行う会社は多く存在しますが、同時に貴金属回収精製(溶解・分析・精錬)までを一貫して行っている会社は多くありません。

防着板等から回収された貴金属は、回収精製専門の会社へ出され、地金として売却される「リニアな取引」となりがちです。しかし、材料コストを抑えるためには、回収した貴金属を「スパッタリングターゲット」や「蒸着材」の原料として使用できる専門会社に委託することが、最も費用対効果の高い取り組みとなります。

スパッタリング装置や真空蒸着装置で使用する貴金属材料は、その使用効率が低いことを逆手に取ることが重要です。

まとめ

貴金属材料のコストを抑制する近道は、省貴金属化や脱貴金属化といった長期的な戦略を進めつつも、貴金属が持つ「繰り返し使用できる」という特徴を最大限に活かし、材料の使用効率を鑑みた「徹底したリサイクル」を行うことです。特に、薄膜形成工程における防着板などからの回収は、見落とされがちな大きなコスト削減の機会となります。

松田産業は、貴金属の回収精製から、めっき液やスパッタリングターゲット、蒸着材などの貴金属製品の製造までを一貫して自社で行える専門会社です。お客様の煩雑な貴金属地金管理を代行し、貴金属材料の調達コストを最小化する取り組みを全力でサポートいたします。

回収した貴金属を原料としてプールし、貴金属製品を購入する際にはそこから使用分を差し引き、不足分だけを新たに購入していただく「循環型取引(ループビジネス)」のスキーム構築は、ぜひ当社にお任せください。このループビジネスにより、お客様は貴金属の調達における価格変動リスクを軽減し、運転資金の効率化を図ることが可能となります。

関連資料:半導体に使用する貴金属のコストを最小化する方法 〜製造工程に眠る「隠れ資産」発掘マップ〜

半導体に使用する貴金属のコストを最小化について気になる方は、以下よりお気軽にお問い合わせください。

お問い合わせ

関連記事

コミュニケーションを支える貴金属

現代社会は、スマートフォンやIoT(モノのインターネット)、次世代通信規格の5G/6Gといった技術による、瞬時の情報伝達とシームレスなコミュニケーションの上に成り立っています。私たちが日常で何気なく行っている「話す」「送る」「繋がる」といった行為。その裏側には、高度に機能化された電子デバイス群が不可欠です。そして、それらデバイスの内部には、極めて重要な役割を担いながらも、普段は決して私たちの目に触...

薄く、細く、つなぐキンゾク、貴金属

現代社会の利便性は、目に見えないところで働く微細な電子デバイスによって成り立っています。通信、モビリティ、住環境、そして製造現場に至るまで、あらゆる領域で電子デバイスの「小型化」と「高機能化」がかつてないスピードで加速しています。 この高度なエレクトロニクス産業の進化を根底から支えているのが、金、銀、白金族といった「貴金属材料」です。貴金属は、半導体や電子部品の核心部において、電気信号を「繋ぐ」、...

貴金属めっきとその廃液からの貴金属回収

半導体や電子部品には、高い導電性・環境特性を持つ貴金属が「めっき」という手法によって広く使用されています。特に、金めっきは、酸化や腐食に対する耐性が非常に高く、また高い電気伝導性や耐摩耗性も兼ね備えています。そのため、金めっきは電子機器部品や精密機械、医療機器など、さまざまな分野で利用されています。しかし、有限かつ高価な貴金属めっき材料としての「金」には「省金」及び「リサイクル」を前提とした使用が...