Zakłócenia wydobycia kwarcu w Spruce Pine, NC, zagrożeniem dla produkcji półprzewodników

Najważniejsze informacje z artykułu

• Huragan Helene spowodował szkody szacowane na 20–34 mld USD na południowym wschodzie USA.
• Spruce Pine w Karolinie Północnej dostarcza 70–90% światowej produkcji kwarcu o wysokiej czystości wykorzystywanego w półprzewodnikach.
• Sibelco i The Quartz Corp tymczasowo wstrzymały działalność w Spruce Pine z powodu zniszczeń wywołanych przez huragan.
• Kwarc o wysokiej czystości jest kluczowy do produkcji zeszklonego kwarcu, wykorzystywanego w procesie wytwarzania kryształów krzemu.
• Firmy przewidują zaspokojenie bieżących potrzeb w krótkim okresie, jednak długotrwałe zakłócenia mogą wpłynąć na produkcję półprzewodników.

Huragan Helene może wygenerować szkody nominalne o wartości 20–34 mld USD

Pod koniec września huragan Helene czwartej kategorii przeszedł przez południowo-wschodnie Stany Zjednoczone, wywołując rozległe zniszczenia i pozostawiając ponad 200 ofiar śmiertelnych. Na początku października setki osób nadal uznaje się za zaginione. 

Huragan zrzucił 40 bilionów galonów wody na terenie USA—równowartość objętości jeziora Tahoe—powodując powodzie, osuwiska, przerwy w dostawach prądu i inne wyzwania. Według wstępnych szacunków Moody Analytics straty mogą wynieść od 20 do 34 miliardów dolarów łącznie, co czyni Helene jednym z dziesięciu najkosztowniejszych huraganów w historii USA (nie wspominając już o liczbie ofiar śmiertelnych). 

Spruce Pine: małe miasteczko, kluczowy dostawca kwarcu o wysokiej czystości

Szczególnie dotkniętym terenem było miasto Spruce Pine w Karolinie Północnej. Ta niewielka miejscowość, licząca nieco ponad 2000 mieszkańców, odnotowała 24,12 cala deszczu w ciągu 24 godzin. Tym samym pobity został rekord opadów utrzymujący się w regionie od ponad stu lat (ustanowiony w 1916 roku).

W przeciwieństwie do innych małych miast zmagających się ze skutkami Helene w względnej anonimowości, Spruce Pine przyciągnęło uwagę ze względu na swoje kluczowe znaczenie w globalnej produkcji półprzewodników.

Kopalnie kwarcu o wysokiej czystości w Spruce Pine: raport dotyczący wpływu

W Spruce Pine działają dwie kopalnie, które dostarczają 70–90% światowego kwarcu o wysokiej czystości. Należą one do: Sibelco, globalnego przedsiębiorstwa materiałowego z siedzibą w Belgii, oraz The Quartz Corp, joint venture łączącego francuską spółkę Imerys SA i Norsk Mineral AS.

Według Imerys „kwarc wydobywany w Spruce Pine, Karolina Północna, USA… to złoża o najwyższej czystości na świecie”.

Po przejściu huraganu obie firmy wstrzymały działalność wydobywczą, aby ocenić zakres szkód oraz potencjalne konsekwencje dla pracowników. W kolejnych dniach opublikowały też oficjalne komunikaty na temat wpływu huraganu Helene na produkcję w tym regionie.

Reakcje firm na skutki huraganu Helene w wydobyciu kwarcu

Sibelco: pierwszy komunikat o skutkach dla wydobycia

Sibelco poinformowało początkowo, że „społeczność Spruce Pine została dotknięta wyjątkowo mocno” oraz że „od 26 września tymczasowo wstrzymano działalność w placówkach Spruce Pine w odpowiedzi na zaistniałe wyzwania”.

Kolejna aktualizacja podaje, że „wstępna ocena wskazuje, że nasze zakłady operacyjne w regionie Spruce Pine doznały jedynie drobnych uszkodzeń”, ale „szczegółowe analizy są w toku”. Firma podkreśliła, że wysyłki produktów jeszcze nie zostały wznowione, lecz prowadzone są działania w tym kierunku. Brak prądu w zakładach pozostaje istotnym wyzwaniem i kluczową przeszkodą w przywróceniu wydobycia. 

The Quartz Corp: pierwszy komunikat o skutkach dla wydobycia

W oświadczeniu z 2 października The Quartz Corp poinformowało, że „najwięcej szkód wystąpiło wokół urządzeń pomocniczych. Wciąż za wcześnie, by określić, kiedy TQC wznowi działalność—zależy to także od odbudowy lokalnej infrastruktury.”

Firma wyraziła przekonanie, że dzięki „wysokim stanom zapasów surowca w Norwegii, wykorzystywanych w procesach oczyszczania, a także buforowym zapasom gotowych produktów i komponentów na różnych etapach łańcucha dostaw, nie spodziewa się krytycznych zakłóceń dla odbiorców w najbliższym czasie.” 

Gdzie wykorzystywany jest kwarc w produkcji półprzewodników?

Kwarc o wysokiej czystości służy do produkcji „zeszklonego kwarcu, materiału o unikalnych właściwościach optycznych, mechanicznych i termicznych, który czyni go niezbędnym wytwarzaniu szerokiego zakresu wysoce zaawansowanych technologii”.

Kwarc jest kluczowym elementem procesu produkcji układów scalonych wykorzystywanych w technologiach przemysłowych i komercyjnych, takich jak laptopy, smartfony, roboty przemysłowe czy infrastruktura sieci 5G. 

Zastosowanie zeszklonego kwarcu w produkcji półprzewodników

Zeszklony kwarc pełni wiele istotnych funkcji w produkcji półprzewodników:

Tygle zeszklonego kwarcu: kwarc o wysokiej czystości jest wykorzystywany w kluczowym etapie zwanym procesem Czochralskiego (CZ), czyli metodzie wzrostu dużych, wysokiej jakości kryształów krzemu (zwanych ingotami krzemowymi), które następnie są cięte na wafle do produkcji układów scalonych.

Tygle zeszklonego kwarcu są niezastąpionym elementem metody Czochralskiego:

„Krzem o czystości półprzewodnikowej ma temperaturę topnienia ok. 1425°C (2597°F) i temperatura ta musi być utrzymywana w trakcie procesu Czochralskiego, gdy zarodek krystaliczny na pręcie zanurza się w stopionym krzemie i jest wyciągany z tygla. Tygle zeszklonego kwarcu należą do nielicznych komponentów odpowiednich dla tej metody wzrostu monokryształów krzemu, dzięki znikomym właściwościom rozszerzalności i znakomitej odporności na szoki termiczne. Dodatkowo cechują się właściwościami nieprzewodzącymi, z rezystywnością wynoszącą nominalnie 1 x 10⁸ Ω·m w 1000°C.

Rury i ingoty zeszklonego kwarcu: kwarc o wysokiej czystości służy również do produkcji rur kwarcowych i ingotów, niezbędnych do wytwarzania aparatury i komponentów kwarcowych używanych na wielu etapach procesu produkcji półprzewodników.

Mimo wysokiej trwałości tygle kwarcowe nie zawsze nadają się do wielokrotnego użycia. Liczba możliwych cykli zależy często od konkretnej technologii procesu Czochralskiego. Po określonej liczbie użyć tygiel ulega zanieczyszczeniom i innym zjawiskom uniemożliwiającym dalszy wzrost monokryształów krzemu. 

Gdzie jeszcze na świecie wydobywa się kwarc?

Chociaż większość światowego kwarcu o wysokiej czystości powstaje w Spruce Pine, jest on również wydobywany w innych regionach na świecie, między innymi:

• Kopalnia Bovill w Idaho, USA
• Złoże Lighthouse w Queensland, Australia
• Kopalnie White Springs i Quartz Hill w Australii

Istnieją także złoża w Mauretanii, Rosji, Niemczech i Norwegii.

Co to oznacza dla producentów?

Dla producentów elektroniki zniszczenie kopalni kwarcu o wysokiej czystości w Spruce Pine to potencjalnie istotne ryzyko dla łańcucha dostaw półprzewodników. Kwarc jest bowiem niezbędny w produkcji chipów półprzewodnikowych, dlatego wszelkie zakłócenia produkcji tego minerału mogą spowolnić cały proces wytwarzania tych komponentów. 

Mimo że zarówno Sibelco, jak i The Quartz Corp deklarują, że zapasy pozwolą uniknąć natychmiastowych zakłóceń dostaw, przedłużony okres odbudowy lub konieczność szeroko zakrojonej modernizacji infrastruktury mogą w dłuższej perspektywie wpłynąć na harmonogramy produkcji półprzewodników. Ze względu na ograniczoną możliwością ponownego wykorzystania obecnych zapasów tygli kwarcowych, im dłużej potrwa przestój w kopalniach, tym większy efekt domina wystąpi w całym ekosystemie produkcji układów scalonych.