Gián đoạn khai thác thạch anh tại Spruce Pine, NC đe dọa sản xuất bán dẫn

Điểm nổi bật của bài viết

• Bão Helene gây thiệt hại ước tính từ 20 đến 34 tỷ USD tại khu vực Đông Nam Hoa Kỳ.
• Spruce Pine, Bắc Carolina, sản xuất từ 70% đến 90% thạch anh tinh khiết cao trên toàn cầu phục vụ ngành bán dẫn.
• Sibelco và The Quartz Corp đã tạm dừng hoạt động tại Spruce Pine do thiệt hại từ bão.
• Thạch anh tinh khiết cao là vật liệu then chốt để tạo ra thạch anh nung chảy dùng trong quy trình sản xuất tinh thể silicon.
• Các doanh nghiệp kỳ vọng có thể đáp ứng nhu cầu cung ứng ngắn hạn, song gián đoạn kéo dài vẫn có thể ảnh hưởng đến sản xuất bán dẫn.

Bão Helene có thể gây thiệt hại danh nghĩa 20-34 tỷ USD

Cuối tháng 9, bão Helene cấp 4 quét qua khu vực Đông Nam Hoa Kỳ, gây ra thiệt hại diện rộng và làm hơn 200 người thiệt mạng. Đến đầu tháng 10, vẫn còn hàng trăm người chưa được xác nhận tung tích. 

Cơn bão đã trút xuống nước Mỹ 40.000 tỷ gallon nước — tương đương trữ lượng hồ Tahoe — khiến nhiều thị trấn bị ngập lụt, sạt lở, mất điện và đối mặt nhiều khó khăn khác. Theo ước tính ban đầu từ Moody Analytics, chi phí thiệt hại có thể lên tới 20 đến 34 tỷ USD, đưa đây trở thành một trong mười cơn bão gây thiệt hại lớn nhất lịch sử Hoa Kỳ (ngoài việc cũng là một trong các cơn bão gây chết người nhất). 

Spruce Pine: thị trấn nhỏ, nguồn cung lớn thạch anh tinh khiết cao

Một khu vực chịu ảnh hưởng đặc biệt nặng nề là thị trấn Spruce Pine ở Bắc Carolina. Thị trấn nhỏ này, với dân số chỉ hơn 2.000 người, ghi nhận 24,12 inch lượng mưa chỉ trong 24 giờ. Con số này phá kỷ lục lượng mưa từng trăm năm qua của khu vực (lập năm 1916).

Khác với các thị trấn nhỏ khác ít được chú ý sau bão Helene, Spruce Pine đặc biệt được quan tâm vì vai trò then chốt đối với ngành sản xuất bán dẫn toàn cầu.

Báo cáo tác động từ các mỏ thạch anh tinh khiết cao của Spruce Pine

Spruce Pine là nơi đặt hai mỏ sản xuất 70-90% thạch anh tinh khiết cao trên thế giới. Các mỏ này thuộc sở hữu của hai doanh nghiệp: Sibelco, doanh nghiệp giải pháp vật liệu toàn cầu có trụ sở tại Bỉ, và The Quartz Corp, liên doanh giữa Imerys SA (Pháp) và Norsk Mineral AS (Na Uy).

Theo Imerys, “thạch anh được sản xuất tại Spruce Pine, Bắc Carolina, Hoa Kỳ… thuộc nhóm khai thác có độ tinh khiết cao nhất thế giới.”

Sau bão, cả hai doanh nghiệp đã đình chỉ khai thác để đánh giá thiệt hại và ảnh hưởng tiềm tàng đến nhân sự. Trong những ngày tiếp theo, họ cũng phát đi các thông báo chính thức về tác động của bão Helene với hoạt động sản xuất tại khu vực.

Phản hồi của doanh nghiệp về ảnh hưởng của bão Helene tới hoạt động khai thác thạch anh

Sibelco: thông báo ban đầu về tác động tới hoạt động khai thác

Sibelco thông báo ban đầu rằng “cộng đồng Spruce Pine bị ảnh hưởng đặc biệt nặng nề” và “từ ngày 26/09, chúng tôi đã tạm dừng hoạt động tại các cơ sở ở Spruce Pine để ứng phó.”

Một cập nhật sau đó cho biết “đánh giá ban đầu cho thấy các cơ sở khai thác tại khu vực Spruce Pine chỉ chịu thiệt hại nhẹ” song “quá trình đánh giá chi tiết vẫn đang tiếp tục.” Doanh nghiệp cũng thông tin việc vận chuyển sản phẩm hiện chưa được khôi phục và đang nỗ lực thực hiện điều đó. Việc thiếu điện cho vận hành vẫn là thách thức lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng nối lại khai thác. 

The Quartz Corp: thông báo ban đầu về tác động tới hoạt động khai thác

Trong thông báo ngày 02/10, The Quartz Corp cho biết “thiệt hại chủ yếu tập trung ở các đơn vị phụ trợ. Còn quá sớm để xác định thời điểm TQC có thể nối lại hoạt động do phụ thuộc vào quá trình phục hồi cơ sở hạ tầng địa phương.”

Doanh nghiệp cũng nhấn mạnh khả năng kiểm soát gián đoạn nguồn cung nhờ “dự trữ nguyên liệu ở Na Uy sẵn sàng cung ứng cho các nhà máy tinh chế. Kết hợp cùng lượng hàng thành phẩm lưu tại các khâu khác nhau trong chuỗi cung ứng, chúng tôi không dự báo có tình huống nghiêm trọng nào cho các ngành công nghiệp hạ nguồn trong ngắn và trung hạn.” 

Thạch anh được sử dụng ở đâu trong quy trình sản xuất bán dẫn?

Thạch anh tinh khiết cao dùng để chế tạo “thạch anh nung chảy, một vật liệu có tính chất quang học, cơ học và nhiệt vượt trội, làm cho nó không thể thay thế trong sản xuất nhiều sản phẩm công nghệ cao.”

Thạch anh là thành phần trọng yếu ở nhiều công đoạn sản xuất chip bán dẫn sử dụng trong công nghệ công nghiệp và thương mại, gồm máy tính xách tay, điện thoại thông minh, robot công nghiệp và hạ tầng mạng 5G. 

Ứng dụng của thạch anh nung chảy trong sản xuất bán dẫn

Thạch anh nung chảy đảm nhiệm nhiều vai trò quan trọng trong sản xuất bán dẫn:

Nồi nấu thạch anh nung chảy: thạch anh tinh khiết cao được sử dụng trong một bước quan trọng gọi là quy trình Czochralski (CZ), một phương pháp nuôi tinh thể silicon lớn, chất lượng cao (còn gọi là phôi silicon), sau đó được xẻ thành những tấm wafer để chế tạo chip bán dẫn.

Nồi nấu thạch anh nung chảy là bộ phận không thể thay thế trong quy trình Czochralski:

“Silicon cấp bán dẫn có điểm nóng chảy xấp xỉ 1.425°C (2.597°F) và phải được duy trì liên tục trong suốt quá trình Czochralski khi mầm tinh thể gắn trên một thanh được nhúng vào hỗn hợp và kéo lên khỏi nồi nấu. Nồi nấu thạch anh nung chảy là một trong những linh kiện phù hợp hiếm hoi cho phương pháp này nhờ đặc tính ổn định kích thước và khả năng kháng sốc nhiệt tuyệt vời. Nồi nấu thạch anh cũng vượt trội nhờ không dẫn điện, có điện trở suất danh định 1 x 10⁸ Ω.m ở 1.000°C.

Ống và phôi thạch anh nung chảy: thạch anh tinh khiết cao cũng được dùng để sản xuất ống và phôi thạch anh nung chảy, là nguyên liệu thiết yếu để gia công các thiết bị/quy trình thạch anh, sử dụng ở nhiều khâu trong sản xuất bán dẫn.

Tuy nồi nấu thạch anh rất bền, chúng không phải lúc nào cũng có thể tái sử dụng. Số lần tái sử dụng phụ thuộc từng kiểu quy trình Czochralski. Sau một số lần dùng, nồi nấu sẽ nhiễm tạp chất và gặp các vấn đề khác làm giảm khả năng nuôi tiếp phôi tinh thể silicon. 

Các khu vực sản xuất thạch anh khác trên thế giới

Dù phần lớn thạch anh tinh khiết cao toàn cầu xuất phát từ Spruce Pine, vật liệu này cũng được khai thác tại nhiều nơi khác như:

• Mỏ Bovill ở Idaho, Hoa Kỳ
• Mỏ Lighthouse ở Queensland, Úc
• Mỏ White Springs và Quartz Hill tại Úc

Cũng có các mỏ thạch anh tại Mauritania, Nga, Đức và Na Uy.

Điều này có ý nghĩa gì đối với các nhà sản xuất?

Đối với các nhà sản xuất điện tử, thiệt hại tại mỏ thạch anh tinh khiết cao Spruce Pine tiềm ẩn rủi ro lớn đối với chuỗi cung ứng bán dẫn. Vì thạch anh là vật liệu không thể thay thế trong sản xuất chip bán dẫn, bất kỳ gián đoạn nào trong khai thác thạch anh đều có thể làm chậm tiến độ sản xuất chip. 

Dù cả Sibelco và The Quartz Corp đều khẳng định sẽ không bị gián đoạn nguồn cung ngay nhờ lượng hàng dự trữ hiện có, một quá trình phục hồi kéo dài hoặc các dự án tái thiết lớn đối với hạ tầng địa phương vẫn có thể ảnh hưởng tới tiến độ sản xuất bán dẫn. Do tính chất giới hạn tái sử dụng của nồi nấu thạch anh đang tồn kho, thời gian các mỏ chưa hoạt động trở lại càng lâu thì hiệu ứng dây chuyền lên toàn bộ hệ sinh thái sản xuất chip càng lớn.