Il collo di bottiglia del quarzo: perché i piani di capacità delle fab dipendono da due miniere in North Carolina

I numeri sul collo di bottiglia di Spruce Pine sono più piccoli e più strani della versione che gira su internet. Brian Potter, su Construction Physics, l'8 novembre 2024 stima che la cittadina produca da 180.000 a 200.000 tonnellate di quarzo ad alta purezza all'anno. Sono più o meno tre giorni di produzione della più grande miniera di carbone degli Stati Uniti. L'industria che ne dipende vale migliaia di miliardi.

L'articolo di Potter corregge la lettura apocalittica che ha seguito l'uragano Helene. Nel libro del 2023 di Ed Conway Material World, un esperto del settore viene citato mentre dice che danni sufficienti alle miniere "potrebbero porre fine alla produzione mondiale di semiconduttori e pannelli solari entro sei mesi". Il verdetto di Potter è più stretto: Spruce Pine non è un perno del tutto insostituibile. Se la si taglia fuori, i rendimenti calano, i costi salgono e la ricerca di sostituti accelera. I semiconduttori non si fermano.

Perché il crogiolo conta più del chip

La maggior parte del silicio per microchip nasce come quarzo. Lo si fa reagire con il carbonio in un forno ad arco sommerso e si ottiene silicio di grado metallurgico, con una purezza del 98 al 99 per cento. Il processo Siemens lo porta a polisilicio. Poi il metodo Czochralski fonde il polisilicio in un crogiolo di quarzo sopra i 1.400 gradi Celsius e tira un cristallo singolo dalla massa fusa. Le impurità del crogiolo migrano nel silicio, quindi il quarzo deve essere il più pulito possibile. I crogioli hanno uno strato interno ad alta purezza e uno esterno più economico.

Il costo conta quanto la purezza.

Potter riporta che il quarzo ad alta purezza costa nell'ordine dei 10.000 dollari a tonnellata. Ogni crogiolo costa alcune migliaia di dollari e dura circa 400 ore di esercizio. Un forno Czochralski consuma da 20 a 25 crogioli all'anno, e un articolo citato attribuiva il 30 per cento del costo di produzione dei lingotti monocristallini ai crogioli. Un grande impianto di lingotti fa funzionare decine di forni. Ecco perché il fermo di una singola miniera si propaga così lontano.

I due operatori sono Covia, già Unimin, controllata della società mineraria belga Sibelco, e Quartz Corp, una società mineraria norvegese. Dopo Helene, Tom's Hardware ha riferito il 1 ottobre 2024 che Sibelco aveva confermato una sospensione delle operazioni. Un portavoce di Quartz Corp ha detto a The Verge che era troppo presto per stabilire se il suo impianto di produzione fosse stato colpito. Tom's Hardware non è riuscito a contattare Sibelco perché il servizio telefonico nella zona era interrotto. Il servizio notava anche che le miniere si trovano sulle colline e non in città, e alcuni commentatori contestavano l'impostazione del titolo.

I piani di capacità altrove ignorano la catena dei materiali

Intanto la spinta sulla capacità continua. Il governo indiano ha annunciato a luglio 2026 un Mobile Phone Manufacturing Scheme da 625 miliardi di rupie (circa 6,5 miliardi di dollari), della durata di cinque anni, più 1.280 miliardi di rupie (circa 13,3 miliardi di dollari) per la produzione nazionale di semiconduttori, secondo TechCrunch. Nel 2025 la Cina deteneva il 63 per cento della produzione mondiale di smartphone, contro il 18 per cento dell'India, secondo Counterpoint Research. Nessuno dei due dati riguarda l'approvvigionamento di crogioli.

Texas Instruments ha detto il 24 ottobre 2024 di aver avviato la produzione di semiconduttori di potenza GaN ad Aizu, in Giappone. L'azienda ha quadruplicato la capacità GaN interna accanto alla fab di Dallas e sta sperimentando processi GaN su wafer da 300 mm. Mohammad Yunus, senior vice president della tecnologia e della produzione di TI, ha detto che l'azienda punta a portare la produzione interna a oltre il 95 per cento entro il 2030. È un argomento di catena di fornitura, ma riguarda le fab di TI, non il quarzo che sta sotto.

La conclusione di Potter è quella da tenere: alternative al quarzo di Spruce Pine esistono, ma non sono ancora sviluppate, non sono altrettanto buone e non sono altrettanto economiche. Un materiale migliore per i crogioli farebbe più che rimuovere il collo di bottiglia. Il quarzo è un fattore limitante nella produzione dei lingotti, e sostituirlo potrebbe alzare l'efficienza produttiva ben oltre ciò che Spruce Pine può fornire.