Wąskie gardło kwarcu. Dlaczego plany rozbudowy fabryk opierają się na dwóch kopalniach w Karolinie Północnej

Liczby opisujące wąskie gardło w Spruce Pine są mniejsze i dziwniejsze niż wersja internetowa. Brian Potter, pisząc 8 listopada 2024 roku na Construction Physics, szacuje, że miasteczko produkuje od 180 000 do 200 000 ton wysokiej czystości kwarcu rocznie. To mniej więcej trzy dni wydobycia w największej amerykańskiej kopalni węgla. Branża, która od niego zależy, jest warta biliony.

Tekst Pottera to pożyteczna korekta apokaliptycznej narracji, jaka pojawiła się po huraganie Helene. W książce Eda Conwaya Material World z 2023 roku cytowany jest ekspert branżowy, według którego wystarczająco duże zniszczenia kopalń "mogłyby zakończyć światową produkcję półprzewodników i paneli słonecznych w ciągu sześciu miesięcy". Werdykt Pottera jest węższy: Spruce Pine nie jest całkiem niezastąpionym zwornikiem. Odcięcie go obniża wydajność, podnosi koszty i przyspiesza poszukiwania substytutów. Półprzewodniki nie stają.

Dlaczego tygiel jest ważniejszy niż sam chip

Większość krzemu do mikroczipów zaczyna jako kwarc. W piecu łukowym kwarc reaguje z węglem i daje krzem metalurgiczny o czystości 98 do 99 procent. Proces Siemensa doprowadza go do polikrzemu. Potem metoda Czochralskiego topi polikrzem w kwarcowym tyglu powyżej 1 400 stopni Celsjusza i wyciąga z roztopu monokryształ. Zanieczyszczenia z tygla przechodzą do krzemu, więc kwarc musi być możliwie czysty. Tygiel ma wysokiej czystości warstwę wewnętrzną i tańszą zewnętrzną.

Koszt liczy się tak samo jak czystość.

Potter podaje, że wysokiej czystości kwarc kosztuje rzędu 10 000 dolarów za tonę, a tygle po kilka tysięcy dolarów każdy wytrzymują około 400 godzin pracy. Piec Czochralskiego zużywa 20 do 25 tygli rocznie, a jedno z cytowanych opracowań przypisywało tyglom 30 procent kosztu wytworzenia monokrystalicznej sztabki. Duży zakład produkujący sztabki obsługuje dziesiątki pieców. Dlatego przestój jednej kopalni sięga tak daleko.

Operatorów jest dwóch: Covia, dawniej Unimin, spółka zależna belgijskiego koncernu wydobywczego Sibelco, oraz Quartz Corp, norweska firma wydobywcza. Po Helene Tom's Hardware podał 1 października 2024 roku, że Sibelco potwierdziło wstrzymanie działalności. Rzecznik Quartz Corp powiedział The Verge, że jest za wcześnie, by stwierdzić, czy zakład produkcyjny został dotknięty. Tom's Hardware nie mógł dodzwonić się do Sibelco, bo w okolicy nie działała telefonia. W relacji zaznaczono, że kopalnie leżą w górach, nie w samym miasteczku, a część komentujących spierała się z wymową nagłówka.

Plany rozbudowy pomijają łańcuch materiałowy

Tymczasem pęd do zwiększania mocy trwa. Rząd Indii ogłosił w lipcu 2026 roku program Mobile Phone Manufacturing Scheme o wartości 625 mld rupii (około 6,5 mld dolarów), rozłożony na pięć lat, plus 1,28 bln rupii (około 13,3 mld dolarów) na krajową produkcję półprzewodników, jak podaje TechCrunch. Chiny miały w 2025 roku 63 procent światowej produkcji smartfonów, Indie 18 procent, według Counterpoint Research. Żadna z tych liczb nie dotyczy dostaw tygli.

Texas Instruments poinformowało 24 października 2024 roku, że rozpoczęło produkcję półprzewodników mocy z azotku galu w Aizu w Japonii. Firma czterokrotnie zwiększyła wewnętrzne moce GaN obok fabryki w Dallas i testuje procesy GaN na płytkach 300 mm. Mohammad Yunus, starszy wiceprezes TI ds. technologii i produkcji, powiedział, że firma chce do 2030 roku zwiększyć produkcję własną do ponad 95 procent. To argument łańcucha dostaw, ale dotyczy fabryk TI, nie kwarcu pod nimi.

Wniosek Pottera jest ten, który warto zapamiętać: alternatywy dla kwarcu ze Spruce Pine istnieją, ale nie są jeszcze rozwinięte, nie są całkiem tak dobre i nie są całkiem tak tanie. Lepszy materiał na tygiel zrobiłby więcej niż usunięcie wąskiego gardła. Kwarc jest czynnikiem ograniczającym produkcję sztabek, a jego zastąpienie mogłoby podnieść wydajność produkcji znacznie ponad to, co może dostarczyć Spruce Pine.