Nachdem Hurrikan Helene am Abend des 26. September in Florida auf Land traf, hat er die zehn Bundesstaaten, die er durchquerte, schwer getroffen. US-Behörden zufolge ist er nach Katrina der zweittödlichste Sturm in den USA seit 50 Jahren.

Helene erzwang außerdem die Schließung zweier Minen in Spruce Pine, North Carolina. Diese gehören SCR-Sibelco und Quartz und produzieren rund vier Fünftel des weltweit hochwertigsten Quarzes. Quarz ist ein wichtiger Bestandteil der Halbleiterproduktion.

Ostasiatische Chiphersteller versuchen verzweifelt, die Auswirkungen der Schließung der Spruce Pine-Mine einzuschätzen. Dies zeigt, dass selbst kleine Bereiche der heutigen globalisierten Lieferketten versteckte Schwachstellen bergen können.

Quarz in der Halbleiterfertigung

Quarz wird bei der Herstellung von Halbleitern und Solarmodulen verwendet und dient zur Herstellung von Schmelztiegeln, in denen Silizium erhitzt, geschmolzen und in eine Einkristallstruktur umgewandelt wird, wodurch Halbleiter entstehen. Das Verfahren wird Czochralski genannt, benannt nach dem polnischen Wissenschaftler , der diese Struktur vor über einem Jahrhundert zufällig entdeckte, als er einen Stift anstelle von Tinte in einen Schmelztiegel tauchte.

Verunreinigungen im Tiegel können zu unerwünschten Fehlern im Silizium führen, die die gedruckten Schaltkreise beeinträchtigen und das Risiko fehlerhafter Chips erhöhen. Deshalb trägt Quarz, das bei hohen Temperaturen stabil ist und nicht leicht mit anderen Materialien reagiert, zur Sicherung der Siliziumqualität bei.

Warum ist North Carolina-Quarz etwas Besonderes?

Quarz aus den Spruce Pine-Minen gehört laut Sibelco zu den reinsten der Welt. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass der Quarz vor Hunderten von Millionen Jahren unter wasserarmen Bedingungen entstand. Der Wassermangel führte dazu, dass bei der Entstehung des Minerals weniger Verunreinigungen eintraten.

Die seltene Reinheit des Spruce Pine-Quarzes stellt sicher, dass das daraus produzierte Silizium makellos ist, was ihn laut dem Journalisten Ed Conway, Autor des Buches „Material World“, zu einem wichtigen Bestandteil der globalen Lieferkette für Halbleiter macht.

Welche Auswirkungen haben Minenschließungen auf die Chipindustrie?

Das Ausmaß der Auswirkungen hängt davon ab, wie lange es dauert, die Minen und Transportwege zur Außenwelt wieder zu öffnen.

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Schäden durch Hurrikan Helene in der Nähe der Stadt Spruce Pine, die einen Großteil des hochreinen Quarzes für die Halbleiterproduktion liefert. Foto: Barbara A. Stagg

Die Chip-Giganten Samsung Electronics, Infineon Technologies, SK Hynix und TSMC gaben an, dass ihre Geschäftstätigkeit derzeit nicht wesentlich beeinträchtigt sei. Die Siliziumwaferhersteller Shin-Etsu Chemical, Sumco und GlobalWafers sind stärker betroffen.

Einige Unternehmen halten große Lagerbestände, doch wenn die Situation bei Spruce Pine anhält, könnten sie versuchen, ihre Quarzversorgung zu diversifizieren, was Sibelco und den Konkurrenten von Quartz zugute käme, so das Forschungsunternehmen SemiAnalysis.

Wie die umliegenden Gebiete kämpft auch Spruce Pine mit Infrastrukturschäden wie Überschwemmungen, Stromausfällen, Straßensperrungen und Kommunikationsstörungen. SCR-Sibelco und Quartz bemühen sich, alle Mitarbeiter vor Ort zu kontaktieren, von denen viele evakuiert wurden oder ihr Zuhause verloren haben.

Experten für Lieferketten gehen davon aus, dass es Wochen dauern könnte, bis die Minen wieder in Betrieb genommen werden. Das bedeutet, dass Chip-Engpässe und Preissteigerungen wahrscheinlich sind, da die Giganten des Silicon Valley Milliarden in KI-Chips stecken.

Große Chiphersteller sind sich der Gefahren von Lieferkettenengpässen während der Covid-19-Pandemie bewusst geworden, da Arbeitskräftemangel und Fehleinschätzungen der Nachfrage zu einer Chipknappheit geführt haben. Einige Komponentenlieferanten bemühen sich, ihre Produktion hochzufahren, um die steigende Nachfrage nach bestimmten Chips, insbesondere KI-Chips, zu decken.

Alternativen zu Fichten-Kiefern-Quarz?

Fichtenkieferquarz kann durch synthetischen oder natürlichen Quarz von Lieferanten aus Indien und China ersetzt werden, diese erfüllen jedoch nicht die kritischen Reinheitsstandards des Tiegels, so die BloombergNEF-Analystin Jenny Chase.

Dies kann die Effizienz der Waferproduktion verringern, da der Tiegel häufiger ausgetauscht werden muss, was zu höheren Kosten und höheren Produktpreisen führt.

Derzeit ist hochreiner Quarz nur ein kleiner Bestandteil der Chipherstellung, daher ist der Anstieg der Produktionskosten nicht groß genug, um die Produktion kurzfristig zum Erliegen zu bringen oder zu unterbrechen.

(Laut Bloomberg, CNN)