Nachdem Hurrikan Helene am Abend des 26. September Florida erreichte, 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 einer Mine in Spruce Pine einzuschätzen. Dieser Fall verdeutlicht, 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 heißt Czochralski und ist nach dem polnischen Wissenschaftler benannt, der diese Struktur vor über einem Jahrhundert zufällig entdeckte, als er einen Stift anstelle eines Tintenfasses in einen Schmelztiegel tauchte.

Verunreinigungen im Tiegel können zu unerwünschten Fehlern im Silizium führen, die die darauf 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 Qualitätssicherung des Siliziums bei.

Warum ist North Carolina-Quarz etwas Besonderes?

Quarz aus den Spruce Pine Minen gehört zu den reinsten der Welt, wahrscheinlich weil er vor Hunderten von Millionen Jahren unter wasserarmen Bedingungen entstand, so Sibelco. Der Wassermangel bedeutet, dass bei der Entstehung des Minerals weniger Verunreinigungen entstanden.

Die seltene Reinheit des Spruce Pine-Quarzes stellt sicher, dass das daraus hergestellte Silizium makellos ist, was ihn laut dem Journalisten Ed Conway, Autor von Material World, zu einem wichtigen Teil 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 nahe 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 nennenswert 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 arbeiten daran, alle Mitarbeiter vor Ort zu erreichen, von denen viele evakuiert wurden oder ihr Zuhause verloren haben.

Experten für Lieferketten gehen davon aus, dass es Wochen dauern könnte, bis die Minen ihren Betrieb wieder aufnehmen. Das bedeutet, dass es wahrscheinlich zu Chip-Engpässen und Preissteigerungen kommen wird, da die Giganten des Silicon Valley Milliarden von Dollar in KI-Chips stecken.

Große Chiphersteller waren sich der Gefahren von Lieferkettenengpässen während der Covid-19-Pandemie bewusst, da Arbeitskräftemangel und Fehleinschätzungen der Nachfrage zu Chipknappheit führten. Einige Zulieferer 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 indischen und chinesischen Lieferanten ersetzt werden, doch diese erfüllen 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 Herstellungskosten nicht groß genug, um die Produktion kurzfristig zum Erliegen zu bringen oder zu unterbrechen.

(Laut Bloomberg, CNN)