Nachdem Hurrikan Helene am Abend des 26. September in Florida auf Land traf, hat er die zehn Bundesstaaten, die er durchquerte, schwer getroffen. Nach Angaben US-amerikanischer Behörden handelt es sich nach Katrina um den zweittödlichsten Sturm in den USA seit 50 Jahren.

Helene erzwang außerdem die Schließung zweier Minen in Spruce Pine im Bundesstaat North Carolina, die SCR-Sibelco und Quartz gehören und etwa vier Fünftel des hochwertigsten Quarzes der Welt produzieren. Quarz ist ein wichtiger Bestandteil der Halbleiterherstellung.

Ostasiatische Chiphersteller versuchen derzeit, die Auswirkungen der Minenschließung in der Stadt Spruce Pine zu beurteilen. Der Vorfall macht deutlich, dass selbst in den kleinsten Ecken der heutigen globalisierten Lieferketten versteckte Schwachstellen bestehen können.

Quarz in der Halbleiterfertigung

Quarz wird bei der Herstellung von Halbleitern und Solarmodulen verwendet, um Tiegel herzustellen, in denen Silizium erhitzt, geschmolzen und in eine Einkristallstruktur umgewandelt wird, wodurch Halbleiter entstehen. Die Methode wird Czochralski genannt, benannt nach dem polnischen Wissenschaftler, der diese Struktur vor über einem Jahrhundert zufällig entdeckte, als er einen Stift statt in ein Tintenfass in einen Tiegel mit geschmolzenem Metall tauchte.

Jegliche Verunreinigungen im Tiegel können zu unerwünschten Defekten im Silizium führen, die die darauf gedruckten Schaltkreise beeinträchtigen und das Risiko eines defekten 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 zu den reinsten der Welt, wahrscheinlich weil der Quarz vor Hunderten von Millionen Jahren unter wasserarmen Bedingungen entstanden ist, so Sibelco. Durch den Wassermangel werden bei der Mineralbildung weniger Verunreinigungen eingetragen.

Die seltene Reinheit des Fichtenkieferquarzes gewährleistet, dass das produzierte Silizium perfekt ist. Dies macht es laut dem Journalisten Ed Conway, Autor des Buches „Material World“, zu einem wichtigen Teil der globalen Lieferkette für Halbleiter.

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 Halbleiterherstellung liefert. Foto: Barbara A. Stagg

Giganten der Chipherstellung wie Samsung Electronics, Infineon Technologies, SK Hynix und TSMC sagten, ihr Betrieb sei derzeit nicht wesentlich beeinträchtigt. Hersteller von Silizium-Wafern wie Shin-Etsu Chemical, Sumco und GlobalWafers sind stärker betroffen.

Dem Marktforschungsunternehmen SemiAnalysis zufolge verfügen einige Unternehmen über große Lagerbestände. Sollte die Situation bei Spruce Pine jedoch anhalten, könnte das Unternehmen versuchen, seine Quarzversorgung zu diversifizieren, was den Konkurrenten von Sibelco und Quartz zugute käme.

Wie die umliegenden Gebiete hat auch Spruce Pine mit Schäden durch zerstörte Infrastruktur zu kämpfen, etwa Überschwemmungen, Stromausfällen, zerstörten Straßen und Kommunikationsstörungen. SCR-Sibelco und Quartz versuchen, alle Mitarbeiter vor Ort zu kontaktieren, von denen viele evakuiert wurden oder deren Häuser zerstört wurden.

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

Alternativen zu Fichten-Kiefern-Quarz?

Fichten-Kiefern-Quarz kann durch synthetischen oder natürlichen Quarz von indischen und chinesischen Lieferanten ersetzt werden. Laut BloombergNEF-Analystin Jenny Chase erfüllen sie jedoch nicht die wichtigsten Reinheitsstandards des Tiegels.

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

Derzeit spielt hochreiner Quarz nur eine untergeordnete Rolle bei der Chipherstellung. Daher ist der Anstieg der Produktionskosten nicht groß genug, um die Produktion kurzfristig zu „entgleisen“ oder zu stören.

(Laut Bloomberg, CNN)