ثاني أكسيد السيليكون بدرجة نقاء تزيد عن 99.99%: تحليل متعمق للأسواق العالمية والمحلية والتطبيقات والآفاق
يعد ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء (SiO₂ ≥ 99.99%) المستخدم في الصناعات الإستراتيجية مثل أشباه الموصلات والطاقة الكهروضوئية واتصالات الألياف الضوئية. وتؤثر نقاوته والتحكم في الشوائب وخصائصه الفيزيائية بشكل مباشر على أداء المنتجات النهائية. وفيما يلي تحليل متعمق من أربعة جوانب: الوضع الحالي للأسواق العالمية والمحلية، والتطبيقات الأساسية، والاتجاهات المستقبلية، والتحديات.
أولا: الوضع الحالي للأسواق العالمية والمحلية
المعايير الدولية ومشهد المنافسة
- المعايير الفنية: في السوق العالمية الراقية، المعيار هو SiO₂ ≥ 99.995% (4N5) ومحتوى الشوائب أقل من 50μg/g. متطلبات درجة أشباه الموصلات أعلى من ذلك (4N8 - 5N).
- نمط الاحتكار: تهيمن شركة Covia (التي كانت تُعرف سابقًا باسم Sibelco في الولايات المتحدة) على العرض العالمي. وتمثل منتجات سلسلة IOTA الخاصة بها أكثر من 70% من حصة سوق أشباه الموصلات، مع وجود حواجز تقنية عالية للغاية، مثل التنقية الفائقة النقاء والتحكم في شكل الجسيمات.
- التقدم المحلي: وصل معدل توطين رمل الكوارتز عالي النقاء من الدرجة 4N5 إلى أكثر من 60٪ (مؤسسات مثل Jiangsu Pacific Quartz Co.، Ltd.)، لكن الدرجة 4N8 - 5N لا تزال تعتمد بشكل كبير على الواردات (تمثل الواردات أكثر من 90٪). كسر مسحوق السيليكا الكروي الصغير من Lianrui New Materials، والذي يستخدم في تغليف الرقائق، احتكار Denka في اليابان، وزادت حصته في السوق العالمية إلى 15٪ في عام 2023.
II. مجالات التطبيق الأساسية ودوافع الطلب
أشباه الموصلات والإلكترونيات (تمثل 45%)
- تصنيع الرقاقات: تستخدم كحامل لمحلول تلميع المقاوم الضوئي وCMP. وقد ارتفع الطلب على رقائق السيليكون مقاس 12 بوصة. وبلغت القدرة الإنتاجية الشهرية المحلية 800000 قطعة، ومن المتوقع أن تتجاوز 2 مليون قطعة في عام 2025.
- التعبئة المتقدمة: يتم تعبئة مسحوق السيليكا الكروي الدقيق في مركب صب الإيبوكسي (EMC)، مما يقلل معامل التمدد الحراري (CTE) إلى أقل من 3 جزء في المليون/درجة مئوية لتلبية متطلبات HBM (ذاكرة النطاق الترددي العالي) ورقائق الذكاء الاصطناعي.
- ركائز عالية التردد وعالية السرعة: يتم استخدام مسحوق السيليكا الدقيق منخفض Dk/Df (ثابت العزل/عامل الخسارة) في لوحات الدوائر المطبوعة لمحطات القاعدة والخوادم 5G. سيزداد حجم السوق بنسبة 12% سنويًا من عام 2023 إلى عام 2030.
- الطب الحيوي: كرات مجهرية مسامية من هلام السيليكا تستخدم كمواد تعبئة كروماتوغرافية، مع معدل استبدال محلي أقل من 10%.
- البصريات والفضاء: يتم استخدام زجاج الكوارتز عالي النقاء في عدسات الليزر فوق البنفسجية العميقة وعدسات الأقمار الصناعية، مع نفاذية ضوء تزيد عن 99.99%.
ثالثا: الاتجاهات المستقبلية ومحركات النمو
نقاط اندلاع الطلب
- التعبئة والتغليف المتقدم: ستؤدي تقنية التعبئة والتغليف ثلاثية الأبعاد وتقنية Chiplet إلى زيادة الطلب على مسحوق السيليكا الكروي الدقيق. ومن المتوقع أن يصل حجم السوق العالمية إلى 430 ألف طن في عام 2028 (بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 8.5%).
- الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية السرعة: ارتفع الطلب على مسحوق السيليكا الدقيق منخفض الخسارة للغاية (Df ≤ 0.001) بشكل كبير، حيث تجاوز سعر الوحدة 50000 يوان للطن، وهو ما يمثل علاوة بنسبة 300% مقارنة بالمنتجات العادية.
- عملية التنقية: ستحل طريقة التركيب الكيميائي (ترسيب بخار رباعي كلورو السيليكون) محل طريقة التنقية المعدنية التقليدية، مع نقاء يمكن أن يصل إلى مستوى 6N وانخفاض في التكلفة بنسبة 30٪.
- التحكم في الشكل: إنجازات في مجال تقنيات التشكيل الكروي النانوي (حجم الجسيمات ≤ 0.5 ميكرومتر) والتشتت الأحادي (قيمة التباين < 3%) لتكون مناسبة للعمليات التي تقل عن 3 نانومتر.
- دعم السياسات: تم إدراجها في كتالوج المواد الرئيسية "صنع في الصين 2025". سعر منتجات أشباه الموصلات المحلية أقل بنسبة 20% - 30% من سعر المنتجات المستوردة.
- توسيع القدرة: تخطط شركة Lianrui New Materials للوصول إلى قدرة إنتاج مسحوق كروي تبلغ 60 ألف طن سنويًا في عام 2025، والاستحواذ على 15% من حصة السوق العالمية.
رابعا. التحديات والمخاطر الرئيسية
الاختناقات في الموارد: إن الاحتياطيات العالمية من خام الكوارتز عالي النقاء أقل من 10 ملايين طن، والصين تمثل 15% فقط منها. ويصل استهلاك الطاقة للتنقية إلى 2000 كيلو وات في الساعة/طن.
المنافسة الدولية: إن حواجز براءات الاختراع للمؤسسات في أوروبا وأمريكا واليابان، مثل براءة اختراع شركة كوفيا "لتنقية الكلورة عالية الحرارة"، تحد من انتشار التكنولوجيا.
الفجوة التقنية: لا يزال محتوى الشوائب المعدنية (مثل Al و Fe) في المنتجات المحلية من الدرجة 4N8 أعلى بنسبة 50% - 100% من تلك الموجودة في المنتجات المستوردة.
خاتمة
إن ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء المستخدم في الإلكترونيات هو مادة "عنق الزجاجة" ومورد استراتيجي. ومن المتوقع أن يحافظ السوق العالمي على معدل نمو يزيد عن 10% في السنوات الخمس المقبلة. وتحتاج الشركات المحلية إلى التركيز على تحسين عملية التنقية (مثل خفض التكاليف من خلال طرق الاستخلاص البيولوجي)، وتحقيق اختراقات في التطبيقات الراقية (تدجين درجة أشباه الموصلات)، وتسريع تكامل السلسلة الصناعية (مثل دمج خام الكوارتز والتنقية والمعالجة العميقة) لتحتل مكانة أساسية في موجات الذكاء الاصطناعي والطاقة الجديدة.