暂停天然砂对台出口对半导体产业有影响吗？

时事 2022-08-04 17:04 北京

8月3日，商务部宣布暂停天然砂对台湾地区出口。

天然砂主要用于建筑行业中的混凝土，也被用于玻璃、陶瓷、耐火材料、金属铸造等。天然砂由岩石经年累月风化破碎、被河流和海水搬运堆积而成，是一种稀缺的自然资源。暂停天然砂对台湾地区出口，主要目的是保护天然砂资源，针对的是台湾地区的建筑业。但因为“从沙子到芯片”的说法太过深入人心，很多人认为，这也是对台湾的优势产业——半导体产业的打击。事实果真如此吗？

韩国SK海力士公司在无锡生产的存储器晶圆

硅片是半导体生产的基石，也是金额占比最高的原料。

所以，我们倒过来看这个问题。首先查一下，台湾半导体产业的龙头——台积电的硅片从哪儿来？

根据台积电提供给美国证券交易监督委员会（U.S. Securities and Exchange Commission）的年报“Form 20-F”（因为台积电在美国纽约证券交易所上市），近几年台积电的主要硅片供应商为：

这六家供应商总计占到台积电硅片供应量的90%以上。

目前半导体硅片市场的集中度很高，五大巨头市场占有率近90%。我国大陆的半导体硅片实力还比较弱小，最大的半导体硅片企业——上海硅产业集团在国际巨头面前也相形见绌，且大陆的硅片产能主要是8英寸、6英寸及以下的小尺寸硅片，用于生产先进半导体的12英寸大尺寸硅片的自给率很低。

那么，我们就继续往上追溯台湾地区自产半导体硅片的厂家——台塑胜高（由台塑集团和日本胜高合资建立）和环球晶圆。

先来看看硅片是如何生产的：

生产硅片的原料是多晶硅（上图为单晶硅生长设备的坩埚，其中放入小块状的多晶硅原料，另外还要添加微量的掺杂剂）。

多晶硅加热熔化后，把一小块硅晶种浸入熔融的硅液中，边旋转、边提拉，硅液在晶种上结晶，长成下图所示的单晶硅大棒，再切割成硅片。

硅片厂只负责以多晶硅为原料生产出硅片，因此多晶硅原料是从外部供应商采购的。

台塑胜高和环球晶圆这两家都是上市公司，可以尝试从其年报中窥探多晶硅供应商的信息。

环球晶圆的年报里供应商都用代号表示，而台塑胜高列举了几家主要的多晶硅供应商：

虽然台塑胜高年报中各家供应商的具体份额仍然是用代号表示的，但是查阅上海硅产业集团的招股书可知2016-2019年向瓦克集团、Hemlock（美国）、丸红株式会社瓦克集团、Hemlock、丸红株式会社采购的多晶硅占总金额的75%~95%。所以有理由推断，台湾企业的多晶硅主要也是向国外巨头采购的。

生产多晶硅（上图）的原料是高纯石英砂，在电炉中用焦炭还原为纯度较低的工业硅（下图）。

工业硅的进一步提纯采用改良西门子法，即用氯化氢（HCl）将硅转化为三氯氢硅（SiHCl₃）。这是一种低沸点的液体，通过蒸馏法提纯。

在还原炉里，用H₂在1000℃以上的高温中把三氯氢硅还原为硅，沉积在硅棒表面。

硅棒越来越粗，一段时间以后取出来敲碎，得到高纯度的多晶硅。

虽然我国拥有非常发达的晶硅太阳能电池产业，多晶硅产能占全世界的69%，硅片产能占93.7%，但这些都是纯度稍低的太阳能级的产品，半导体行业所用的电子级多晶硅对纯度要求更高，要达到99.999999999%（俗称11个9），虽然近些年已有不少电子级多晶硅项目投产，但仍然大量依赖进口。

查询硅片的进出口数据可知，2021年，中国硅片（直径＞15.24cm的单晶硅切片，税号38180019）出口数量51071.59吨，进口数量5010.54吨，出口均价为6.11万美元/吨，进口均价为46.88万美元/吨。巨大的出口量主要是太阳能级硅片，但高价值的半导体硅片仍然需要大量进口，主要来源有日本、中国台湾、韩国等地，与半导体硅片巨头的分布相吻合。这一方面是因为我国大陆地区缺乏大尺寸硅片的生产能力，另一方面就是受高纯电子级多晶硅原料来源的限制。

所以，回到一开始的问题，同样以二氧化硅（也就是石英）为主要成分，生产半导体和太阳能电池所用的石英砂原料，和天然砂有什么区别吗？

答案已经呼之欲出了——纯度。

与杂质含量高、颜色一看就不干净的天然河砂、海砂不同（也有长石等矿物组成的天然砂），生产高纯度硅产品需要用到纯度在99.99%以上的高纯石英砂，这就不是随随便便什么沙子能够满足的（上图是江苏连云港市东海县的高品质石英石矿）。

（砂在地质学中指粒径在0.074~2mm的矿物或岩石颗粒，在工程行业指能够作为建筑材料的沙子）

自然界中最好的高纯石英来源是天然水晶，但随着天然水晶资源日渐枯竭，目前主要的供应来源是白岗岩（二氧化硅含量达75%的花岗岩）、花岗伟晶岩、石英脉、石英砂堆积物（自然产物或尾矿）等，也就是说，大部分高纯石英砂并不是直接挖出来的，而是从岩石中开采后人工破碎、分离得到的。从矿石中直接分离出的石英砂的纯度可达99%甚至99.9%以上，之后再经过焙烧、酸浸、磁选、浮选等多种处理，进一步提高石英砂的纯度。

除了炼硅，高纯石英砂还可用于生产半导体工业所用的石英坩埚（上图，用于加热多晶硅制取单晶硅）和各种石英部件，纯度99.5%~99.8%的石英砂则被应用于光纤、显示屏等行业。

氧和硅是地壳丰度排前两位的元素，地球上不缺二氧化硅，但天然的二氧化硅里往往掺混有很多杂质，高纯石英原料矿床极为稀缺，主要分布在美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7 个国家，其中美国的供应量占全球的90%以上。我国硅质资源丰富，但大部分矿床只能用于普通玻璃、石材、建筑用砂等，虽已有应用于半导体和光伏，每年仍需要大量进口高纯石英砂。国产高纯石英砂资源的勘探和提纯利用仍然有待大力发展。

虽说建筑用砂的要求远远不如半导体，但是天然砂是在漫长的时间内由水流沉积而成，属于不可再生资源，且挖掘天然砂对河湖海洋生态有严重的破坏，还会威胁堤坝的安全。商务部、海关总署早在2006年第四批《禁止出口货物目录》中就禁止了天然砂的出口，但为了满足台湾地区对天然砂的迫切需求，于2008年恢复了对台湾地区的天然砂出口，如今再度暂停。

淮河上曾经非法采砂泛滥，把河道挖得千疮百孔

在进出口税则中，天然砂涉及到25051000、25059000两个税号，分别为硅砂及石英砂、其他天然砂；半导体行业所用的高纯石英砂，税号是25061000.00，即“石英（天然砂除外）”，是两种不同的商品。所以，暂停对台湾地区的天然砂出口并不会对台湾的半导体产业造成冲击（除非是新建厂房时缺少建筑材料）。

相比于建筑用砂，半导体产业所用的高纯石英砂每年的消耗量不算大，且主要产地是美国。

根据我查到的公开信息，台湾地区的半导体产业主要以进口多晶硅为原料生产硅片，另有进口硅片，对大陆的高纯石英砂并无依赖，更不会被天然砂供应短缺所限制。

半导体是台湾地区的优势产业，也是我们在产业升级过程中的一大难关。这是一个技术含量很高、涉及非常广的产业链，没有捷径可走，只能从每一项关键技术、关键设备、关键材料出发，扎扎实实攻关，才能把半导体产业链牢牢把握在自己手中。

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参考资料：

王九一.全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状.岩石矿物学杂志,2021,40(01):131-141.

魏奎先,张洪武,马文会,郭宋江,吴丹丹.高纯石英砂制备技术研究进展.昆明理工大学学报(自然科学版),2020,45(06):9-20.

智研咨询. 2021年中国硅片行业产量及进出口情况分析.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1727423172920586143&wfr=spider&for=pc

上海证券. 2022年半导体硅片行业市场份额及供需情况分析供需错配延续硅片涨价趋势.

https://www.vzkoo.com/read/202205246b1bf7216086e3812bd56718.html

台积电2021年报.

https://investor.tsmc.com/sites/ir/sec-filings/2021%2020-F.pdf

台塑胜高2021年报.

https://www.fstech.com.tw/

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NTU5NDAyNg==&mid=2247488252&idx=1&sn=9b58739eb9864bdfd733186296f4656a

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