Электронные устройства сегодня преобразили современную жизнь, упростив выполнение повседневных задач во всех мыслимых областях. И все же, по иронии судьбы, производство основных компонентов этих «устройств, упрощающих жизнь», в частности полупроводниковых чипов, остается одним из самых сложных процессов в современной индустрии.
Что касается сложности, то на пластинах толщиной порядка нескольких нанометров необходимо интегрировать тысячи микросхем. Кроме того, уровень содержания примесей в каждом газе или химическом веществе, контактирующем с поверхностью пластины, должен быть ниже нескольких частей на миллиард (ppb).
Для достижения такой точности на предприятиях по производству полупроводников используются строго контролируемые чистые помещения, где окружающая среда спроектирована таким образом, чтобы изолировать как пластины, так и работников даже от малейших загрязнений. Большинство загрязнений в чистых помещениях устраняются за счет постоянной циркуляции чистого, сухого воздуха, не содержащего частиц, а также за счет строгого ограничения и контроля доступа людей в эти контролируемые помещения. Такая непрерывная фильтрация воздуха обычно достигается с помощью фильтров HEPA и ULPA, которые поддерживаются еще одним важным, но часто упускаемым из виду элементом заводов по производству полупроводниковых устройств, а именно надежной трубопроводной инфраструктурой.
Надежная трубопроводная инфраструктура необходима не только для поддержания фильтрации воздуха на заводах, но и для транспортировки важнейших ресурсов, таких как сверхчистая вода, которая в больших объемах расходуется в процессе производства. В дополнение к сверхчистой воде, заводы обычно используют около 300 различных типов химикатов, около 15% из которых токсичны и поэтому их применение требует строгого контроля и герметичной транспортировки по всему предприятию.
Для одной установки может потребоваться около 40 км трубопроводов, предназначенных исключительно для транспортировки сжиженных углеводородов. Помимо сжиженных углеводородов, существует потребность в больших объемах газов, таких как CO2, азот и водород, что также требует наличия столь же длинных и хорошо структурированных систем трубопроводов.
Широко распространенная, но концентрированная цепочка создания стоимости
Поскольку заводы по производству полупроводниковых устройств являются основными центрами, где требуются эти специализированные трубопроводные системы, спрос тесно связан с распределением производственных мощностей по всему миру. В настоящее время около 75% предприятий по изготовлению полупроводников сосредоточено в Китае и Восточной Азии – регионах, подверженных как сейсмической активности, так и политической нестабильности. Такая уязвимость создает значительные риски для глобальной цепочки поставок. Признавая эти риски, крупнейшие экономики мира уже объявили о капиталовложениях на сумму в триллионы долларов для глобального расширения производственной инфраструктуры и снижения зависимости от внешних источников поставок.
В отчете Ассоциации полупроводниковой промышленности за 2024 год указывается, что производство полупроводников в США, как ожидается, увеличится более чем втрое в период с 2022 по 2032 год, что представляет собой рост более чем на 200% по сравнению с прогнозируемым увеличением мирового производства на 108% за тот же период.
Расширение такого масштаба не может быть достигнуто простым использованием существующих недостаточно используемых мощностей и потребует создания множества новых крупносерийных производств. По состоянию на декабрь 2024 года уже было объявлено о строительстве около 95 крупных заводов, строительство 18 из которых, как ожидается, начнется в 2025 году и они будут введены в эксплуатацию к 2027 году. В этом списке лидируют США и Япония, в каждой из стран будет построено по 4 завода.
Строительство новых заводов естественным образом повышает спрос в нескольких смежных отраслях, включая важнейшие трубопроводные системы, поддерживающие производство полупроводников.
В отчете Stratview Research говорится, что согласно текущему распределению производственных мощностей, в 2025 году примерно 60% мирового спроса на трубопроводные системы для производства полупроводников будет приходиться на Азиатско-Тихоокеанский регион. При этом только Китай будет составлять почти 40% этого спроса. По состоянию на 2025 год на долю США с ее нынешними мощностями будет приходиться ~20% мирового спроса. Однако, учитывая амбициозные цели по расширению производства, после 2032 года может произойти существенный сдвиг в динамике мировых показателей. Это будет возможно, если поставленные цели будут успешно реализованы, а ведущие в настоящее время страны, например, Китай и Тайвань, не объявят о расширении в таких масштабах, как США.
Совокупные капитальные затраты, охватывающие как частные, так и государственные инвестиции, в течение 2024-2032 годов, по прогнозам, превысят 2,3 трлн. долларов, причем большая часть (~60%) этих расходов будет сосредоточена на Тайване и США. Заслуживающие внимания государственные меры и инвестиционные проекты включают в себя фонды прямых инвестиций Китая на сумму 142 млрд. долларов, гранты на сумму 39 млрд. долларов в рамках Закона США о чипах, объявленного в августе 2022 года, а также дополнительные налоговые льготы. В частном секторе наиболее заметными являются инвестиции TSMC в размере 100 млрд. долларов, о которых было объявлено в марте 2025 года, и инвестиции Texas Instruments в размере 60 млрд. долларов, о которых было объявлено в июне 2025 года. Считается, что в связи с ростом спроса и финансирования во всем мире объем глобального рынка полупроводниковой продукции превысит 1 трлн. долларов к 2030 году. По данным Stratview Research, соответствующий спрос на трубопроводные системы оценивается примерно в 720 млн. долларов. Хотя эта цифра может показаться скромной по сравнению с рынком полупроводников стоимостью в триллион долларов, она представляет собой существенную возможность для специализированных поставщиков трубопроводных систем извлечь из нее выгоду.
Если копнуть глубже, то потенциал роста, как ожидается, будет значительно выше у труб на основе термопластов, и в рамках этого класса возможности для ПВДФ будут значительно выше по сравнению с ПФА или другими материалами, такими как ПВХ. Несмотря на то, что трубы из ПФА считаются золотым стандартом в производстве трубопроводов для полупроводниковых заводов, их высокая стоимость ограничивает их применение в основном на производствах высокого класса. Согласно анализу Stratview, на трубы из ПФА, по прогнозам, будет приходиться менее 15% общего спроса.
На стыке инноваций и регулирования
Учитывая, что в ближайшие десятилетия полупроводниковый сектор ожидает неуклонный рост, следующей важной задачей для трубопроводной промышленности станет поиск баланса между инновациями и соблюдением все более строгих стандартов. В центре этой проблемы находится выбор материалов.
Рост популярности электромобилей привел к увеличению мирового спроса на мощную электронику, что, в свою очередь, повлекло за собой заметное повышение производства изделий из карбида кремния (SiC) по сравнению с традиционными кремниевыми изделиями. Заводы по изготовлению изделий из SiC обычно работают при температурах, примерно в 1,5 раза превышающих температуру их кремниевых аналогов, что делает высокоэффективные термопласты, такие как ПВДФ и ПФА, пригодными даже для некритичных применений, таких как линии переработки отходов. Оба материала уже давно являются основой трубопроводов для производителей полупроводников благодаря их способности выдерживать экстремальные температурные и химические условия.
Однако ирония заключается в том, что два наиболее надежных материала в отрасли (ПВДФ и ПФА) также классифицируются как ПФАС (пер- и полифторалкильные вещества), химический класс, который все чаще подвергается тщательному контролю со стороны регулирующих органов по соображениям охраны окружающей среды и здоровья. Хотя в настоящее время никаких запретов не действует, всестороннее регулирование ПФАС изучается как в США, так и в Европе. Эта надвигающаяся неопределенность ставит отрасль на перепутье: с одной стороны, ПВДФ и ПФА по-прежнему не имеют себе равных по производительности; с другой стороны, потребность в альтернативах, не содержащих ПФАС, становится все более острой.
Ведутся исследования в области таких альтернатив, но прорывов пока мало. В июле 2025 года компания Sekisui Chemicals объявила о прогрессе в создании трубопроводных решений для полупроводниковых заводов, не содержащих ПФАС. Однако их промышленное внедрение еще не завершено, что свидетельствует о том, что отрасли еще многое предстоит сделать, прежде чем она сможет полностью привести требования к производительности в соответствие с задачами рационального природопользования.
В конечном счете, экспоненциальный рост полупроводниковой промышленности открывает широкие возможности для поставщиков трубопроводных систем, особенно в области производства высокопроизводительных термопластов. Однако наряду с этим стремительным ростом существует не менее острая проблема контроля со стороны регулирующих органов в отношении материалов ПФАС и настоятельная потребность в экологически чистых и высокопроизводительных альтернативах. Таким образом, поставщики, способные внедрять инновации за пределами нормативно-правового поля, сохраняя при этом бескомпромиссные стандарты работы, обретут наилучшие возможности для получения прибыли в долгосрочной перспективе на этом очень важном и быстро развивающемся рынке.
