Econ-015 解析矽砂市場(Silica sand)

一粒毫不起眼的沙，卻可能是你手機螢幕與電動車引擎的共同起點。你或許聽過矽光子、矽晶圓、碳化矽這些出現在半導體與科技新聞裡的名詞，但你知道它們的原始來源其實都是——矽砂嗎？矽砂經過提煉後成為高純度的矽，搭配不同元素組合，能製成玻璃、光纖、晶片、碳化矽功率元件，廣泛應用於消費性電子、資訊科技、電動車與再生能源等產業。矽早已深深嵌入我們的日常生活，也是許多未來科技的基石。本篇文章將帶你從最原始的「矽」開始說起，了解它是什麼、如何被轉化為各式產品、掌握全球矽的主要出口與應用國，並進一步探索它在全球經濟中的戰略地位。從一粒沙，看懂世界產業如何運轉。

內容目錄

什麼是矽？

若要挑選一項能貫穿科技、能源與製造產業的關鍵原料，「矽」（Silicon，元素符號 Si）絕對榜上有名。「矽」是化學元素週期表中的第14號元素，屬於類金屬元素。作為地殼中含量第二高的元素（僅次於氧），矽以二氧化矽（SiO₂）的形式大量存在於自然界，例如沙子、石英與各類礦石中。然而，真正讓矽成為產業要角的關鍵，在於其經過提煉後的高純度形態與化合潛力。

矽 + X = 多元材料革命

矽的價值，不僅在於它本身的穩定與豐富，更在於它能夠與其他元素或化合物組合，生成一系列具備不同物理與化學性質的材料，廣泛應用於各種產業之中。以下是幾種關鍵的矽衍生材料與其應用領域：

材料名稱	化學結構或組合	應用產業	特性與優勢
玻璃（Glass）	二氧化矽（SiO₂）	建築、消費性產品、顯示器	耐熱、透光、高穩定性
矽晶圓（Silicon Wafers）	高純度單晶矽（99.9999%↑）	半導體、IC製造、太陽能電池	導電控制性佳，製程成熟
碳化矽（SiC）	矽 + 碳（Si + C）	電動車、工業控制、功率元件	高電壓耐受、高導熱性，能效優於傳統矽
矽光子（Silicon Photonics）	矽晶圓 + 光模組結構	資料中心、5G、光纖通訊	光速傳輸、低延遲、發熱量低

這些材料的誕生，代表的不僅是單一材料的演進，更是材料科學與產業應用的跨域融合。特別是在低碳轉型與高效能運算成為全球共識的今日，矽衍生材料展現出驚人的適應性與經濟價值。無論是提升電動車的續航效率，還是讓 AI 運算速度更快、資料傳輸更穩定，「矽 + X」的組合正持續驅動著產業技術的下一步。

這些高科技材料，其實都來自同一種原料：矽砂

儘管矽光子、矽晶圓或碳化矽等材料看似高深，但它們的共同起點其實都非常樸實——矽砂（Silica Sand）。矽砂是一種主要由二氧化矽（SiO₂）組成的天然礦物，廣泛存在於沙灘、河床與礦區。

1.玻璃：基礎應用，純度門檻最低

製程流程：

矽砂 → 篩選/洗淨 → 混合（石灰石-增加穩定性跟硬度+ 碳酸鉀/碳酸鈉-幫助溶劑）→ 高溫熔融（約1500°C）→ 吹製/壓製/拉絲等成型 → 成品冷卻 → 切割/加工

重點補充：

原料需求：使用約98%純度的工業級矽砂即可。
添加物控制物理特性：如氧化鋁提升強度、氧化硼增透明度。
應用差異化：
- 建築玻璃與車用玻璃需再經強化或塗層。
- 高階光學玻璃（如相機鏡頭）則需使用更高純度與均勻度的原料，技術門檻較高。
技術挑戰：需連續熔爐與高能源效率設備；碳排成本高成為ESG挑戰之一。

2.矽晶圓：半導體製造的基石

製程流程：

矽砂 → 精煉（化學反應把沙子變成高純度的金屬塊）→ 喬氏拉晶（形成單晶棒）→ 切片 → 拋光 → 矽晶圓

重點補充：

精煉過程：將含有高比例二氧化矽（SiO₂）的矽砂，經過一系列複雜的化學與熱處理程序，提煉成純度為99.9999%以上的電子級矽，除雜極困難，設備昂貴，此時為多矽晶。
喬氏拉晶法（Czochralski法）：用晶種爐中慢速拉出單晶矽棒，控制晶格排列，形成單晶棒。
晶圓拋光：最後製成直徑6~12吋的鏡面晶圓供給台積電、Intel等晶片製造廠。

更多製成細節：矽晶圓製程

3.碳化矽（SiC）：電動車與高壓設備專用

製程流程：

高純矽粉+ 高純石墨 → 高溫化合反應（2500°C以上）→ 長晶 → 晶碇 →切片 → 拋光 → 基板 → 沉積薄膜→ 磊晶→ 晶圓 → IC設計 → 製造/封測 → 功率元件

重點補充：

碳化矽為化合物半導體，不同於一般矽晶圓，是矽與碳高溫反應的結果。
長晶技術困難：矽不易形成大尺寸單晶，長晶需時間長、成本高。
切片與加工挑戰：硬度極高（接近鑽石），加工與研磨耗材快，良率低。
應用場景：電動車馬達控制、太陽能逆變器（將太陽能板的是直流電（DC），轉換成家庭使用的的交流電（AC））、快充站功率模組。

更多製成細節：碳化矽基板製成

4.矽光子（Silicon Photonics）：矽與光學的跨界整合

製程流程：

矽晶圓→ 波導設計與光學模組整合（晶圓上「刻」出光的通道）→ 光調變器、光收發器製作（放上光的開關，控制光的強弱）→ 與CMOS基體電路設計製程整合（與電結合）→ 晶片級封裝→基體光學元件

重點補充：

設計核心在「光波導結構」：利用矽在紅外波段的透明性製作訊號通道。
需搭配雷射、光偵測器、濾波器等元件封裝，整體光通訊模組封裝難度極高。
與傳統晶圓製程整合：可用既有CMOS基體電路設計產線，但需多層精密對位與低熱變形處理。
應用場景：高速光纖模組、AI伺服器內部傳輸、資料中心光電轉換元件。

全球誰掌握了矽砂與矽的話語權？

資料來源：OEC

原始數據下載： 2000-2023 矽砂總出口額按不同國家(單位:美元)

1. 長期趨勢：出口總額呈現穩定上升

自2000年的 4.7億美元 成長至2023年的 1.79兆美元，成長近 3.8倍。
整體趨勢呈現上升，中間有幾次明顯的高峰與低谷。

2. 出口總額波動觀察：

時間	變化趨勢	背後可能原因
2000–2008	持續上升	建築業與玻璃產業發展（尤其亞洲）
2009	明顯下滑	2008年全球金融危機，需求驟減
2010–2014	再度攀升	智慧型手機、太陽能、高科技應用爆發
2015–2016	小幅下降	部分新興市場放緩、出口競爭加劇
2017–2023	強勁成長	新冠疫情降低2020年需求，長期而言半導體、電動車、太陽能板需求大增

3. 主要出口國分析

從顏色分布可以看出，美國、澳洲、馬來西亞、德國、比利時長期為穩定出口大國：

美國：全球最大矽砂出口國，沙礦分布廣、加工純度高、設備先進。也是能源與工業市場高度發展的驅動者。
澳洲：擁有大量高純度天然矽砂礦，地理位置靠近亞洲市場，出口至中國、東南亞成本低。
馬來西亞：東南亞矽砂重鎮，對中國、台灣、韓國出口量大。出口加工彈性高，具區位優勢。
德國：工業玻璃與石英應用技術領先，出口高純度矽砂用於歐洲製造業。
比利時：位於歐洲轉運中心，有穩定玻璃與化工市場，具有再加工出口能力。

其他有潛力的國家：

沙烏地阿拉伯、埃及、印尼：因原料儲量大、人口紅利與工業需求提升，近年出口快速成長。
中國：雖為大量進口國，但也出口部分低階建材用矽砂。

4. 矽砂出口的國際格局與競爭優勢

為什麼矽砂出口門檻不低？雖然矽砂自然界常見，但要符合玻璃、太陽能板、半導體所需的「高純度」、「粒徑均勻」與「低鐵雜質」，只有少數國家擁有這樣的礦源與處理技術。
誰有能力加工高純度？美國、德國、日本、澳洲擁有高階提純與洗砂設備，可提供電子級石英砂（用於半導體與太陽能）。
全球需求擴大來自哪裡？AI、5G、電動車與淨零轉型導致玻璃、光纖、碳化矽與矽晶圓需求爆發，帶動矽砂原料出口成長。

誰在搶砂？全球矽砂進口大國的需求版圖

資料來源：OEC

原始數據下載： 2000-2023 矽砂總進口額按不同國家(單位:美元)

從柱狀圖中可以看出，中國、加拿大、德國、墨西哥、日本等是長期穩定的進口大國：

中國：世界最大太陽能板生產國、半導體與玻璃需求巨大，加上建築業，自產無法滿足需求
加拿大：用於油砂開採(註1)、建材與玻璃產業，部分矽砂仍需進口（雖然也有自產）
德國：高科技、精密玻璃、車用光學產業發達，矽砂純度要求高
墨西哥：玻璃與建材需求成長、地理上靠近美國與南美進口供應鏈
日本：半導體、光學、顯示器等產業用量大，對高純矽砂依賴深
台灣：全球半導體製造基地，玻璃封裝、矽晶封裝對進口矽砂依賴高
土耳其 / 阿拉伯聯合大公國：工業快速發展、新興建設市場活絡、對玻璃與建材用矽砂需求高

註1: 為什麼油砂開採需要矽砂

在油砂或頁岩油的開採過程中，工程師會用「水 + 沙 + 化學添加劑」的混合液高壓打入地層，這個動作叫做水力壓裂（Hydraulic Fracturing）。

而矽砂的功能是當岩層裂開時，矽砂會卡在裂縫中撐住它，讓原油或天然氣可以持續流出來。因此這種高硬度、耐壓、粒徑穩定的矽砂，就叫做壓裂砂（Frac Sand），本質上就是高規格的矽砂。

一噸矽沙值多少錢？揭開2025 第一季全球矽砂行情

根據 ChemAnalyst 分析，美國、中國、德國與沙烏地阿拉伯在 2025 年第一季的矽砂平均價格如下：沙烏地阿拉伯為四國中價格最低，而中國價格最高，並出現約 4.07% 的漲幅。

地區	國家	2025Q1	2024Q4-2025Q1成長率
北美	美國	55.67美元/頓	5.03%
亞洲	中國	59.67美元/頓	4.07%
歐洲	德國	58.0美元/頓	2.96%
中東	沙烏地阿拉伯	53.0美元/頓	3.92%

資料來源：chemanalyst

1. 美國：內需穩定、能源與出口雙重支撐

美國作為全球最大矽砂出口國，擁有龐大的內需市場與能源應用，特別是在頁岩油壓裂領域，其對工業用矽砂的需求極高。加上出口動能穩定，價格出現小幅上漲。

頁岩油產業持續帶動壓裂砂需求
出口量穩定，有助於撐住價格底部
人力與運輸成本上升，推升整體售價

2.中國：高科技需求擴張推升價格

中國因太陽能、光纖與半導體等產業快速成長，對高純度矽砂的依賴大幅提升，成為全球最大進口國。由於內部礦源品質不一，加上進口依賴度高，導致價格持續走高。

太陽能與光纖產業需求激增
高純度矽砂進口依賴度高
環保法規嚴格，開採與處理成本上升

3.德國：製造業穩定帶動高端需求

德國以工業製造見長，對矽砂的需求主要來自汽車用光學玻璃、太陽能模組等高端產品領域。雖然房地產市場趨緩抑制部分需求，但總體價格仍略為上升。

光學玻璃、太陽能等高端應用穩定需求
建築活動放緩，壓抑部分工業用量
能源與人力成本上升，反映於售價

4.沙烏地阿拉伯：原料充足、價格穩定

沙烏地阿拉伯擁有廣大沙漠地形與充足矽砂礦源，因此能提供大量工業級原料。由於當地加工等級偏低，價格相對其他國家便宜，且波動幅度小。

原料資源豐富，供應穩定
以建材級矽砂為主，尚未進入高純度應用市場
維持低價出口策略，吸引製造業進駐

從關鍵原料到戰略資產：矽的未來角色在哪裡？

在數位化與綠色轉型雙軌並進的全球趨勢下，矽正從一項基礎材料，轉變為具有地緣政治意涵的戰略資源。它不只是高科技製程的原料，更關係到一國的能源政策、產業升級與國際競爭力。

高科技產業對矽依賴日益加深
- AI晶片、5G基站、資料中心：對高效能矽晶圓的需求持續上升，矽光子等新技術進一步提升資料傳輸與運算效率。
- 電動車與再生能源：碳化矽功率元件與太陽能模組大量使用矽材料，成為支撐淨零碳排的重要技術基礎。
- 矽含量上升的趨勢：一台電動車平均需要超過一公斤以上的半導體材料，其中多數為矽基元件。
全球競爭加劇與供應鏈安全風險
- 矽原料雖然分布廣泛，但高純度加工集中在少數國家，形成供應瓶頸。
- 在地緣政治風險升高的情況下，如美中科技戰或出口管制，矽材料有潛力成為下一個「戰略礦產」。
- 各國紛紛投入本地矽晶圓製造與材料自主供應鏈計畫（如美國CHIPS法案、歐洲晶片法案）。
ESG 與永續挑戰
- 矽提煉與玻璃製造過程耗能極高，若未搭配綠電使用，反而成為碳排熱點。
- 矽產品回收再利用機制尚不成熟，提升材料循環率將是未來的重要課題。