Estructura de costes en la fabricación de semiconductores: una visión transparente para los ingenieros de costes
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Estructura de costes en la fabricación de semiconductores: una visión transparente para los ingenieros de costes
La creciente complejidad y miniaturización de los componentes semiconductores no sólo ha aumentado los requisitos tecnológicos, sino también la necesidad de un cálculo preciso de los costes. Cada vez es más importante que los ingenieros de costes comprendan y evalúen de forma transparente los principales factores de coste a lo largo de toda la cadena de valor de la fabricación de circuitos integrados ("coste de fabricación de semiconductores").
El proceso de fabricación de circuitos integrados (CI) se divide en tres fases principales: Producción de obleas, procesos front-end y back-end. Aunque los procesos frontales -especialmente la litografía- suponen la mayor parte de los costes de producción, la correcta asignación de los gastos generales también desempeña un papel clave en el cálculo realista de los costes totales.
La producción de obleas comienza con el proceso Czochralski de fabricación de lingotes de silicio monocristalino. Tras cortarlos, molerlos y limpiarlos, se convierten en obleas utilizables, que constituyen la base de la CII. Incluso en este caso, los costes varían considerablemente en función del diámetro y la pureza de la oblea, así como del nodo tecnológico deseado.
En el proceso frontal, los circuitos se aplican a la oblea. Esto se lleva a cabo en varias etapas: oxidación, recubrimiento, exposición (litografía), grabado, dopaje y pulido. La litografía es el proceso individual más costoso, sobre todo cuando se utilizan tecnologías EUV para nodos avanzados (por debajo de 7 nm). Un solo dispositivo de exposición EUV puede costar hasta 300 millones de dólares, por lo que representa una inversión importante. En consecuencia, la depreciación de la máquina es una partida de costes dominante que los ingenieros de costes deben tener muy en cuenta en sus cálculos.
Otro aspecto clave en el análisis de costes es la inclusión de los costes de material. Estos incluyen no solo las obleas de silicio, sino también los materiales del proceso químico, los gases, los fotorresistentes y los juegos de máscaras, que se vuelven más complejos y caros a medida que aumenta la profundidad de la estructura; en el caso de los nodos de última generación, pueden costar varios millones de dólares por juego.
La parte posterior incluye la separación de las virutas, su aplicación a un sustrato, la conexión eléctrica mediante la unión de cables y el moldeado final. Aunque esta sección solo representa en torno al 20 % de los costes totales, no debe subestimarse, sobre todo en términos de consumo de material y costes de mano de obra.
El planteamiento de costes desarrollado se basa en un cálculo ascendente de un microcontrolador de 32 bits con carcasa BGA-416 con una producción anual de 10 millones de unidades. El análisis muestra que los procesos frontales, incluidos los costes de las obleas, representan alrededor del 80 % de los costes totales de producción. Dentro de este 80 %, la litografía por sí sola representa alrededor del 25 %, mientras que otro 35 % de los costes totales se clasifican como gastos generales -incluyendo TI, infraestructura, energía, personal cualificado y procesos de limpieza. Estos gastos dependen en gran medida de la ubicación y el proceso, por lo que los valores de referencia de industrias de alta tecnología comparables, como la aeronáutica o la química, suelen servir como valor aproximado.
Para que una estimación de costes sea válida, deben analizarse detalladamente los costes de capital y de explotación, el consumo de material, la duración de los ciclos y el rendimiento. Los ingenieros de costes deben tener siempre en cuenta las condiciones marco específicas, como la ubicación de la producción, los nodos tecnológicos y los volúmenes, para obtener resultados sólidos y fiables. Sólo así se pueden tomar decisiones bien fundadas en materia de compras, negociación de precios y aprovisionamiento estratégico.
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