Semiconductor Cost Drivers - Transparence pour les ingénieurs de coûts dans la fabrication de semi-conducteurs

Dans le paysage électronique actuel, les circuits intégrés (CI) occupent une place centrale. La miniaturisation croissante et la complexité technologique des semi-conducteurs posent d'énormes défis aux ingénieurs en charge des coûts. Une analyse précise des "Semiconductor Cost Drivers" est essentielle pour prendre des décisions économiquement viables en matière de développement de produits et d'achats. Dans ce contexte, l'approche ascendante offre une base fiable pour l'estimation des coûts.

Les principaux postes de coûts dans la fabrication de semi-conducteurs se répartissent en coûts de matériaux, coûts de fabrication et frais généraux. Il convient de souligner en particulier la fabrication frontale, c'est-à-dire le processus au cours duquel les structures de circuit sont créées sur le wafer. Cette chaîne de processus comprend la lithographie, la gravure, l'implantation ionique et le polissage de surface. D'un point de vue quantitatif, les processus frontaux représentent environ 80 % du coût total de fabrication des circuits intégrés, la lithographie représentant à elle seule environ 25 % du coût total.

L'un des facteurs de coûts dominants est le besoin d'investissement dans les systèmes de lithographie. Les machines de lithographie EUV modernes, nécessaires à la production de structures très fines d'une taille inférieure à 7 nm, coûtent jusqu'à 300 millions de dollars par unité. En comparaison, les prix des équipements DUV se situent entre 50 et 100 millions de dollars. Le choix de la technologie de lithographie a donc une influence décisive sur la profondeur du processus et sur l'immobilisation du capital à long terme.

L'utilisation des matériaux joue également un rôle déterminant. Le silicium brut, les produits chimiques de traitement, les gaz spéciaux, les photorésists et les masques représentent une part significative des coûts variables. Pour les nœuds avancés, les exigences en matière de pureté et de précision augmentent considérablement, ce qui entraîne une hausse des prix des wafers et des jeux de masques. Pour les masques en particulier, les coûts se chiffrent rapidement en millions à plusieurs chiffres par conception, en fonction du nombre de couches et des tolérances.

Il ne faut pas non plus sous-estimer les frais généraux, qui représentent environ 35 % des coûts totaux. Ceux-ci comprennent entre autres le personnel, l'infrastructure informatique, l'exploitation de la salle blanche, la consommation d'énergie et les services d'assistance. Plus le processus de fabrication est complexe, plus le besoin en personnel qualifié et en surveillance des processus est élevé - en particulier pour les nœuds sophistiqués. Étant donné que les frais généraux dépendent fortement de l'emplacement, il est indispensable de procéder à un benchmarking sur la base de chiffres clés régionaux.

L'utilisation des installations et le temps de passage constituent un autre facteur de coûts. Comme de nombreuses étapes de fabrication se déroulent de manière séquentielle et que les machines coûteuses sont occupées pendant longtemps, les amortissements doivent être répartis avec précision sur le nombre de pièces fabriquées. La longueur du processus, le temps de cycle et le taux de rebut ont donc une influence directe sur le coût unitaire d'un produit.

Dans le domaine back-end, qui concerne environ 20 % des coûts de fabrication, la séparation de la plaquette, la liaison avec les substrats et le moulage du boîtier sont au premier plan. Bien que le travail manuel soit plus important ici, l'intensité capitalistique est relativement faible. Néanmoins, ce domaine ne doit pas être négligé dans le calcul global.

Pour les ingénieurs de coûts, cela signifie que : Une estimation réaliste des coûts nécessite une compréhension approfondie des paramètres technologiques et des conditions économiques. Seuls ceux qui évaluent précisément l'influence de la taille de la structure, du nombre de pièces, de la technologie de fabrication et des facteurs de localisation peuvent faire des déclarations solides sur les potentiels de coûts. La connaissance des principaux Semiconductor Cost Drivers fournit ainsi une contribution indispensable à l'optimisation des coûts des produits et à la stratégie d'approvisionnement dans l'industrie des semi-conducteurs.

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Livre blanc - Calcul des coûts des circuits intégrés (PDF)

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