Structure des coûts dans la fabrication des semi-conducteurs - Une approche transparente pour les ingénieurs des coûts
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Structure des coûts dans la fabrication des semi-conducteurs - Une approche transparente pour les ingénieurs des coûts
La complexité et la miniaturisation croissantes des composants semi-conducteurs n'ont pas seulement augmenté les exigences technologiques, mais aussi les exigences en matière de calcul précis des coûts. Pour les ingénieurs des coûts, il est de plus en plus important de comprendre et d'évaluer de manière transparente les principaux facteurs de coûts tout au long de la chaîne de création de valeur de la fabrication de circuits intégrés ("Semiconductor ManufacturingCost").
Le processus de fabrication des circuits intégrés (CI) se divise en trois phases principales : Production de wafers, processus front-end et back-end. Alors que les processus frontaux - en particulier la lithographie - représentent la majeure partie des coûts de fabrication, l'allocation correcte des frais généraux joue également un rôle central pour un calcul réaliste du coût total.
La production de wafers commence par le procédé Czochralski pour la fabrication de lingots de silicium monocristallin. Après le découpage, le meulage et le nettoyage, on obtient des wafers utilisables qui constituent la base du CI. Les coûts varient déjà considérablement en fonction du diamètre et de la pureté de la plaquette ainsi que du nœud technologique visé.
Dans le processus frontal, les circuits sont appliqués sur le wafer. Ce processus se déroule en plusieurs étapes : oxydation, revêtement, exposition (lithographie), gravure, dopage et polissage. La lithographie est le processus le plus coûteux, en particulier lorsque les technologies EUV sont utilisées pour des nœuds avancés (inférieurs à 7 nm). Un seul appareil d'exposition aux UVE peut coûter jusqu'à 300 millions de dollars, ce qui représente un poste d'investissement important. Par conséquent, l'amortissement de la machine est un poste de coûts dominant que les ingénieurs de coûts doivent soigneusement prendre en compte dans leurs calculs.
Un autre aspect essentiel de l'analyse des coûts est l'intégration des coûts des matériaux. Ces derniers deviennent de plus en plus complexes et chers à mesure que la profondeur de la structure augmente - ils peuvent coûter plusieurs millions de dollars par jeu pour les nœuds ultramodernes.
Le back-end comprend la séparation des puces, le dépôt sur un substrat, la connexion électrique par liaison filaire et le scellement final. Même si cette étape ne représente qu'environ 20 % des coûts totaux, elle ne doit pas être sous-estimée, notamment en ce qui concerne la consommation de matériaux et les frais de personnel.
L'approche des coûts élaborée se base sur un calcul ascendant d'un microcontrôleur 32 bits avec boîtier BGA-416 pour une production annuelle de 10 millions d'unités. L'analyse montre qu'environ 80 % des coûts totaux de fabrication sont liés aux processus frontaux, y compris les coûts des plaquettes. Sur ces 80 %, la lithographie représente à elle seule environ 25 %. 35 % des coûts totaux sont à classer dans les frais généraux, dont l'informatique, l'infrastructure, l'énergie, le personnel qualifié et les processus de nettoyage. Ces dépenses dépendent fortement du site et du processus, c'est pourquoi les valeurs de référence de secteurs high-tech comparables comme l'aviation ou la chimie servent souvent d'approximation.
Pour une estimation valable des coûts, il faut donc analyser de manière différenciée les coûts de capital et d'exploitation, la consommation de matériaux, les temps de cycle et les débits. Les ingénieurs des coûts doivent toujours tenir compte des conditions cadres spécifiques telles que le site de production, les nœuds technologiques et les volumes, afin d'obtenir des résultats robustes et fiables. C'est la seule façon de prendre des décisions fondées en matière d'achat, de négociation des prix et d'approvisionnement stratégique.
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