Costing bottom-up per i semiconduttori - Una visione precisa dei costi per gli ingegneri dei costi
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Il metodo di calcolo dei costi bottom-up si è affermato come strumento indispensabile per gli ingegneri dei costi nell'industria dei semiconduttori. A causa della crescente complessità dei circuiti integrati (IC) e della contemporanea maggiore richiesta di trasparenza ed efficienza dei costi, un'analisi dettagliata di tutte le fasi di produzione è di fondamentale importanza.
La produzione di un circuito integrato avviene in diverse fasi: Produzione di wafer, processo front-end e processo back-end. Nell'ambito di un calcolo bottom-up, ogni singola fase del processo - dalla produzione del wafer grezzo all'imballaggio finale - viene analizzata in termini di costi dei materiali, dei macchinari e delle spese generali. Questo metodo consente una stima dei costi ben fondata e pone le basi per le decisioni strategiche in materia di acquisti, sviluppo e gestione della catena di fornitura.
Uno dei risultati principali del libro bianco mostra che circa l'80% del costo totale di un circuito integrato è causato dal processo front-end, in particolare dalla litografia. Il processo di litografia da solo rappresenta circa il 25% dei costi di produzione totali, il che è in parte dovuto agli enormi costi di investimento per i sistemi EUV o DUV. Per gli ingegneri dei costi, ciò significa che quest'area in particolare è un fattore critico di costo, la cui ottimizzazione può avere una notevole influenza sul calcolo complessivo.
La produzione di wafer inizia con la fabbricazione di lingotti di silicio monocristallino mediante il processo Czochralski. Questi vengono tagliati in fette sottili, lappati, incisi e puliti: tutte fasi di processo che richiedono alta precisione e attrezzature moderne. In particolare con i nodi tecnologicamente avanzati, i requisiti di purezza dei materiali e di precisione delle macchine sono in aumento, il che ha un impatto diretto sulla struttura dei costi.
La successiva lavorazione front-end è la parte più complessa della produzione di circuiti integrati. È qui che le strutture elettriche del chip vengono implementate sul wafer mediante litografia, incisione, drogaggio e metallizzazione. Ognuna di queste fasi è ad alta intensità di materiale e di capitale, in particolare a causa dell'uso di costose sostanze chimiche di processo e di apparecchiature altamente complesse. La continua riduzione delle dimensioni delle strutture al di sotto dei 5 nm richiede non solo condizioni di produzione precise, ma anche sistemi EUV estremamente costosi, con costi fino a 300 milioni di dollari per dispositivo.
Al contrario, il processo di back-end appare relativamente meno oneroso, in quanto rappresenta "solo" il 20% circa dei costi totali. Tuttavia, anche in questo caso è necessaria una ripartizione dettagliata dei costi. La separazione delle matrici, l'incollaggio dei fili, il confezionamento nell'alloggiamento (ad esempio BGA-416) e i processi di test e marcatura finali comportano costi significativi in termini di materiali e manodopera, soprattutto se devono essere rispettati standard di qualità elevati, come nel caso dei settori automobilistico e aerospaziale.
Particolare attenzione va prestata alle spese generali, che di solito rappresentano il 35% dei costi totali. Esse comprendono le spese indirette come la manutenzione della camera bianca, l'approvvigionamento energetico, l'infrastruttura informatica e il personale altamente qualificato. Questi costi variano notevolmente a seconda del luogo di produzione, del nodo tecnologico e del grado di automazione. I modelli di benchmarking, adattati alle condizioni regionali (ad esempio Taiwan vs. USA), aiutano a fornire stime dei costi realistiche e comparabili.
Il metodo di calcolo dei costi bottom-up offre agli ingegneri dei costi l'opportunità di identificare gli effettivi fattori di costo lungo l'intera catena del valore. Ciò consente di prendere decisioni fondate sulla selezione dei fornitori e sulla negoziazione dei prezzi. Sebbene questo metodo richieda ampie conoscenze tecniche e dati, è la chiave per una struttura dei costi trasparente e sostenibile nella produzione di circuiti integrati.
L'ulteriore sviluppo di questo metodo in un modello di costo basato su parametri che collega i dati tecnici con quelli specifici del mercato è già in corso e promette una precisione e una rilevanza ancora maggiori per i calcoli futuri.
📄 Il white paper completo è disponibile qui:
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