Calcolo dettagliato IC bottom-up: analisi trasparente delle strutture dei costi nella semiproduzione

Nell'odierna industria dei semiconduttori, il calcolo IC bottom-up è un metodo fondamentale per determinare con precisione i costi di produzione dei circuiti integrati. In particolare per gli ingegneri dei costi, questo approccio consente un'analisi fondata dei costi diretti e indiretti lungo l'intera catena del valore, dal wafer al pacchetto finito.

Il processo si basa su una ripartizione dettagliata di tutte le singole fasi di produzione e dei rispettivi requisiti di risorse. A partire dalla produzione di wafer, che produce cristalli di silicio di alta qualità con il processo Czochralski, è possibile identificare le componenti chiave dei costi già in questa fase iniziale della produzione. L'utilizzo di silicio di elevata purezza, l'apporto energetico e le perdite di materiale durante la segagione dei lingotti in wafer contribuiscono in modo decisivo al profilo di costo complessivo.

Nel successivo processo front-end, la struttura elettrica del circuito integrato viene trasferita sul wafer. La litografia è la fase del processo più costosa e ad alta intensità tecnologica. È determinante per le dimensioni della struttura, la densità di impacchettamento e la funzionalità del componente. Più piccoli sono i nodi tecnologici, maggiori sono i requisiti dei sistemi litografici utilizzati. Mentre la litografia DUV è ancora sufficiente per molti circuiti integrati standard, la tecnologia EUV è necessaria per i chip più avanzati, con investimenti in macchine fino a 300 milioni di dollari per sistema. Il calcolo bottom-up dei circuiti integrati tiene conto di questi elevati costi di investimento attraverso un ammortamento lineare nella ripartizione dei costi per die prodotto.

La produzione di un circuito integrato richiede anche una serie di altri processi come il rivestimento, il drogaggio, l'incisione e la lucidatura. Ciascuna fase comporta costi specifici dovuti ai tempi di lavorazione, ai materiali di processo come fotoresistenze, agenti di incisione e gas speciali, nonché alle operazioni di pulizia necessarie. Tutti questi costi sono registrati in modo trasparente in un calcolo bottom-up completo e assegnati ai singoli componenti in base alla loro origine.

Una volta completata la produzione front-end, segue il processo back-end, in cui i singoli die vengono separati, contattati e confezionati. Sebbene questa fase del processo rappresenti solo il 20% circa del costo totale di un circuito integrato, non deve essere trascurata. In particolare, l'incollaggio dei fili, l'incapsulamento e il collaudo finale dei componenti comportano diversi costi di materiale e manodopera. Inoltre, questa fase del processo viene spesso esternalizzata a società OSAT specializzate.

Le spese generali sono una componente centrale del calcolo bottom-up del CI. In media, rappresentano circa il 35% dei costi totali di produzione e comprendono le spese per il personale, la gestione degli edifici, le infrastrutture, i sistemi informatici e il controllo qualità. La registrazione precisa di questi costi è essenziale per la comparabilità e l'affidabilità del calcolo. I parametri di riferimento standard del settore, adattati alle differenze regionali, aiutano a verificare la plausibilità.

Un risultato notevole del calcolo bottom-up di un microcontrollore a 32 bit presentato nella letteratura specializzata mostra che la litografia da sola rappresenta circa un quarto dei costi totali. L'elevata intensità di capitale di questa tecnologia e la sua funzione chiave nel processo produttivo la rendono il fattore di costo decisivo nella produzione di semiconduttori. Anche i costi dei materiali, come i fotomaschi, il cui prezzo può raggiungere i milioni per i nodi avanzati, sono analizzati in dettaglio.

Il calcolo IC bottom-up, quindi, non solo fornisce una comprensione dettagliata dei costi di produzione di un componente a semiconduttore, ma crea anche una base affidabile per le decisioni aziendali in materia di acquisti, pianificazione dei costi e calcolo dei preventivi. È uno strumento indispensabile per gli ingegneri dei costi per valutare gli scenari tecnici ed economici in una catena di fornitura globale sempre più complessa.

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