Calcolo trasparente dei costi dei circuiti integrati per gli ingegneri dei costi - Uno sguardo negli abissi della produzione di semiconduttori

Il calcolo dei costi dei circuiti integrati è una sfida fondamentale per gli ingegneri dei costi, poiché la struttura dei prezzi dei circuiti integrati (IC) è raramente resa nota e allo stesso tempo ha un impatto significativo sul costo totale di un prodotto elettronico. Alla luce delle crescenti esigenze di funzionalità, prestazioni e miniaturizzazione, una comprensione approfondita dei costi di produzione dei circuiti integrati è essenziale per poter prendere decisioni fondate nell'ottimizzazione dei costi dei prodotti.

La produzione di un circuito integrato comprende essenzialmente tre aree di processo principali: la produzione di wafer, il processo front-end e il processo back-end. Ognuna di queste fasi comporta specifici costi di investimento e di esercizio, che devono essere registrati con precisione nell'ambito di un calcolo completo dei costi. La produzione di wafer inizia con il processo Czochralski, in cui i cristalli singoli vengono fatti crescere da silicio di elevata purezza e poi segati in wafer sottili. Già qui si registrano i primi costi significativi, in particolare per quanto riguarda l'approvvigionamento dei materiali, il consumo energetico e il controllo del processo.

Nel processo front-end, la struttura del circuito viene trasferita sulla superficie del wafer. La litografia è particolarmente costosa in questo caso, poiché determina le strutture più fini e quindi ha un'influenza significativa sul nodo tecnologico. I sistemi di litografia DUV e, in misura crescente, EUV rappresentano investimenti considerevoli: un sistema EUV da solo può costare fino a 300 milioni di dollari. A causa della sua complessità, la litografia non è solo un collo di bottiglia tecnologico ma anche economico nella produzione di circuiti integrati.

Una volta completata la strutturazione, inizia il processo di back-end, che prevede la separazione, la giunzione e l'imballaggio degli stampi. Nonostante un grado di automazione inferiore rispetto al front-end, questa fase rappresenta circa il 20% dei costi totali di produzione, con una prevalenza dei costi dei materiali e della manodopera.

Un approccio metodologico al calcolo dei costi del CI è il bottom-up costing. Questo approccio tiene conto di tutti i costi diretti e indiretti lungo la catena di produzione. Oltre agli ovvi costi dei materiali e dei processi, nel calcolo sono inclusi anche l'ammortamento delle macchine, i tempi di produzione e i costi di investimento. Va sottolineato che i soli costi generali - costituiti dalle spese generali per lo sviluppo, il controllo qualità e l'amministrazione - rappresentano circa il 35% dei costi totali di produzione dei CI. Questa componente, che dipende fortemente dal luogo e dalla tecnologia, dimostra chiaramente quanto sia importante il benchmarking regionale per l'accuratezza del calcolo.

Un altro fattore di costo è la complessità del progetto del circuito integrato. Frequenze di clock più elevate, aree di memoria più grandi e core di processore aggiuntivi aumentano le dimensioni del die e richiedono strutture di larghezza inferiore, che a loro volta richiedono processi di produzione più costosi. Anche i materiali utilizzati, come i fotoresistenti, i gas speciali e l'acqua ultrapura, devono essere inclusi nel calcolo dei costi, in quanto causano notevoli costi operativi variabili.

Il metodo bottom-up offre ai cost engineer uno strumento estremamente preciso per valutare i costi dei circuiti integrati. Non solo permette di identificare i fattori di costo, ma supporta anche trattative di prezzo fondate e decisioni strategiche di approvvigionamento. Va notato che un calcolo accurato dei costi dei circuiti integrati comprende un gran numero di parametri tecnici, fattori regionali e dati di mercato, la cui attenta analisi è la chiave per una struttura dei costi realistica e affidabile.

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