Stima dei costi dei circuiti integrati: struttura trasparente dei costi per la produzione di semiconduttori

Il calcolo dei costi dei circuiti integrati (IC) è una delle sfide più impegnative per i cost engineer della produzione elettronica. Sebbene i circuiti integrati siano componenti centrali dei dispositivi moderni, sia nel settore automobilistico che in quello aerospaziale o nel campo dell'intelligenza artificiale, la loro struttura dei costi rimane spesso opaca. Il white paper "Cost Calculation of Integrated Circuits" fornisce una solida visione del calcolo dei costi bottom-up ed è quindi uno strumento prezioso per la stima dei costi dei circuiti integrati per i professionisti della gestione dei costi.

Un risultato fondamentale dello studio è la constatazione che circa l'80% dei costi totali di un circuito integrato viene sostenuto nel processo front-end, ossia durante la produzione e l'esposizione dei wafer. Solo il 20% è imputabile al back-end, cioè al confezionamento e alla consegna finale. Questa constatazione consente di valutare e controllare in modo mirato i fattori che determinano i costi.

Il processo di fabbricazione inizia con la produzione di wafer mediante il processo Czochralski. Qui si producono wafer di silicio di elevata purezza, la cui qualità e il cui diametro hanno un'influenza significativa sui costi successivi. Anche in questa fase iniziale, vengono effettuati investimenti elevati in macchinari come seghe a filo e sistemi di pulizia, nonché in materiali di consumo come agenti di mordenzatura e acqua DI. La complessità del processo dei wafer si riflette direttamente sul prezzo, soprattutto per i wafer da 300 mm, necessari per le tecnologie moderne.

Nel successivo processo di front-end, la struttura del circuito integrato viene proiettata sul wafer mediante litografia. Questa fase è considerata la parte della produzione a più alta intensità di capitale. Le macchine di esposizione utilizzate - DUV o EUV - non solo determinano la risoluzione dei circuiti, ma anche la maggior parte dei costi delle macchine. Per i nodi avanzati con strutture inferiori a 10 nm, non c'è alternativa alla tecnologia EUV, i cui prezzi delle macchine possono raggiungere i 300 milioni di dollari. In pratica, ciò significa che la litografia da sola rappresenta circa il 25% del costo totale di un circuito integrato.

Oltre ai costi diretti di produzione, anche i fattori indiretti giocano un ruolo fondamentale. I costi generali, che comprendono ad esempio le infrastrutture, la manutenzione delle camere bianche, l'IT e il personale, rappresentano in media circa il 35% dei costi totali dei circuiti integrati. Questi costi variano notevolmente a seconda del luogo di produzione, della complessità del processo e del grado di automazione. Una precisa strategia di benchmarking regionale è quindi essenziale per gli ingegneri dei costi al fine di modellare prezzi competitivi.

Il processo di back-end, l'ultima fase prima della consegna, prevede il taglio a misura dei wafer, il wire bonding e il confezionamento in alloggiamenti (ad esempio, BGA-416). Anche se in questa fase viene sostenuto solo un quinto dei costi totali, i requisiti specifici, come l'elevata resistenza agli urti o i dissipatori di calore complessi, possono aumentare significativamente questa percentuale.

Il metodo bottom-up qui presentato consente di stimare in modo dettagliato i costi dei circuiti integrati, rendendo trasparenti i costi degli investimenti, dei materiali e dei processi. A differenza dei modelli parametrici, offre una maggiore precisione, ma richiede ampie conoscenze tecniche. In un contesto strategico, questa metodologia non solo consente di prendere decisioni fondate di make or buy, ma anche di sviluppare prezzi target realistici per gli acquisti.

Conclusione: la stima dei costi dei circuiti integrati non è un processo statico, ma richiede un continuo adattamento ai cambiamenti tecnologici e di mercato. Il white paper qui citato fornisce una solida base per l'implementazione di strategie pratiche di stima dei costi ed è una lettura obbligata per chiunque sia coinvolto nell'analisi dei costi dei semiconduttori.

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