Ripartizione dei costi di fabbricazione dei circuiti integrati

La produzione di circuiti integrati (IC) è un processo altamente complesso, ad alta intensità di capitale, che pone notevoli requisiti di precisione tecnica, qualità dei materiali e condizioni infrastrutturali. Per gli ingegneri dei costi, è essenziale comprendere nel dettaglio le singole componenti di costo della produzione di circuiti integrati, al fine di consentire calcoli trasparenti e prendere decisioni fondate nell'ambito degli acquisti strategici e della gestione dei costi.

La produzione di circuiti integrati si divide in tre processi principali: Produzione di wafer, lavorazione front-end e back-end. In particolare, la lavorazione front-end, in cui il layout del circuito viene applicato al silicio, rappresenta la quota maggiore dei costi totali. Secondo il calcolo bottom-up documentato nel white paper fornito, i processi front-end rappresentano circa l '80% dei costi di produzione. Il processo di litografia da solo rappresenta circa il 25% dei costi totali - un fattore di costo significativo che pone requisiti elevati sia dal punto di vista tecnologico che finanziario.

La produzione di un wafer inizia con il processo Czochralski, in cui il silicio di elevata purezza viene fuso e trasformato in cristalli singoli. I lingotti vengono poi tagliati in dischi sottili e lavorati chimicamente e meccanicamente. Anche in questa fase, i costi sono influenzati dalla qualità del materiale, dall'investimento in macchinari e dai parametri di processo. Ciò richiede sistemi di alta precisione che possono costare diversi milioni di dollari.

La litografia svolge un ruolo centrale nel processo front-end. La risoluzione dei modelli di struttura dipende in larga misura dalla sorgente luminosa utilizzata. Mentre la litografia DUV (deep ultraviolet) è sufficiente per molti circuiti integrati standard, la produzione dei moderni chip ad alte prestazioni richiede sempre più l'uso della tecnologia EUV (extreme ultraviolet). I sistemi EUV, prodotti esclusivamente da ASML, costano fino a 300 milioni di dollari per unità e contribuiscono quindi in modo significativo agli elevati costi di investimento.

Un altro fattore di costo fondamentale è il costo dei materiali, in particolare dei wafer, dei prodotti chimici, dei gas e delle fotomaschere. Le fotomaschere diventano significativamente più costose con le strutture di dimensioni avanzate, poiché presentano un numero maggiore di strati e tolleranze più strette. Il costo totale di un set di maschere può ammontare a diversi milioni di dollari. È difficile determinare con esattezza i costi dei materiali per matrice, poiché dipendono fortemente dalla resa, dalla densità dei difetti e dai parametri di processo utilizzati.

Le spese generali sono una voce di costo spesso sottovalutata ma estremamente significativa. Comprendono la manutenzione della camera bianca, la fornitura di energia, l'infrastruttura informatica, la manodopera indiretta e i costi generali di amministrazione. Le spese generali aumentano in modo significativo, soprattutto con le tecnologie di produzione avanzate, poiché sono necessari ulteriori controlli di qualità e di processo. I parametri di riferimento per la valutazione della localizzazione regionale (ad esempio, USA vs. Taiwan) sono essenziali per un calcolo realistico.

I processi di back-end, come la separazione degli stampi, il contatto elettrico e la progettazione degli alloggiamenti, rappresentano circa il 20% dei costi totali di produzione dei circuiti integrati. Nonostante la minore complessità rispetto al front-end, questi processi richiedono materiali specifici, una guida precisa della macchina e talvolta fasi di lavoro manuali, che a loro volta influiscono sui costi.

In sintesi, per una ripartizione affidabile dei costi di fabbricazione dei CI è necessaria un'analisi completa dal basso verso l'alto. Questa dovrebbe includere i costi di investimento, i costi dei materiali, i parametri di processo e le caratteristiche regionali e tecniche. Per gli ingegneri dei costi, questa metodologia costituisce la base per identificare i driver di costo e incorporarli nei benchmark, nelle trattative sui prezzi o nelle decisioni "make or buy" (senza nominarli esplicitamente).

📄 È possibile visualizzare il white paper completo qui:

Libro bianco: Calcolo del costo dei circuiti integrati (PDF)

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