La struttura dei costi nella produzione di circuiti integrati: approfondimenti per gli ingegneri dei costi

La produzione di circuiti integrati (IC) è un processo complesso caratterizzato da investimenti estremamente elevati, precisione tecnica e una moltitudine di fasi di processo chimico e fisico. Per gli ingegneri dei costi è fondamentale sviluppare una profonda comprensione di questi processi per poter effettuare calcoli dei costi e analisi economiche fondate.

Al centro della produzione di circuiti integrati ci sono tre fasi principali: Produzione di wafer, processo front-end e processo back-end. Ognuna di queste fasi contiene fattori di costo specifici che contribuiscono in modo significativo al calcolo complessivo.

La produzione inizia con la fabbricazione di wafer di silicio da lingotti di silicio monocristallino, coltivati con il processo Czochralski. La successiva lavorazione - taglio, lucidatura e pulizia - garantisce la qualità superficiale necessaria. Sebbene questa fase rappresenti solo una piccola parte dei costi totali, costituisce la base per tutte le fasi successive del processo.

La fase più significativa in termini di costi è il processo front-end, in cui il circuito elettronico viene trasferito sul wafer. Questo processo si svolge in diversi passaggi, utilizzando la litografia, l'incisione, il drogaggio e la lucidatura chimico-meccanica. La litografia, in particolare, è un fattore chiave per i costi e la tecnologia. A seconda della tecnologia utilizzata - ultravioletto profondo (DUV) o ultravioletto estremo (EUV) - i costi di investimento e di esercizio variano notevolmente. Sebbene la litografia EUV consenta di realizzare strutture di dimensioni più ridotte, richiede macchine per un valore fino a 300 milioni di dollari. Le analisi dei costi mostrano che la litografia rappresenta circa il 25% dei costi totali di produzione dei circuiti integrati.

Dopo la strutturazione, i chip vengono separati e confezionati. Questo processo comprende il taglio a cubetti, l'incollaggio a un substrato di supporto e l'incapsulamento finale. Anche se questa fase rappresenta solo il 20% circa dei costi totali, comporta una maggiore percentuale di lavoro manuale, che la rende sensibile alle fluttuazioni del costo del lavoro.

La produzione di circuiti integrati è ad alta intensità di capitale. Circa il 75% dei costi di avviamento di un impianto di produzione è rappresentato dagli investimenti in macchinari. Oltre ai sistemi di litografia, sono compresi anche i sistemi di deposizione, incisione e pulizia. I costi dei materiali consistono in wafer di silicio di elevata purezza, fotoresistenze, agenti di incisione e una varietà di gas di processo. I requisiti per i materiali e la purezza aumentano, soprattutto per le strutture di dimensioni più piccole, con un impatto diretto sui costi.

Una parte significativa, circa il 35%, dei costi di produzione dei circuiti integrati è attribuibile alle spese generali. Queste includono le spese per il personale, l'energia, l'infrastruttura IT, il controllo qualità e i fattori di localizzazione. Soprattutto nelle regioni con alti costi di manodopera ed energia, questi fattori hanno un forte impatto sui costi unitari. Poiché è difficile un'attribuzione diretta ai singoli chip, gli ingegneri dei costi ricorrono spesso a valori di riferimento specifici per il luogo.

Per gli ingegneri dei costi, l'analisi completa della produzione di circuiti integrati fornisce una solida base per identificare i fattori di costo. L'analisi mostra che: I processi front-end dominano la struttura dei costi, in particolare attraverso la litografia e gli investimenti in attrezzature. Un calcolo dei costi preciso e basato sui dati richiede una comprensione tecnica dettagliata e la capacità di valutare le differenze regionali e tecnologiche.

📄 Libro bianco da scaricare:

Libro bianco: Calcolo dei costi bottom-up dei circuiti integrati (PDF)

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