La struttura dei costi nella produzione di semiconduttori: una visione trasparente per gli ingegneri dei costi
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Struttura dei costi nella produzione di semiconduttori - Una visione trasparente per gli ingegneri dei costi
La crescente complessità e miniaturizzazione dei componenti dei semiconduttori ha aumentato non solo i requisiti tecnologici, ma anche la necessità di un calcolo preciso dei costi. Per gli ingegneri dei costi sta diventando sempre più importante comprendere e valutare in modo trasparente i principali fattori di costo lungo l'intera catena del valore della produzione dei circuiti integrati ("costo di produzione dei semiconduttori").
Il processo di produzione dei circuiti integrati (IC) si divide in tre fasi principali: Produzione di wafer, processi front-end e back-end. Sebbene i processi di front-end, in particolare la litografia, rappresentino la maggior parte dei costi di produzione, anche la corretta allocazione delle spese generali svolge un ruolo fondamentale per un calcolo realistico dei costi complessivi.
La produzione di wafer inizia con il processo Czochralski per la produzione di lingotti di silicio monocristallino. Dopo il taglio, la rettifica e la pulizia, questi vengono trasformati in wafer utilizzabili, che costituiscono la base per il CIC. Anche in questo caso, i costi variano notevolmente, a seconda del diametro e della purezza del wafer e del nodo tecnologico desiderato.
Nel processo front-end, i circuiti vengono applicati al wafer. Ciò avviene in diverse fasi: ossidazione, rivestimento, esposizione (litografia), incisione, drogaggio e lucidatura. La litografia è il processo più costoso, soprattutto quando si utilizzano tecnologie EUV per nodi avanzati (inferiori a 7 nm). Un singolo dispositivo di esposizione EUV può costare fino a 300 milioni di dollari e rappresenta quindi un investimento significativo. Di conseguenza, l'ammortamento della macchina è una voce di costo dominante che gli ingegneri dei costi devono considerare attentamente nei loro calcoli.
Un altro aspetto fondamentale nell'analisi dei costi è l'inclusione dei costi dei materiali. Questi includono non solo i wafer di silicio, ma anche i materiali per i processi chimici, i gas, i fotoresistenti e i set di maschere, che diventano più complessi e costosi con l'aumentare della profondità della struttura - nel caso dei nodi più avanzati, possono costare diversi milioni di dollari per set.
Il back end comprende la separazione dei chip, l'applicazione su un substrato, il collegamento elettrico tramite wire bonding e lo stampaggio finale. Anche se questa sezione rappresenta solo il 20% circa dei costi totali, non deve essere sottovalutata, soprattutto in termini di consumo di materiali e costi di manodopera.
L'approccio ai costi sviluppato si basa su un calcolo bottom-up di un microcontrollore a 32 bit con alloggiamento BGA-416 per una produzione annuale di 10 milioni di unità. L'analisi mostra che i processi front-end, compresi i costi dei wafer, rappresentano circa l'80% dei costi totali di produzione. All'interno di questo 80%, la litografia da sola rappresenta circa il 25%, mentre un ulteriore 35% dei costi totali è classificato come spese generali, tra cui IT, infrastrutture, energia, personale qualificato e processi di pulizia. Queste spese dipendono fortemente dal luogo e dal processo, motivo per cui i benchmark di industrie high-tech comparabili, come l'aviazione o la chimica, servono spesso come valore approssimativo.
Per una stima valida dei costi, è quindi necessario analizzare in dettaglio i costi di capitale e operativi, il consumo di materiali, i tempi di ciclo e la produzione. Gli ingegneri dei costi devono sempre tenere conto delle condizioni specifiche del contesto, come l'ubicazione della produzione, i nodi tecnologici e i volumi, per ottenere risultati solidi e affidabili. Solo in questo modo è possibile prendere decisioni fondate negli acquisti, nelle trattative sui prezzi e negli approvvigionamenti strategici.
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