Estrutura de custos no fabrico de semicondutores - uma visão transparente para os engenheiros de custos
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Estrutura de custos no fabrico de semicondutores - Uma visão transparente para os técnicos de custos
A crescente complexidade e miniaturização dos componentes de semicondutores não só aumentou os requisitos tecnológicos, como também a necessidade de um cálculo exato dos custos. É cada vez mais importante que os engenheiros de custos compreendam e avaliem de forma transparente os principais factores de custo ao longo de toda a cadeia de valor do fabrico de circuitos integrados ("custo de fabrico de semicondutores").
O processo de fabrico de circuitos integrados (CI) divide-se em três fases principais: Produção de bolachas, processos front-end e back-end. Embora os processos de front-end - especialmente a litografia - sejam responsáveis pela maioria dos custos de produção, a atribuição correta das despesas gerais também desempenha um papel fundamental no cálculo realista dos custos globais.
A produção de bolachas começa com o processo Czochralski para o fabrico de lingotes de silício monocristalino. Depois de cortados, triturados e limpos, estes são transformados em bolachas utilizáveis, que constituem a base da CCI. Mesmo aqui, os custos variam consideravelmente - dependendo do diâmetro e da pureza da pastilha, bem como do nó tecnológico pretendido.
No processo de front-end, os circuitos são aplicados à bolacha. Isto ocorre em várias etapas: oxidação, revestimento, exposição (litografia), gravação, dopagem e polimento. A litografia é o processo mais dispendioso, especialmente quando são utilizadas tecnologias EUV para nós avançados (abaixo de 7 nm). Um único dispositivo de exposição EUV pode custar até 300 milhões de dólares americanos, pelo que representa um investimento significativo. Por conseguinte, a depreciação da máquina é um elemento de custo dominante que os engenheiros de custos devem considerar cuidadosamente nos seus cálculos.
Outro aspeto fundamental na análise de custos é a inclusão dos custos dos materiais. Estes incluem não só as bolachas de silício, mas também os materiais de processamento químico, gases, fotorresistências e conjuntos de máscaras, que se tornam mais complexos e dispendiosos com o aumento da profundidade da estrutura - no caso dos nós mais avançados, podem custar vários milhões de dólares por conjunto.
O back end inclui a separação das pastilhas, a sua aplicação a um substrato, a ligação eléctrica através da ligação de fios e a moldagem final. Embora esta secção represente apenas cerca de 20 % dos custos totais, não deve ser subestimada - especialmente em termos de consumo de material e custos de mão de obra.
A abordagem de custos desenvolvida baseia-se num cálculo ascendente de um microcontrolador de 32 bits com um invólucro BGA-416 para uma produção anual de 10 milhões de unidades. A análise mostra que os processos de front-end, incluindo os custos das bolachas, representam cerca de 80 % dos custos totais de produção. Dentro destes 80 %, só a litografia representa cerca de 25 %, enquanto outros 35 % dos custos totais são classificados como despesas gerais - incluindo TI, infra-estruturas, energia, pessoal qualificado e processos de limpeza. Estas despesas dependem fortemente da localização e do processo, razão pela qual os valores de referência de sectores de alta tecnologia comparáveis, como a aviação ou os produtos químicos, servem frequentemente como valor aproximado.
Para uma estimativa de custos válida, os custos de capital e de funcionamento, o consumo de materiais, os tempos de ciclo e a produção devem ser analisados em pormenor. Os engenheiros de custos devem ter sempre em conta as condições de enquadramento específicas, tais como a localização da produção, os nós tecnológicos e os volumes, de modo a obter resultados sólidos e fiáveis. Esta é a única forma de tomar decisões bem fundamentadas em compras, negociações de preços e aquisições estratégicas.
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