英飛凌無錫工廠在低碳、互聯(lián)、零缺陷的探索和實踐

碳中和、數(shù)字化、高良品率是現(xiàn)代工廠追求的目標，需要一系列的技術和管理手段來保障。作為世界十大半導體公司之一，英飛凌科技擁有自己的芯片工廠，堪稱制造業(yè)的典范：是第一家承諾實現(xiàn)“碳中和”的半導體企業(yè)；自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）使生產周期縮短50%；產品缺陷率低至每10億中有2.9個。

圖：英飛凌無錫廣場外景

近日，英飛凌在無錫工廠舉辦了“低碳互聯(lián)’凌’距離 英飛凌無錫工廠媒體溝通會”，英飛凌科技副總裁、英飛凌無錫制造、研發(fā)、測試技術和創(chuàng)新部負責人范永新，攜英飛凌無錫工廠的信息技術總監(jiān)曹翃與高功率半導體制造部總監(jiān)張向東，向電子產品世界等媒體介紹了無錫工廠在綠色、智能和零缺陷方面的方法、探索及思考。

1   目標碳中和，建設綠色工廠

1.1 為何熱衷“碳中和”

當前，“氣侯變化”是一項全球性的挑戰(zhàn)，需要整個社會一致行動。英飛凌一直是把讓生活更加環(huán)保作為使命之一，認為這是企業(yè)的責任。同時，英飛凌的產品恰恰能夠在這方面做出貢獻，因此，英飛凌也是希望能夠起到示范作用，通過自己的帶動，讓全社會都能夠參與進來。

為此，英飛凌致力于持續(xù)減少碳排放，并在2020年制定了“有約束力的減排目標”，成為第一家承諾實現(xiàn)“碳中和”的半導體企業(yè)。其目標是到2030年實現(xiàn)碳中和。在此之前的2025年，把二氧化碳排放量較2019年降低70%。

在踐行碳中和方面，英飛凌有五大戰(zhàn)略舉措：①通過廢氣凈化，延續(xù)并完善減少溫室氣體排放的自愿措施，②不斷提高能源效率，并在制造領域采用最現(xiàn)代化的工藝技術，③中期過渡到使用具有來源保證的100%綠色電力，④通過擴建工廠的充電基礎設施來推廣電動汽車，⑤對于無法完全避免的排放，以高質量標準購買碳排放證書，支持具有生態(tài)和社會效益的項目等。

英飛凌的信心其實也是源于其歷來的良好節(jié)能減排記錄，例如：在生產過程中，英飛凌的資源利用效率遠高于半導體行業(yè)的全球平均水平。在生產晶圓方面，英飛凌生產每平方厘米晶圓的耗電量比全球平均水平要低約47%，耗水量比全球平均水平要低約29%，產生的廢棄物比全球平均水平要低約56%。

歷史上所取得的良好成績，以及英飛凌的先進技術給了其充分信心，去實現(xiàn)碳中和目標。

在碳中和方面，前道工廠對工序的要求穩(wěn)定性特別高，因為它的產品周期很長，中間有成百甚至上千道工序，所以從整個自動化、節(jié)能化方面來看，前道工廠走得比后道快。對于后道工廠， 使用最先進的技術 ，需要企業(yè)有膽識、魄力與專業(yè)的知識判斷。作為英飛凌中喲的后道工廠，無錫工廠采取了與第三方合作進行能源合同管理的方式，這是開創(chuàng)性的探索，相信這也是體現(xiàn)了很多中國人的特點，敢用新東西，敢于嘗試。

1.2 實現(xiàn)碳中和的具體措施

在降低碳排放、走向綠色工廠之路上，英飛凌無錫主要聚焦于覆蓋產品周期的五大重點領域。

1）低碳制造設計。主要表現(xiàn)在使用低碳材料，并提高材料使用效率；持續(xù)改進工藝設計；開發(fā)智能制造技術、提高設備利用率；還有就是利用本土的生產材料和設備，減少設備、材料從供應商到無錫工廠之間運輸所消耗的能源。

2）提高能源效率。英飛凌無錫工廠成立于1995年，在發(fā)展過程中運用能源合同管理模式，不斷采用先進的節(jié)能技術和產品對制冷系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進行能源改造，一方面能夠保持工廠順利運營，另一方面也大幅度提高了能源利用效率。此外也運用神經網絡，進行智能的能源監(jiān)測。

3）減少直接排放。例如，使用清潔無氟制冷材料，采用電動叉車，甚至公司的班車也采用新能源大巴等。

4）資源循環(huán)利用。例如，將廢熱循環(huán)利用于空氣處理、水處理等系統(tǒng)；包裝材料循環(huán)利用；生產的廢棄物循環(huán)利用等。

5）使用清潔能源。在這方面，無錫工廠的舉措包括建立分布式屋頂和停車棚光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用綠色電力等。無錫工廠的布局都是樓宇式的，所以相對可用的面積不多。英飛凌無錫在所有可用區(qū)域安裝了光伏發(fā)電系統(tǒng)，到目前為止，有28%的辦公用電是由光伏驅動的，未來還要繼續(xù)開發(fā)新的節(jié)能方式。

實際上，無錫工廠早在2015年已經實現(xiàn)了碳達峰，2020年碳排放較2015年減少了27%。并且，工廠實現(xiàn)了100%循環(huán)利用包裝材料、100%使用廢熱循環(huán)加熱水處理系統(tǒng)、在可用區(qū)域100%安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據2021年中國船級社質量評估機構數(shù)據，英飛凌無錫工廠的綠色績效處于半導體行業(yè)的前5%。接下來，無錫工廠希望跟隨總部的決策，在2025年實現(xiàn)碳排放較2019年減少70%，并且在2030年達到碳中和。

1.3 引入第三方合作

此外，英飛凌無錫工廠的特色還在于引入第三方，跟很多伙伴進行能源合同管理的合作方式。如果第三方愿意投資，英飛凌會要求他們采用最新的技術，即能效最好的方案，以減少電能消耗。通過這樣的方式，英飛凌實現(xiàn)了對冷凍機和空壓機的升級。光伏也是用了同樣的思路。這種方式的好處是與業(yè)務伙伴實現(xiàn)雙盈，甚至是多贏的合作。

2   智能工廠的實踐

2.1 打造智能工廠

工業(yè)互聯(lián)網和智能工廠是英飛凌物聯(lián)網戰(zhàn)略的重要組成部分。英飛凌是“德國工業(yè)4.0”執(zhí)行和指導委員會初創(chuàng)成員，而且也加入了工業(yè)互聯(lián)網聯(lián)盟（IIC）和德國“工業(yè)4.0”平臺，在“工業(yè)4.0”相關規(guī)則和標準的制定中發(fā)揮著非常關鍵的作用。同時，英飛凌也在研制工業(yè)4.0所需的核心器件和領先的半導體解決方案。除了是倡導者之外，英飛凌也是工業(yè)4.0的賦能者。英飛凌能夠提供值得信賴的安全解決方案、高級感測能力、跨應用控制以及高效電源管理，這些對于實現(xiàn)工業(yè)4.0具有非常重要的作用。

除了作為倡導者跟賦能者之外，更是工業(yè)4.0的實踐者。英飛凌把覆蓋生產、供應鏈和技術開發(fā)全流程數(shù)字化，作為實現(xiàn)工業(yè)4.0的一個目標。

2.2 MES

2013年起，英飛凌無錫通過自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)了制造的自動化和智能化，顯著提升了運營績效。該系統(tǒng)能夠對人員、機器、材料、流程和方法、環(huán)境設施等五大關鍵生產要素進行智能控制，利用無紙化、數(shù)據分析及智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)了工廠自動化和智能化，從而降低成本，提升速度和質量。例如，英飛凌無錫將生產周期縮短了50%；在沒有額外投資新設備的情況下，生產效率提升了11%；實現(xiàn)了制造因素和產品工藝參數(shù)100%可追溯；自動化程度達到了80%；基于MES之上的系統(tǒng)，使得制程和人為錯誤降低了50%。在MES之上， 英飛凌無錫有“缺陷探測和管理系統(tǒng)”。

MES對行業(yè)的參考和借鑒如下。

1） 從產品的流轉方面來看，如果產品在生產線放的時間長，除了資金占用之外也產生質量風險。特別是對于半導體這種對灰塵、環(huán)境要求很高的產品而言，堆的時間越長，對應的風險也會越大。毫無疑問，流轉速度快對此是有幫助的。如果生產過程出現(xiàn)經常性的停頓，停頓就意味著存在隱患，在這種機臺生產的產品隱患也會上升。若要實現(xiàn)的MES系統(tǒng)的智能管控，其實來源于對人、機、料、法各個方面所做的大量工作。

2） 從人員培訓方面來看。為了保證合規(guī)人員的操作，員工在操作機臺之前首先要掃描、刷卡。刷卡之后，系統(tǒng)會自動判別員工是否具備操作這臺設備的資格。當然，在進行這個操作之前，首先需要保證員工正常的培訓。英飛凌的員工基本上要3~6個月的培訓時間，這樣他們才能夠獨立地去操作。

3） 在原材料方面，更多的是與供應商的合作管控。除了像很多企業(yè)做的來料檢驗之外，英飛凌在跟供應商，特別是新供應商的合作過程中，英飛凌投入了大量的人力物力。不僅要到現(xiàn)場看，而且會派出質量人員、技術人員、項目經理定期地到工廠去，希望能夠把英飛凌的管理思路和理念分享給他們。最近，英飛凌拜訪了幾家供應商，他們都表達了同樣的看法：雖然英飛凌目前在他們企業(yè)的業(yè)務中所占的比例并不高，可是他們認為英飛凌對于他們的管理理念、管理方法的改進，能夠幫助他們提升在同行業(yè)的競爭力，從而促進他們的業(yè)務發(fā)展。

4） 在設備方面，英飛凌無錫也在不斷地升級改造，淘汰一些老舊設備，并引入最新的自動化設備，例如IGBT產品線?，F(xiàn)在有很多的企業(yè)開始做IGBT產品，據了解其中有些工序是手工進行的。通常認為手工對質量控制會有影響，因為人會有情緒不好、打瞌睡等情況。在所有的工序上，英飛凌都是采用最先進的全自動設備操作。所以投資更大，但是產品是有保證的。因為IGBT對于發(fā)電、輸配電、用能、儲能等各方面的作用都非常關鍵，英飛凌也不會讓客戶承擔質量風險。

5） 從方法上，要做到完善的質量管控。首先的基礎來源于人們對所做工作的理解。例如現(xiàn)在無錫工廠的工程師對器件的理解非常深，從技術層面來看，他們已經談到了芯片晶圓的結構、震動到底是哪個方向會對工件更好等非常細致的問題。正是得益于工程師對技術的進一步掌握，才能使英飛凌的產品達到目前的水準。

2.3 無錫工廠的工業(yè)4.0藍圖

展望未來，英飛凌提出了：英飛凌無錫工業(yè)4.0藍圖。從四個方面把這個“藍圖”加以闡述：1）集成化、數(shù)字化敏捷生產和制造系統(tǒng)。這里主要是基于MES系統(tǒng)對“人機料法環(huán)”的管控。2）還有利用大數(shù)據分析對質量的自動異常檢測、預測。3）生產智能化和自動化。希望工程師的生活、所有辦公人員的生活也實現(xiàn)數(shù)字化，那就是實現(xiàn)高效自我管理的數(shù)字化工作和生活。4）物料方面，希望能實現(xiàn)優(yōu)化集成的材料處理。

英飛凌在工業(yè)4.0的推進過程中的思路是：實現(xiàn)制造系統(tǒng)的穩(wěn)定化、數(shù)字化是基礎。在此之上，要把所有的信息“人、機、料、法”等變成數(shù)字化、讓系統(tǒng)能夠幫助人們將現(xiàn)實世界與數(shù)字世界聯(lián)系在一起。希望通過基于大數(shù)據分析、深度分析等方式，讓系統(tǒng)自動做匹配，從而實現(xiàn)“人、機、料”等各方面有機統(tǒng)一與資源利用最大化。

2.4 安全的保障

提到“工業(yè)4.0”，其實就是要萬物互聯(lián)。要聯(lián)網就存在安全性的問題，特別是對于英飛凌這樣的高科技企業(yè)，知識產權是非常重要的。如何防止甚至降低聯(lián)網之后的風險？英飛凌無錫的安全解決方案能夠幫助進行安全的身份認證、安全的物品識別、安全的權限控制以及安全的通訊連接。在這個過程中，能夠滿足安全需求的智能卡芯片恰恰是無錫工廠主營的產品之一。它的應用領域十分廣泛，包括：支付、娛樂、政府身份識別、個人識別、物品識別、通訊聯(lián)系等。

圖 無錫工廠是英飛凌全球后道制造MES能力中心

那么，企業(yè)、工廠如何構建一個安全的環(huán)境應對現(xiàn)在已有的安全挑戰(zhàn)？

曹翃總監(jiān)稱，英飛凌非常關注自有知識的保護。物理級的安全方面，智能卡車間有四層安保。從網絡層面，現(xiàn)在在嘗試上公有云，例如客戶關系系統(tǒng)是在云上的。但是涉及自己的一些專有的知識還主要在公司內部，會分很多保護等級，有保密網絡。保密網里每一臺測試機的測試程序是直接從德國的主程序服務器上下載的。測試完的結果，就直接去做分析，不在機器上保留。無錫工廠的辦公區(qū)域跟車間是分離的，由虛擬路由來做應用之間的分離。關于電腦，每一個客戶端都有TPM (可信計算平臺模塊)，硬盤都是加密的。無錫工廠的任何一臺智能設備，包括筆記本電腦和臺式機都有公司頒發(fā)的證書， 沒有證書的設備是沒法接入網絡的。無錫工廠主要采用虛擬技術來部署自己的私有云。客戶端安裝軟件比較自由和人性化，在批準的情況下，用戶可以從自有的應用商店自助安裝，但是無F錫工廠會尊重知識產權保護，沒有盜版，所有安裝數(shù)量有自動統(tǒng)計。網絡中的設備有實時的病毒、木馬檢測，實時報警，及采取措施。關鍵數(shù)據統(tǒng)一存儲到數(shù)據中心。數(shù)據中心為了保護它的安全， 訪問是受限的。為了防止保護數(shù)據的丟失，數(shù)據還會同步拷貝到新加坡、德國備份。

圖 無錫工廠外景

在軟件方面，無錫工廠的用戶環(huán)境非常好，想用什么軟件都可以自己安裝，但是要提出申請。英飛凌是非常遵守法律，不使用任何的盜版軟件。員工要對自己的行為負責，軟件都會被實時檢測。如果檢測到安裝一些非法或者有危險的軟件，都會有人直接來做處理。還有非常重要的一點是防病毒。防病毒是每秒鐘監(jiān)控PC的，只要上傳了不安全的網絡、下載了不安全的軟件，就會采取措施。這些支持基本上都做到了自動化、無人化、遠程化。

還有員工的電腦只要幾分鐘不用，會自動鎖屏。無錫工廠會提高員工的安全意識，例如無錫工廠的USB在公司里面是受限的，不允許使用自己的U盤，只允許使用公司發(fā)放的，經過定期清洗和加密的U盤。

3   如何實現(xiàn)零缺陷

3.1 追求零缺陷

從產品角度看，英飛凌用品質領導地位實現(xiàn)了差異化競爭。英飛凌承諾從功能、可靠性、交期、產量和成本等方面，實現(xiàn)零缺陷。在此基礎上，英飛凌通過了很多國際質量標準認證，包括：ISO9001、IATF16949、AS9100、IEC17025、ISO26262等，保證了是在符合體系的要求下全面穩(wěn)定運行。

在多年的努力下，截至2020年，英飛凌已經達到了2.9個DPB，即每生產10億個器件的缺陷數(shù)量不足3個，樹立了全球半導體的質量標桿。這是一個非常高的水準，因為在很多行業(yè)還是以“每100萬中有多少個缺陷”衡量，英飛凌已經到了“每10億”。如果做形象的比喻，意味著全中國每年僅有約4人生病，1個人平均94萬年才生病1次，1萬個黃種人每年掉頭發(fā)總量不足3根！

實際上，“零缺陷”首先是汽車電子提出來的。無錫工廠并沒有區(qū)別對待“消費電子、工業(yè)”跟“汽車”行業(yè)的客戶，是用同樣的最高標準、汽車行業(yè)的標準做所有的生產。

其實在MES基礎上，無錫工廠有DDM（偏差實時探測管理系統(tǒng)）。這個系統(tǒng)能夠隨時把所有工序中輸入、輸出的信息收集起來，通過系統(tǒng)的自動判斷，從而做出評估。所謂的“輸入”，是指機器的功率、速度、力等信息；“輸出”是，指實際完成的結果怎么樣。DDM一方面能夠把這些問題落在審判員的狀態(tài)；另一方面，即便萬一有問題，也能夠在第一時間把它剔除掉。

除此之外，英飛凌也用了很多先進技術，例如對產品的智能檢測。例如，半導體后道封裝里會有“打線”，經常會出現(xiàn)“塌線”的情況，“塌線”就很容易有短路的風險。無錫工廠對于這樣的產品有以電腦專家系統(tǒng)為基礎的100%的X光檢測。以前有幾十個員工負責看這些圖像，但是幾年前替換成了用智能化的方式做自動識別，同樣把一卷放到X光機里面，系統(tǒng)會自動分割成一張一張照片送到后臺來判斷，線的形狀究竟好不好也是由系統(tǒng)判斷。采用這個系統(tǒng)之后，大大節(jié)省了人力。這些技術的應用，也能幫助保證產品質量。

提到質量，為了實現(xiàn)這樣的質量，在初期代價也不少。例如塌線的問題。在一個批次可能是（5~10）萬顆大的批次，哪怕發(fā)現(xiàn)1顆，無錫工廠就認為其它產品也有風險，對應的批次全部報廢。

3.2 運營管理的措施

無錫工廠打造了“卓越質量3-2-1”管理模式。一個核心, 即卓越質量；兩個支柱，指的是持續(xù)穩(wěn)定和精進創(chuàng)新；三個基石，，也就是系統(tǒng)和工具、組織、人才；持續(xù)穩(wěn)定始終是無錫運營工廠的指導思想。在此基礎上，快速反應，敏捷管控。通過一些最佳實踐分享，集思廣益，無錫工廠也會進行項目評估、競賽，來推進智能工廠數(shù)字化。最終希望能夠實現(xiàn)在質量、效率上的卓越。

圖：質量3-2-1管理模式

“縱有遲疑處，堅持質量先”，零缺陷無處不在，不論是在無塵室、實驗室還是辦公室。英飛凌一直希望能夠成為質量的領導者，實現(xiàn)“零缺陷”也意味著每個人對自己工作的承諾，從而來保證產品功能的可靠性、交期及產量、成本能夠實現(xiàn)零缺陷。

4   英飛凌及無錫工廠概覽

4.1 英飛凌概況

在與賽普拉斯合并之后，英飛凌已成為全球十大半導體公司之一，也是汽車電子、電源管理和驅動系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、安全互聯(lián)系統(tǒng)、無線combo、差異化存儲等領域的領導者。據第三方研究機構發(fā)布的數(shù)據顯示，英飛凌在汽車電子、功率半導體和安全IC領域的市場份額位居全球第一。

英飛凌有自己的前道和后道工廠，它們遍布全球。其中，約1/3是前道工廠，其余是后道工廠。后道工廠有超過一半分布在亞太地區(qū)，包括：泰國、馬來西亞、印度尼西亞、新加坡、菲律賓、韓國、中國無錫。

4.2 無錫工廠概況

無錫工廠成立于1995年，目前員工數(shù)超過1300人，是英飛凌在大中華區(qū)最大的制造基地。英飛凌正在把無錫工廠打造成其全球最大的IGBT制造中心之一。

圖：部分媒體參觀工廠的合影（筆者在左二）