英飛凌：為能源價值鏈提供芯片方案，無錫工廠努力踐行“碳中和”

1   英飛凌的解決方案

在電力電子全產(chǎn)業(yè)鏈中，英飛凌的功率半導(dǎo)體都有解決方案。在能源的生成和儲能方面，EasyPACKTM1B/2B IGBT功率模塊和SSO8 功率器件主要應(yīng)用于太陽能發(fā)電、儲能和快速充電等領(lǐng)域。

其特點是效率更高、功率密度更大、尺寸更小且系統(tǒng)成本更低，能夠助力實現(xiàn)靈活的電網(wǎng)設(shè)計。同時，它還能夠提升將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率，改善電池用電效率，確保電網(wǎng)穩(wěn)定。在能源使用層面，EasyPACKTM 1B/2B、1A/2A 等IGBT 功率模塊及分立器件產(chǎn)品，能夠減少能源轉(zhuǎn)換和分配構(gòu)成中的損耗，讓能源高效而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)驅(qū)動、數(shù)據(jù)中心、汽車、智能樓宇等眾多領(lǐng)域。

EasyPACKTM 1B/2B 模塊已經(jīng)在英飛凌無錫工廠投入量產(chǎn)，且產(chǎn)能還在不斷擴大中。EasyPACKTM 1A/2A模塊也已做好量產(chǎn)準(zhǔn)備。同時，英飛凌無錫工廠還在引進用于電動汽車的HybridPACKTM 雙面冷卻IGBT 模塊，它能夠把電池的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機的交流電，并且能夠?qū)⒅苿赢a(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成為電池充電的直流電，其過程損耗很低，有助于提高電動車輛的續(xù)航里程。

英飛凌科技副總裁、英飛凌無錫制造、研發(fā)、測試技術(shù)和創(chuàng)新部負(fù)責(zé)人 范永新

2   無錫工廠對“碳中和”的踐行和思考

碳中和、數(shù)字化、高良品率是現(xiàn)代工廠追求的目標(biāo)，需要一系列的技術(shù)和管理手段來保障。英飛凌科技是世界十大半導(dǎo)體公司之一，擁有自己的芯片制造工廠。近日，該公司在無錫舉辦了“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(shù)和創(chuàng)新部負(fù)責(zé)人范永新，攜英飛凌無錫工廠的信息技術(shù)總監(jiān)曹翃與高功率半導(dǎo)體制造部總監(jiān)張向東，向電子產(chǎn)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。

2.1 為何熱衷“碳中和”

當(dāng)前，“氣候變化”是一項全球性挑戰(zhàn)，需要整個社會一致行動。英飛凌一直把讓生活更加環(huán)保作為使命之一，認(rèn)為這是企業(yè)的社會責(zé)任。同時，英飛凌的產(chǎn)品也能夠在這方面做出貢獻(xiàn)。因此，英飛凌希望能夠起到示范作用，助力全社會參與。

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(biāo)”，成為第一家承諾實現(xiàn)“碳中和”的半導(dǎo)體企業(yè)。其目標(biāo)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(lǐng)域采用最現(xiàn)代化的工藝技術(shù)；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(chǔ)設(shè)施推廣電動汽車；⑤對于無法完全避免的排放，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)購買碳排放證書，支持具有生態(tài)和社會效益的項目等。

英飛凌的信心源于其歷來的良好節(jié)能減排記錄，例如：在生產(chǎn)過程中，英飛凌的資源利用效率遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體行業(yè)的全球平均水平。在生產(chǎn)晶圓方面，英飛凌生產(chǎn)每平方厘米晶圓的耗電量比全球平均水平低約47%，耗水量比全球平均水平低約29%，產(chǎn)生的廢棄物比全球平均水平低約56%。

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

2.2 實現(xiàn)碳中和的具體措施

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(chǎn)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，碳中和之路也需采用先進技術(shù)。一些新技術(shù)的采用需要企業(yè)有膽識、魄力與專業(yè)的知識判斷。作為后道工廠，英飛凌無錫主要聚焦于覆蓋產(chǎn)品周期的五大重點領(lǐng)域。

●   低碳制造設(shè)計。主要體現(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(shè)計；開發(fā)智能制造技術(shù)，提高設(shè)備利用率；利用本土生產(chǎn)材料和設(shè)備，減少設(shè)備、材料從供應(yīng)商到無錫工廠之間運輸所消耗的能源。

●   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，不斷采用先進節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行智能能源監(jiān)測。

●   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。

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

●   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(qū)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(jīng)實現(xiàn)了碳達(dá)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(jù)2021 年中國船級社質(zhì)量評估機構(gòu)數(shù)據(jù)，英飛凌無錫工廠的綠色績效處于半導(dǎo)體行業(yè)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(dá)到碳中和。

除此之外，無錫工廠的特色還在于與第三方合作進行能源合同管理的方式。如果第三方愿意投資，英飛凌會要求他們采用最新技術(shù)，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。光伏也用了同樣的思路。這種方式的好處是與業(yè)務(wù)伙伴實現(xiàn)雙贏，甚至是多贏合作?！斑@是開創(chuàng)性的探索，相信這也體現(xiàn)了很多中國人的特點，敢用新東西，敢于嘗試?！狈队佬赂笨偛梅Q。

2.3 用MES打造智能工廠

1）打造智能工廠

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能工廠是英飛凌物聯(lián)網(wǎng)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(dǎo)委員會初創(chuàng)成員，也加入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）和德國“工業(yè)4.0”平臺，在“工業(yè)4.0”相關(guān)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的制定中發(fā)揮著非常關(guān)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(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案。除了是倡導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)者和賦能者，英飛凌更是工業(yè)4.0 的實踐者，把覆蓋生產(chǎn)、供應(yīng)鏈和技術(shù)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(biāo)。

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)了制造自動化和智能化，顯著提升了運營績效。該系統(tǒng)能夠?qū)θ藛T、機器、材料、流程和方法、環(huán)境設(shè)施等五大關(guān)鍵生產(chǎn)要素進行智能控制，利用無紙化、數(shù)據(jù)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(zhì)量。例如，英飛凌無錫將生產(chǎn)周期縮短了50%；在沒有額外投資新設(shè)備的情況下，生產(chǎn)效率提升了11%；實現(xiàn)了制造因素和產(chǎn)品工藝參數(shù)100% 可追溯；自動化程度達(dá)到了80%；基于MES 的系統(tǒng)使制程和人為錯誤降低了50%。在MES 之上，英飛凌無錫還有“缺陷探測和管理系統(tǒng)”。MES 對行業(yè)的參考和借鑒如下。

①產(chǎn)品的流轉(zhuǎn)方面，如果產(chǎn)品在生產(chǎn)線放的時間長，除了資金占用之外也產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險。特別是對于半導(dǎo)體這種對灰塵、環(huán)境要求很高的產(chǎn)品，堆的時間越長，對應(yīng)的風(fēng)險也會越大。毫無疑問，流轉(zhuǎn)速度快對此是有幫助的。如果生產(chǎn)過程出現(xiàn)經(jīng)常性的停頓，就意味著存在隱患，機臺生產(chǎn)的產(chǎn)品隱患也會上升。若要實現(xiàn)MES系統(tǒng)的智能管控，需要在人、機、料、法各個方面做大量工作。

②人員培訓(xùn)方面，為了保證合規(guī)人員操作，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(shè)備的資格。當(dāng)然，在進行這個操作之前，首先需要保證員工正常的培訓(xùn)。英飛凌的員工基本上要3 ～ 6 個月的培訓(xùn)時間，然后才能夠獨立操作。

③在原材料方面，更多的是與供應(yīng)商的合作管控。除了像很多企業(yè)做的來料檢驗之外，在跟供應(yīng)商，特別是新供應(yīng)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(zhì)量人員、技術(shù)人員、項目經(jīng)理定期到工廠去，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(yīng)商，他們都表達(dá)了同樣的看法：雖然英飛凌目前在他們企業(yè)的業(yè)務(wù)中所占比例并不高，可是他們認(rèn)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(wù)發(fā)展。

④在設(shè)備方面，英飛凌無錫也在不斷升級改造，淘汰一些老舊設(shè)備，引入最新的自動化設(shè)備，例如IGBT產(chǎn)品線?，F(xiàn)在中國有很多企業(yè)開始做IGBT 產(chǎn)品，據(jù)了解其中有些工序是手工進行的。通常認(rèn)為手工對質(zhì)量控制會有影響，因為人會有情緒不好、瞌睡等情況。在所有工序上，英飛凌都是采用最先進的全自動設(shè)備操作。所以投資更大，但是產(chǎn)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(guān)鍵，英飛凌不能讓客戶承擔(dān)質(zhì)量風(fēng)險。

⑤從方法上，要做到完善的質(zhì)量管控，首先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(shù)層面來看，他們已經(jīng)談到了芯片晶圓的結(jié)構(gòu)、振動到底哪個方向會對工件更好等非常細(xì)致的問題。正是得益于工程師對技術(shù)的進一步掌握，才能使英飛凌的產(chǎn)品達(dá)到目前的水準(zhǔn)。

2.4 無錫工廠的工業(yè)4.0藍(lán)圖

展望未來，英飛凌提出了無錫工業(yè)4.0 藍(lán)圖，包括四個方面：1）集成化、數(shù)字化敏捷生產(chǎn)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）利用大數(shù)據(jù)分析對質(zhì)量的自動異常檢測、預(yù)測。3）生產(chǎn)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，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(chǔ)。在此之上，要把所有的信息“人、機、料”等變成數(shù)字化，讓系統(tǒng)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(jù)分析、深度分析等方式，讓系統(tǒng)自動匹配，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。

3   英飛凌及無錫工廠概覽

3.1 英飛凌概況

與賽普拉斯合并之后，英飛凌已成為全球十大半導(dǎo)體公司之一，也是汽車電子、電源管理和驅(qū)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(lǐng)域的領(lǐng)先者。據(jù)第三方研究機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，英飛凌在汽車電子、功率半導(dǎo)體和安全I(xiàn)C 領(lǐng)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。

3.2 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。1995 年無錫工廠成立時是做光電耦合器，后來做LED 產(chǎn)品?，F(xiàn)在無錫工廠最大產(chǎn)量的產(chǎn)品是分立器件，用于二極管、三極管等領(lǐng)域，還有具有特別安全防護的智能卡芯片車間。除此之外，新建大樓主要是IGBT 產(chǎn)線。IGBT 有幾大類，從已經(jīng)量產(chǎn)的EasyPACKTM 1B/2B IGBT 模塊，到已經(jīng)完成量產(chǎn)準(zhǔn)備的EasyPACKTM 1A/2A IGBT 模塊。同時，還有幾個項目在準(zhǔn)備，包括用于電動汽車的HybridPACKTM雙面冷卻IGBT 模塊。這些模塊對應(yīng)的功率、電壓范圍基本上能夠覆蓋從風(fēng)電、光伏、工業(yè)，到消費電子、家電等方面的應(yīng)用。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）