英飛凌：為能源價(jià)值鏈提供芯片方案，無(wú)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(chǔ)能方面，EasyPACKTM1B/2B IGBT功率模塊和SSO8 功率器件主要應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電、儲(chǔ)能和快速充電等領(lǐng)域。

其特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)靈活的電網(wǎng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，它還能夠提升將太陽(yáng)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(dòng)、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(wú)錫工廠投入量產(chǎn)，且產(chǎn)能還在不斷擴(kuò)大中。EasyPACKTM 1A/2A模塊也已做好量產(chǎn)準(zhǔn)備。同時(shí)，英飛凌無(wú)錫工廠還在引進(jìn)用于電動(dòng)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(dòng)電機(jī)的交流電，并且能夠?qū)⒅苿?dòng)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成為電池充電的直流電，其過(guò)程損耗很低，有助于提高電動(dòng)車輛的續(xù)航里程。

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

2   無(wú)錫工廠對(duì)“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(lái)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(wú)錫舉辦了“低碳互聯(lián)‘凌’距離 英飛凌無(wú)錫工廠媒體溝通會(huì)”，英飛凌科技副總裁、英飛凌無(wú)錫制造、研發(fā)、測(cè)試技術(shù)和創(chuàng)新部負(fù)責(zé)人范永新，攜英飛凌無(wú)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(wú)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(xiàng)全球性挑戰(zhàn)，需要整個(gè)社會(huì)一致行動(dòng)。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(huì)責(zé)任。同時(shí)，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(huì)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(shí)現(xiàn)“碳中和”的半導(dǎo)體企業(yè)。其目標(biāo)是到2030 年實(shí)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(guò)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(guò)渡到使用具有來(lái)源保證的100% 綠色電力；④通過(guò)擴(kuò)建工廠的充電基礎(chǔ)設(shè)施推廣電動(dòng)汽車；⑤對(duì)于無(wú)法完全避免的排放，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買(mǎi)碳排放證書(shū)，支持具有生態(tài)和社會(huì)效益的項(xiàng)目等。

英飛凌的信心源于其歷來(lái)的良好節(jié)能減排記錄，例如：在生產(chǎn)過(guò)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(jī)，以及英飛凌的先進(jìn)技術(shù)給了其充分信心去實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

2.2 實(shí)現(xiàn)碳中和的具體措施

在碳中和方面，前道工廠對(duì)工序的要求穩(wěn)定性特別高，因?yàn)樗漠a(chǎn)品周期很長(zhǎng)，中間有成百甚至上千道工序，所以從整個(gè)自動(dòng)化、節(jié)能化方面來(lái)看，前道工廠走得比后道快。對(duì)于后道工廠，碳中和之路也需采用先進(jìn)技術(shù)。一些新技術(shù)的采用需要企業(yè)有膽識(shí)、魄力與專業(yè)的知識(shí)判斷。作為后道工廠，英飛凌無(wú)錫主要聚焦于覆蓋產(chǎn)品周期的五大重點(diǎn)領(lǐng)域。

●   低碳制造設(shè)計(jì)。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(jìn)工藝設(shè)計(jì)；開(kāi)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(wú)錫工廠之間運(yùn)輸所消耗的能源。

●   提高能源效率。英飛凌無(wú)錫工廠成立于1995 年，在發(fā)展過(guò)程中運(yùn)用能源合同管理模式，不斷采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)制冷系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行能源改造，一方面能夠保持工廠順利運(yùn)營(yíng)，另一方面也大幅度提高了能源利用效率。此外也運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能能源監(jiān)測(cè)。

●   減少直接排放。例如，使用清潔無(wú)氟制冷材料，采用電動(dòng)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(wú)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(wú)錫工廠的布局都是樓宇式的，所以相對(duì)可用面積不多。英飛凌無(wú)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(dòng)的，未來(lái)還要繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的節(jié)能方式。

實(shí)際上，無(wú)錫工廠早在2015 年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，2020 年碳排放較2015 年減少了27%。并且，工廠實(shí)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(guó)船級(jí)社質(zhì)量評(píng)估機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，英飛凌無(wú)錫工廠的綠色績(jī)效處于半導(dǎo)體行業(yè)前5%。接下來(lái)，無(wú)錫工廠希望跟隨總部的決策，在2025 年實(shí)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(wú)錫工廠的特色還在于與第三方合作進(jìn)行能源合同管理的方式。如果第三方愿意投資，英飛凌會(huì)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(guò)這樣的方式，英飛凌實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷凍機(jī)和空壓機(jī)的升級(jí)。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(shí)現(xiàn)雙贏，甚至是多贏合作。“這是開(kāi)創(chuàng)性的探索，相信這也體現(xiàn)了很多中國(guó)人的特點(diǎn)，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(guó)工業(yè)4.0”執(zhí)行和指導(dǎo)委員會(huì)初創(chuàng)成員，也加入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）和德國(guó)“工業(yè)4.0”平臺(tái)，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(shí)，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(jí)感測(cè)能力、跨應(yīng)用控制以及高效電源管理，這些對(duì)于實(shí)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(shí)踐者，把覆蓋生產(chǎn)、供應(yīng)鏈和技術(shù)開(kāi)發(fā)全流程數(shù)字化，作為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0 的一個(gè)目標(biāo)。

2）MES

2013 年起，英飛凌無(wú)錫通過(guò)自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）實(shí)現(xiàn)了制造自動(dòng)化和智能化，顯著提升了運(yùn)營(yíng)績(jī)效。該系統(tǒng)能夠?qū)θ藛T、機(jī)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(jìn)行智能控制，利用無(wú)紙化、數(shù)據(jù)分析及智能決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工廠自動(dòng)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(wú)錫將生產(chǎn)周期縮短了50%；在沒(méi)有額外投資新設(shè)備的情況下，生產(chǎn)效率提升了11%；實(shí)現(xiàn)了制造因素和產(chǎn)品工藝參數(shù)100% 可追溯；自動(dòng)化程度達(dá)到了80%；基于MES 的系統(tǒng)使制程和人為錯(cuò)誤降低了50%。在MES 之上，英飛凌無(wú)錫還有“缺陷探測(cè)和管理系統(tǒng)”。MES 對(duì)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(shí)間長(zhǎng)，除了資金占用之外也產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。特別是對(duì)于半導(dǎo)體這種對(duì)灰塵、環(huán)境要求很高的產(chǎn)品，堆的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越大。毫無(wú)疑問(wèn)，流轉(zhuǎn)速度快對(duì)此是有幫助的。如果生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)經(jīng)常性的停頓，就意味著存在隱患，機(jī)臺(tái)生產(chǎn)的產(chǎn)品隱患也會(huì)上升。若要實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)的智能管控，需要在人、機(jī)、料、法各個(gè)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(jī)臺(tái)之前首先要掃描、刷卡。刷卡之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判別員工是否具備操作這臺(tái)設(shè)備的資格。當(dāng)然，在進(jìn)行這個(gè)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(gè)月的培訓(xùn)時(shí)間，然后才能夠獨(dú)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(lái)料檢驗(yàn)之外，在跟供應(yīng)商，特別是新供應(yīng)商的合作過(guò)程中，英飛凌投入了大量的人力物力。不僅要到現(xiàn)場(chǎng)看，而且會(huì)派出質(zhì)量人員、技術(shù)人員、項(xiàng)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(duì)于他們的管理理念、管理方法的改進(jìn)，能夠幫助他們提升在同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而促進(jìn)他們的業(yè)務(wù)發(fā)展。

④在設(shè)備方面，英飛凌無(wú)錫也在不斷升級(jí)改造，淘汰一些老舊設(shè)備，引入最新的自動(dòng)化設(shè)備，例如IGBT產(chǎn)品線。現(xiàn)在中國(guó)有很多企業(yè)開(kāi)始做IGBT 產(chǎn)品，據(jù)了解其中有些工序是手工進(jìn)行的。通常認(rèn)為手工對(duì)質(zhì)量控制會(huì)有影響，因?yàn)槿藭?huì)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(jìn)的全自動(dòng)設(shè)備操作。所以投資更大，但是產(chǎn)品是有保證的。因?yàn)镮GBT 對(duì)于發(fā)電、輸配電、用能、儲(chǔ)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(xiǎn)。

⑤從方法上，要做到完善的質(zhì)量管控，首先來(lái)源于人們對(duì)所做工作的理解。例如，現(xiàn)在無(wú)錫工廠的工程師對(duì)器件的理解非常深，從技術(shù)層面來(lái)看，他們已經(jīng)談到了芯片晶圓的結(jié)構(gòu)、振動(dòng)到底哪個(gè)方向會(huì)對(duì)工件更好等非常細(xì)致的問(wèn)題。正是得益于工程師對(duì)技術(shù)的進(jìn)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(wú)錫工廠的工業(yè)4.0藍(lán)圖

展望未來(lái)，英飛凌提出了無(wú)錫工業(yè)4.0 藍(lán)圖，包括四個(gè)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(duì)“人機(jī)料法環(huán)”的管控。2）利用大數(shù)據(jù)分析對(duì)質(zhì)量的自動(dòng)異常檢測(cè)、預(yù)測(cè)。3）生產(chǎn)智能化和自動(dòng)化。希望工程師的生活、所有辦公人員的生活也實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，實(shí)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(shí)現(xiàn)優(yōu)化集成的材料處理。英飛凌在工業(yè)4.0 的推進(jìn)過(guò)程中的思路是：實(shí)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(jī)、料”等變成數(shù)字化，讓系統(tǒng)幫助人們將現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界聯(lián)系在一起。希望通過(guò)基于大數(shù)據(jù)分析、深度分析等方式，讓系統(tǒng)自動(dòng)匹配，從而實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、料”等各方面有機(jī)統(tǒng)一與資源利用最大化。

3   英飛凌及無(wú)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(dòng)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、安全互聯(lián)系統(tǒng)、無(wú)線combo、差異化存儲(chǔ)等領(lǐng)域的領(lǐng)先者。據(jù)第三方研究機(jī)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(chǎng)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(guò)一半分布在亞太地區(qū)，包括：泰國(guó)、馬來(lái)西亞、印度尼西亞、新加坡、菲律賓、韓國(guó)、中國(guó)無(wú)錫。

3.2 無(wú)錫工廠概況

無(wú)錫工廠成立于1995 年，目前員工數(shù)超過(guò)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(wú)錫工廠打造成其全球最大的IGBT 制造中心之一。1995 年無(wú)錫工廠成立時(shí)是做光電耦合器，后來(lái)做LED 產(chǎn)品?，F(xiàn)在無(wú)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(hù)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(shí)，還有幾個(gè)項(xiàng)目在準(zhǔn)備，包括用于電動(dòng)汽車的HybridPACKTM雙面冷卻IGBT 模塊。這些模塊對(duì)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(fèi)電子、家電等方面的應(yīng)用。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）