英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)在低碳、互聯(lián)、零缺陷的探索和實(shí)踐

碳中和、數字化、高良品率是現代工廠(chǎng)追求的目標，需要一系列的技術(shù)和管理手段來(lái)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(chǎng)，堪稱(chēng)制造業(yè)的典范：是第一家承諾實(shí)現“碳中和”的半導體企業(yè)；自主研發(fā)的制造執行系統（MES）使生產(chǎn)周期縮短50%；產(chǎn)品缺陷率低至每10億中有2.9個(gè)。

圖：英飛凌無(wú)錫廣場(chǎng)外景

近日，英飛凌在無(wú)錫工廠(chǎng)舉辦了“低碳互聯(lián)’凌’距離 英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)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)、測試技術(shù)和創(chuàng )新部負責人范永新，攜英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)的信息技術(shù)總監曹翃與高功率半導體制造部總監張向東，向電子產(chǎn)品世界等媒體介紹了無(wú)錫工廠(chǎng)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(chǎng)

1.1 為何熱衷“碳中和”

當前，“氣侯變化”是一項全球性的挑戰，需要整個(gè)社會(huì )一致行動(dòng)。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(shí)，英飛凌的產(chǎn)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(guò)自己的帶動(dòng)，讓全社會(huì )都能夠參與進(jìn)來(lái)。

為此，英飛凌致力于持續減少碳排放，并在2020年制定了“有約束力的減排目標”，成為第一家承諾實(shí)現“碳中和”的半導體企業(yè)。其目標是到2030年實(shí)現碳中和。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，英飛凌有五大戰略舉措：①通過(guò)廢氣凈化，延續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)擴建工廠(chǎng)的充電基礎設施來(lái)推廣電動(dòng)汽車(chē)，⑤對于無(wú)法完全避免的排放，以高質(zhì)量標準購買(mǎi)碳排放證書(shū)，支持具有生態(tài)和社會(huì )效益的項目等。

英飛凌的信心其實(shí)也是源于其歷來(lái)的良好節能減排記錄，例如：在生產(chǎn)過(guò)程中，英飛凌的資源利用效率遠高于半導體行業(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要低約47%，耗水量比全球平均水平要低約29%，產(chǎn)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(jì)，以及英飛凌的先進(jìn)技術(shù)給了其充分信心，去實(shí)現碳中和目標。

在碳中和方面，前道工廠(chǎng)對工序的要求穩定性特別高，因為它的產(chǎn)品周期很長(cháng)，中間有成百甚至上千道工序，所以從整個(gè)自動(dòng)化、節能化方面來(lái)看，前道工廠(chǎng)走得比后道快。對于后道工廠(chǎng)， 使用最先進(jìn)的技術(shù) ，需要企業(yè)有膽識、魄力與專(zhuān)業(yè)的知識判斷。作為英飛凌中喲的后道工廠(chǎng)，無(wú)錫工廠(chǎng)采取了與第三方合作進(jìn)行能源合同管理的方式，這是開(kāi)創(chuàng )性的探索，相信這也是體現了很多中國人的特點(diǎn)，敢用新東西，敢于嘗試。

1.2 實(shí)現碳中和的具體措施

在降低碳排放、走向綠色工廠(chǎng)之路上，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。

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

2）提高能源效率。英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)成立于1995年，在發(fā)展過(guò)程中運用能源合同管理模式，不斷采用先進(jìn)的節能技術(shù)和產(chǎn)品對制冷系統、空壓系統、加熱系統、照明系統進(jìn)行能源改造，一方面能夠保持工廠(chǎng)順利運營(yíng)，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(jìn)行智能的能源監測。

3）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(chē)，甚至公司的班車(chē)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；包裝材料循環(huán)利用；生產(chǎn)的廢棄物循環(huán)利用等。

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

實(shí)際上，無(wú)錫工廠(chǎng)早在2015年已經(jīng)實(shí)現了碳達峰，2020年碳排放較2015年減少了27%。并且，工廠(chǎng)實(shí)現了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、在可用區域100%安裝光伏發(fā)電系統。根據2021年中國船級社質(zhì)量評估機構數據，英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)的綠色績(jì)效處于半導體行業(yè)的前5%。接下來(lái)，無(wú)錫工廠(chǎng)希望跟隨總部的決策，在2025年實(shí)現碳排放較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(wú)錫工廠(chǎng)的特色還在于引入第三方，跟很多伙伴進(jìn)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(huì )要求他們采用最新的技術(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(wù)伙伴實(shí)現雙盈，甚至是多贏(yíng)的合作。

2   智能工廠(chǎng)的實(shí)踐

2.1 打造智能工廠(chǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能工廠(chǎng)是英飛凌物聯(lián)網(wǎng)戰略的重要組成部分。英飛凌是“德國工業(yè)4.0”執行和指導委員會(huì )初創(chuàng )成員，而且也加入了工業(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)規則和標準的制定中發(fā)揮著(zhù)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(lài)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(shí)現工業(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(shí)踐者。英飛凌把覆蓋生產(chǎn)、供應鏈和技術(shù)開(kāi)發(fā)全流程數字化，作為實(shí)現工業(yè)4.0的一個(gè)目標。

2.2 MES

2013年起，英飛凌無(wú)錫通過(guò)自主研發(fā)的制造執行系統（MES），實(shí)現了制造的自動(dòng)化和智能化，顯著(zhù)提升了運營(yíng)績(jì)效。該系統能夠對人員、機器、材料、流程和方法、環(huán)境設施等五大關(guān)鍵生產(chǎn)要素進(jìn)行智能控制，利用無(wú)紙化、數據分析及智能決策系統，實(shí)現了工廠(chǎng)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)有額外投資新設備的情況下，生產(chǎn)效率提升了11%；實(shí)現了制造因素和產(chǎn)品工藝參數100%可追溯；自動(dòng)化程度達到了80%；基于MES之上的系統，使得制程和人為錯誤降低了50%。在MES之上， 英飛凌無(wú)錫有“缺陷探測和管理系統”。

MES對行業(yè)的參考和借鑒如下。

1） 從產(chǎn)品的流轉方面來(lái)看，如果產(chǎn)品在生產(chǎn)線(xiàn)放的時(shí)間長(cháng)，除了資金占用之外也產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險。特別是對于半導體這種對灰塵、環(huán)境要求很高的產(chǎn)品而言，堆的時(shí)間越長(cháng)，對應的風(fēng)險也會(huì )越大。毫無(wú)疑問(wèn)，流轉速度快對此是有幫助的。如果生產(chǎn)過(guò)程出現經(jīng)常性的停頓，停頓就意味著(zhù)存在隱患，在這種機臺生產(chǎn)的產(chǎn)品隱患也會(huì )上升。若要實(shí)現的MES系統的智能管控，其實(shí)來(lái)源于對人、機、料、法各個(gè)方面所做的大量工作。

2） 從人員培訓方面來(lái)看。為了保證合規人員的操作，員工在操作機臺之前首先要掃描、刷卡。刷卡之后，系統會(huì )自動(dòng)判別員工是否具備操作這臺設備的資格。當然，在進(jìn)行這個(gè)操作之前，首先需要保證員工正常的培訓。英飛凌的員工基本上要3~6個(gè)月的培訓時(shí)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(lái)料檢驗之外，英飛凌在跟供應商，特別是新供應商的合作過(guò)程中，英飛凌投入了大量的人力物力。不僅要到現場(chǎng)看，而且會(huì )派出質(zhì)量人員、技術(shù)人員、項目經(jīng)理定期地到工廠(chǎng)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(fǎng)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(wù)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(jìn)，能夠幫助他們提升在同行業(yè)的競爭力，從而促進(jìn)他們的業(yè)務(wù)發(fā)展。

4） 在設備方面，英飛凌無(wú)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(dòng)化設備，例如IGBT產(chǎn)品線(xiàn)?，F在有很多的企業(yè)開(kāi)始做IGBT產(chǎn)品，據了解其中有些工序是手工進(jìn)行的。通常認為手工對質(zhì)量控制會(huì )有影響，因為人會(huì )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(jìn)的全自動(dòng)設備操作。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，英飛凌也不會(huì )讓客戶(hù)承擔質(zhì)量風(fēng)險。

5） 從方法上，要做到完善的質(zhì)量管控。首先的基礎來(lái)源于人們對所做工作的理解。例如現在無(wú)錫工廠(chǎng)的工程師對器件的理解非常深，從技術(shù)層面來(lái)看，他們已經(jīng)談到了芯片晶圓的結構、震動(dòng)到底是哪個(gè)方向會(huì )對工件更好等非常細致的問(wèn)題。正是得益于工程師對技術(shù)的進(jìn)一步掌握，才能使英飛凌的產(chǎn)品達到目前的水準。

2.3 無(wú)錫工廠(chǎng)的工業(yè)4.0藍圖

展望未來(lái)，英飛凌提出了：英飛凌無(wú)錫工業(yè)4.0藍圖。從四個(gè)方面把這個(gè)“藍圖”加以闡述：1）集成化、數字化敏捷生產(chǎn)和制造系統。這里主要是基于MES系統對“人機料法環(huán)”的管控。2）還有利用大數據分析對質(zhì)量的自動(dòng)異常檢測、預測。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)現數字化，那就是實(shí)現高效自我管理的數字化工作和生活。4）物料方面，希望能實(shí)現優(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)現制造系統的穩定化、數字化是基礎。在此之上，要把所有的信息“人、機、料、法”等變成數字化、讓系統能夠幫助人們將現實(shí)世界與數字世界聯(lián)系在一起。希望通過(guò)基于大數據分析、深度分析等方式，讓系統自動(dòng)做匹配，從而實(shí)現“人、機、料”等各方面有機統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(shí)就是要萬(wàn)物互聯(lián)。要聯(lián)網(wǎng)就存在安全性的問(wèn)題，特別是對于英飛凌這樣的高科技企業(yè)，知識產(chǎn)權是非常重要的。如何防止甚至降低聯(lián)網(wǎng)之后的風(fēng)險？英飛凌無(wú)錫的安全解決方案能夠幫助進(jìn)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(gè)過(guò)程中，能夠滿(mǎn)足安全需求的智能卡芯片恰恰是無(wú)錫工廠(chǎng)主營(yíng)的產(chǎn)品之一。它的應用領(lǐng)域十分廣泛，包括：支付、娛樂(lè )、政府身份識別、個(gè)人識別、物品識別、通訊聯(lián)系等。

圖 無(wú)錫工廠(chǎng)是英飛凌全球后道制造MES能力中心

那么，企業(yè)、工廠(chǎng)如何構建一個(gè)安全的環(huán)境應對現在已有的安全挑戰？

曹翃總監稱(chēng)，英飛凌非常關(guān)注自有知識的保護。物理級的安全方面，智能卡車(chē)間有四層安保。從網(wǎng)絡(luò )層面，現在在嘗試上公有云，例如客戶(hù)關(guān)系系統是在云上的。但是涉及自己的一些專(zhuān)有的知識還主要在公司內部，會(huì )分很多保護等級，有保密網(wǎng)絡(luò )。保密網(wǎng)里每一臺測試機的測試程序是直接從德國的主程序服務(wù)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(wú)錫工廠(chǎng)的辦公區域跟車(chē)間是分離的，由虛擬路由來(lái)做應用之間的分離。關(guān)于電腦，每一個(gè)客戶(hù)端都有TPM (可信計算平臺模塊)，硬盤(pán)都是加密的。無(wú)錫工廠(chǎng)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(shū)， 沒(méi)有證書(shū)的設備是沒(méi)法接入網(wǎng)絡(luò )的。無(wú)錫工廠(chǎng)主要采用虛擬技術(shù)來(lái)部署自己的私有云?？蛻?hù)端安裝軟件比較自由和人性化，在批準的情況下，用戶(hù)可以從自有的應用商店自助安裝，但是無(wú)F錫工廠(chǎng)會(huì )尊重知識產(chǎn)權保護，沒(méi)有盜版，所有安裝數量有自動(dòng)統計。網(wǎng)絡(luò )中的設備有實(shí)時(shí)的病毒、木馬檢測，實(shí)時(shí)報警，及采取措施。關(guān)鍵數據統一存儲到數據中心。數據中心為了保護它的安全， 訪(fǎng)問(wèn)是受限的。為了防止保護數據的丟失，數據還會(huì )同步拷貝到新加坡、德國備份。

圖 無(wú)錫工廠(chǎng)外景

在軟件方面，無(wú)錫工廠(chǎng)的用戶(hù)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(huì )被實(shí)時(shí)檢測。如果檢測到安裝一些非法或者有危險的軟件，都會(huì )有人直接來(lái)做處理。還有非常重要的一點(diǎn)是防病毒。防病毒是每秒鐘監控PC的，只要上傳了不安全的網(wǎng)絡(luò )、下載了不安全的軟件，就會(huì )采取措施。這些支持基本上都做到了自動(dòng)化、無(wú)人化、遠程化。

還有員工的電腦只要幾分鐘不用，會(huì )自動(dòng)鎖屏。無(wú)錫工廠(chǎng)會(huì )提高員工的安全意識，例如無(wú)錫工廠(chǎng)的USB在公司里面是受限的，不允許使用自己的U盤(pán)，只允許使用公司發(fā)放的，經(jīng)過(guò)定期清洗和加密的U盤(pán)。

3   如何實(shí)現零缺陷

3.1 追求零缺陷

從產(chǎn)品角度看，英飛凌用品質(zhì)領(lǐng)導地位實(shí)現了差異化競爭。英飛凌承諾從功能、可靠性、交期、產(chǎn)量和成本等方面，實(shí)現零缺陷。在此基礎上，英飛凌通過(guò)了很多國際質(zhì)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定運行。

在多年的努力下，截至2020年，英飛凌已經(jīng)達到了2.9個(gè)DPB，即每生產(chǎn)10億個(gè)器件的缺陷數量不足3個(gè)，樹(shù)立了全球半導體的質(zhì)量標桿。這是一個(gè)非常高的水準，因為在很多行業(yè)還是以“每100萬(wàn)中有多少個(gè)缺陷”衡量，英飛凌已經(jīng)到了“每10億”。如果做形象的比喻，意味著(zhù)全中國每年僅有約4人生病，1個(gè)人平均94萬(wàn)年才生病1次，1萬(wàn)個(gè)黃種人每年掉頭發(fā)總量不足3根！

實(shí)際上，“零缺陷”首先是汽車(chē)電子提出來(lái)的。無(wú)錫工廠(chǎng)并沒(méi)有區別對待“消費電子、工業(yè)”跟“汽車(chē)”行業(yè)的客戶(hù)，是用同樣的最高標準、汽車(chē)行業(yè)的標準做所有的生產(chǎn)。

其實(shí)在MES基礎上，無(wú)錫工廠(chǎng)有DDM（偏差實(shí)時(shí)探測管理系統）。這個(gè)系統能夠隨時(shí)把所有工序中輸入、輸出的信息收集起來(lái)，通過(guò)系統的自動(dòng)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(shí)際完成的結果怎么樣。DDM一方面能夠把這些問(wèn)題落在審判員的狀態(tài)；另一方面，即便萬(wàn)一有問(wèn)題，也能夠在第一時(shí)間把它剔除掉。

除此之外，英飛凌也用了很多先進(jìn)技術(shù)，例如對產(chǎn)品的智能檢測。例如，半導體后道封裝里會(huì )有“打線(xiàn)”，經(jīng)常會(huì )出現“塌線(xiàn)”的情況，“塌線(xiàn)”就很容易有短路的風(fēng)險。無(wú)錫工廠(chǎng)對于這樣的產(chǎn)品有以電腦專(zhuān)家系統為基礎的100%的X光檢測。以前有幾十個(gè)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(dòng)識別，同樣把一卷放到X光機里面，系統會(huì )自動(dòng)分割成一張一張照片送到后臺來(lái)判斷，線(xiàn)的形狀究竟好不好也是由系統判斷。采用這個(gè)系統之后，大大節省了人力。這些技術(shù)的應用，也能幫助保證產(chǎn)品質(zhì)量。

提到質(zhì)量，為了實(shí)現這樣的質(zhì)量，在初期代價(jià)也不少。例如塌線(xiàn)的問(wèn)題。在一個(gè)批次可能是（5~10）萬(wàn)顆大的批次，哪怕發(fā)現1顆，無(wú)錫工廠(chǎng)就認為其它產(chǎn)品也有風(fēng)險，對應的批次全部報廢。

3.2 運營(yíng)管理的措施

無(wú)錫工廠(chǎng)打造了“卓越質(zhì)量3-2-1”管理模式。一個(gè)核心, 即卓越質(zhì)量；兩個(gè)支柱，指的是持續穩定和精進(jìn)創(chuàng )新；三個(gè)基石，，也就是系統和工具、組織、人才；持續穩定始終是無(wú)錫運營(yíng)工廠(chǎng)的指導思想。在此基礎上，快速反應，敏捷管控。通過(guò)一些最佳實(shí)踐分享，集思廣益，無(wú)錫工廠(chǎng)也會(huì )進(jìn)行項目評估、競賽，來(lái)推進(jìn)智能工廠(chǎng)數字化。最終希望能夠實(shí)現在質(zhì)量、效率上的卓越。

圖：質(zhì)量3-2-1管理模式

“縱有遲疑處，堅持質(zhì)量先”，零缺陷無(wú)處不在，不論是在無(wú)塵室、實(shí)驗室還是辦公室。英飛凌一直希望能夠成為質(zhì)量的領(lǐng)導者，實(shí)現“零缺陷”也意味著(zhù)每個(gè)人對自己工作的承諾，從而來(lái)保證產(chǎn)品功能的可靠性、交期及產(chǎn)量、成本能夠實(shí)現零缺陷。

4   英飛凌及無(wú)錫工廠(chǎng)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(chē)電子、電源管理和驅動(dòng)系統、傳感器系統、安全互聯(lián)系統、無(wú)線(xiàn)combo、差異化存儲等領(lǐng)域的領(lǐng)導者。據第三方研究機構發(fā)布的數據顯示，英飛凌在汽車(chē)電子、功率半導體和安全IC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(chǎng)，它們遍布全球。其中，約1/3是前道工廠(chǎng)，其余是后道工廠(chǎng)。后道工廠(chǎng)有超過(guò)一半分布在亞太地區，包括：泰國、馬來(lái)西亞、印度尼西亞、新加坡、菲律賓、韓國、中國無(wú)錫。

4.2 無(wú)錫工廠(chǎng)概況

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

圖：部分媒體參觀(guān)工廠(chǎng)的合影（筆者在左二）