英飛凌：為能源價(jià)值鏈提供芯片方案，無(wú)錫工廠(chǎng)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 功率器件主要應用于太陽(yáng)能發(fā)電、儲能和快速充電等領(lǐng)域。

其特點(diǎn)是效率更高、功率密度更大、尺寸更小且系統成本更低，能夠助力實(shí)現靈活的電網(wǎng)設計。同時(shí)，它還能夠提升將太陽(yáng)能轉換為電能的效率，改善電池用電效率，確保電網(wǎng)穩定。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，能夠減少能源轉換和分配構成中的損耗，讓能源高效而廣泛地應用于工業(yè)驅動(dòng)、數據中心、汽車(chē)、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(chǎng)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)準備。同時(shí)，英飛凌無(wú)錫工廠(chǎng)還在引進(jìn)用于電動(dòng)汽車(chē)的HybridPACKTM 雙面冷卻IGBT 模塊，它能夠把電池的直流電轉換為驅動(dòng)電機的交流電，并且能夠將制動(dòng)產(chǎn)生的交流電轉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(chē)輛的續航里程。

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

2   無(wú)錫工廠(chǎng)對“碳中和”的踐行和思考

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。英飛凌科技是世界十大半導體公司之一，擁有自己的芯片制造工廠(chǎng)。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(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。

2.1 為何熱衷“碳中和”

當前，“氣候變化”是一項全球性挑戰，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，認為這是企業(yè)的社會(huì )責任。同時(shí)，英飛凌的產(chǎn)品也能夠在這方面做出貢獻。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(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。

2.2 實(shí)現碳中和的具體措施

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)，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、魄力與專(zhuān)業(yè)的知識判斷。作為后道工廠(chǎng)，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。

●   低碳制造設計。主要體現在使用低碳材料，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；利用本土生產(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。

●   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)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)行智能能源監測。

●   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。

●   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；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(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)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。

除此之外，無(wú)錫工廠(chǎng)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(shí)現雙贏(yíng)，甚至是多贏(yíng)合作?！斑@是開(kāi)創(chuàng )性的探索，相信這也體現了很多中國人的特點(diǎn)，敢用新東西，敢于嘗試?！狈队佬赂笨偛梅Q(chēng)。

2.3 用MES打造智能工廠(chǎng)

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，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）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 的系統使制程和人為錯誤降低了50%。在MES 之上，英飛凌無(wú)錫還有“缺陷探測和管理系統”。MES 對行業(yè)的參考和借鑒如下。

①產(chǎn)品的流轉方面，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，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，就意味著(zhù)存在隱患，機臺生產(chǎn)的產(chǎn)品隱患也會(huì )上升。若要實(shí)現MES系統的智能管控，需要在人、機、料、法各個(gè)方面做大量工作。

②人員培訓方面，為了保證合規人員操作，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，然后才能夠獨立操作。

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，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)錫也在不斷升級改造，淘汰一些老舊設備，引入最新的自動(dòng)化設備，例如IGBT產(chǎn)品線(xiàn)?，F在中國有很多企業(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、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(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、振動(dòng)到底哪個(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。

2.4 無(wú)錫工廠(chǎng)的工業(yè)4.0藍圖

展望未來(lái)，英飛凌提出了無(wú)錫工業(yè)4.0 藍圖，包括四個(gè)方面：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）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，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”等變成數字化，讓系統幫助人們將現實(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)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。

3   英飛凌及無(wú)錫工廠(chǎng)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)先者。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。

3.2 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。1995 年無(wú)錫工廠(chǎng)成立時(shí)是做光電耦合器，后來(lái)做LED 產(chǎn)品?，F在無(wú)錫工廠(chǎng)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(chē)間。除此之外，新建大樓主要是IGBT 產(chǎn)線(xiàn)。IGBT 有幾大類(lèi)，從已經(jīng)量產(chǎn)的EasyPACKTM 1B/2B IGBT 模塊，到已經(jīng)完成量產(chǎn)準備的EasyPACKTM 1A/2A IGBT 模塊。同時(shí)，還有幾個(gè)項目在準備，包括用于電動(dòng)汽車(chē)的HybridPACKTM雙面冷卻IGBT 模塊。這些模塊對應的功率、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、家電等方面的應用。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）