英飞凌：为能源价值链提供芯片方案，无锡工厂努力践行“碳中和”

1   英飞凌的解决方案

在电力电子全产业链中，英飞凌的功率半导体都有解决方案。在能源的生成和储能方面，EasyPACKTM1B/2B IGBT功率模块和SSO8 功率器件主要应用于太阳能发电、储能和快速充电等领域。

其特点是效率更高、功率密度更大、尺寸更小且系统成本更低，能够助力实现灵活的电网设计。同时，它还能够提升将太阳能转换为电能的效率，改善电池用电效率，确保电网稳定。在能源使用层面，EasyPACKTM 1B/2B、1A/2A 等IGBT 功率模块及分立器件产品，能够减少能源转换和分配构成中的损耗，让能源高效而广泛地应用于工业驱动、数据中心、汽车、智能楼宇等众多领域。

EasyPACKTM 1B/2B 模块已经在英飞凌无锡工厂投入量产，且产能还在不断扩大中。EasyPACKTM 1A/2A模块也已做好量产准备。同时，英飞凌无锡工厂还在引进用于电动汽车的HybridPACKTM 双面冷却IGBT 模块，它能够把电池的直流电转换为驱动电机的交流电，并且能够将制动产生的交流电转换成为电池充电的直流电，其过程损耗很低，有助于提高电动车辆的续航里程。

英飞凌科技副总裁、英飞凌无锡制造、研发、测试技术和创新部负责人 范永新

2   无锡工厂对“碳中和”的践行和思考

碳中和、数字化、高良品率是现代工厂追求的目标，需要一系列的技术和管理手段来保障。英飞凌科技是世界十大半导体公司之一，拥有自己的芯片制造工厂。近日，该公司在无锡举办了“低碳互联‘凌’距离 英飞凌无锡工厂媒体沟通会”，英飞凌科技副总裁、英飞凌无锡制造、研发、测试技术和创新部负责人范永新，携英飞凌无锡工厂的信息技术总监曹翃与高功率半导体制造部总监张向东，向电子产品世界等媒体介绍了无锡工厂在绿色、智能和零缺陷方面的方法、探索及思考。

2.1 为何热衷“碳中和”

当前，“气候变化”是一项全球性挑战，需要整个社会一致行动。英飞凌一直把让生活更加环保作为使命之一，认为这是企业的社会责任。同时，英飞凌的产品也能够在这方面做出贡献。因此，英飞凌希望能够起到示范作用，助力全社会参与。

为此，英飞凌致力于持续减少碳排放，并在2020年制定了“有约束力的减排目标”，成为第一家承诺实现“碳中和”的半导体企业。其目标是到2030 年实现碳中和。在此之前的2025 年，把二氧化碳排放量较2019 年降低70%。

在践行碳中和方面，英飞凌有五大战略举措：①通过废气净化，延续并完善减少温室气体排放的自愿措施；②不断提高能源效率，并在制造领域采用最现代化的工艺技术；③中期过渡到使用具有来源保证的100% 绿色电力；④通过扩建工厂的充电基础设施推广电动汽车；⑤对于无法完全避免的排放，以高质量标准购买碳排放证书，支持具有生态和社会效益的项目等。

英飞凌的信心源于其历来的良好节能减排记录，例如：在生产过程中，英飞凌的资源利用效率远高于半导体行业的全球平均水平。在生产晶圆方面，英飞凌生产每平方厘米晶圆的耗电量比全球平均水平低约47%，耗水量比全球平均水平低约29%，产生的废弃物比全球平均水平低约56%。

历史上所取得的良好成绩，以及英飞凌的先进技术给了其充分信心去实现碳中和目标。

2.2 实现碳中和的具体措施

在碳中和方面，前道工厂对工序的要求稳定性特别高，因为它的产品周期很长，中间有成百甚至上千道工序，所以从整个自动化、节能化方面来看，前道工厂走得比后道快。对于后道工厂，碳中和之路也需采用先进技术。一些新技术的采用需要企业有胆识、魄力与专业的知识判断。作为后道工厂，英飞凌无锡主要聚焦于覆盖产品周期的五大重点领域。

●   低碳制造设计。主要体现在使用低碳材料，并提高材料使用效率；持续改进工艺设计；开发智能制造技术，提高设备利用率；利用本土生产材料和设备，减少设备、材料从供应商到无锡工厂之间运输所消耗的能源。

●   提高能源效率。英飞凌无锡工厂成立于1995 年，在发展过程中运用能源合同管理模式，不断采用先进节能技术和产品对制冷系统、空压系统、加热系统、照明系统进行能源改造，一方面能够保持工厂顺利运营，另一方面也大幅度提高了能源利用效率。此外也运用神经网络进行智能能源监测。

●   减少直接排放。例如，使用清洁无氟制冷材料，采用电动叉车，甚至公司的班车也采用新能源大巴等。

●   资源循环利用。例如，将废热循环用于空气处理、水处理等系统；包装材料循环利用；生产的废弃物循环利用等。

●   使用清洁能源。在这方面，无锡工厂的举措包括建立分布式屋顶和停车棚光伏发电系统，采用绿色电力等。无锡工厂的布局都是楼宇式的，所以相对可用面积不多。英飞凌无锡在所有可用区域安装了光伏发电系统，到目前为止，有28% 的办公用电是由光伏驱动的，未来还要继续开发新的节能方式。

实际上，无锡工厂早在2015 年已经实现了碳达峰，2020 年碳排放较2015 年减少了27%。并且，工厂实现了100% 循环利用包装材料，100% 使用废热循环加热水处理系统，在可用区域100% 安装光伏发电系统。

根据2021 年中国船级社质量评估机构数据，英飞凌无锡工厂的绿色绩效处于半导体行业前5%。接下来，无锡工厂希望跟随总部的决策，在2025 年实现碳排放较2019 年减少70%，并且在2030 年达到碳中和。

除此之外，无锡工厂的特色还在于与第三方合作进行能源合同管理的方式。如果第三方愿意投资，英飞凌会要求他们采用最新技术，即能效最好的方案，以减少电能消耗。通过这样的方式，英飞凌实现了对冷冻机和空压机的升级。光伏也用了同样的思路。这种方式的好处是与业务伙伴实现双赢，甚至是多赢合作。“这是开创性的探索，相信这也体现了很多中国人的特点，敢用新东西，敢于尝试。”范永新副总裁称。

2.3 用MES打造智能工厂

1）打造智能工厂

工业互联网和智能工厂是英飞凌物联网战略的重要组成部分。英飞凌是“德国工业4.0”执行和指导委员会初创成员，也加入了工业互联网联盟（IIC）和德国“工业4.0”平台，在“工业4.0”相关规则和标准的制定中发挥着非常关键的作用。同时，英飞凌也在研制工业4.0所需的核心器件和领先的半导体解决方案。除了是倡导者之外，英飞凌也是工业4.0 的赋能者。英飞凌能够提供值得信赖的安全解决方案、高级感测能力、跨应用控制以及高效电源管理，这些对于实现工业4.0 具有非常重要的作用。

除了作为倡导者和赋能者，英飞凌更是工业4.0 的实践者，把覆盖生产、供应链和技术开发全流程数字化，作为实现工业4.0 的一个目标。

2）MES

2013 年起，英飞凌无锡通过自主研发的制造执行系统（MES）实现了制造自动化和智能化，显著提升了运营绩效。该系统能够对人员、机器、材料、流程和方法、环境设施等五大关键生产要素进行智能控制，利用无纸化、数据分析及智能决策系统实现了工厂自动化和智能化，从而降低成本，提升速度和质量。例如，英飞凌无锡将生产周期缩短了50%；在没有额外投资新设备的情况下，生产效率提升了11%；实现了制造因素和产品工艺参数100% 可追溯；自动化程度达到了80%；基于MES 的系统使制程和人为错误降低了50%。在MES 之上，英飞凌无锡还有“缺陷探测和管理系统”。MES 对行业的参考和借鉴如下。

①产品的流转方面，如果产品在生产线放的时间长，除了资金占用之外也产生质量风险。特别是对于半导体这种对灰尘、环境要求很高的产品，堆的时间越长，对应的风险也会越大。毫无疑问，流转速度快对此是有帮助的。如果生产过程出现经常性的停顿，就意味着存在隐患，机台生产的产品隐患也会上升。若要实现MES系统的智能管控，需要在人、机、料、法各个方面做大量工作。

②人员培训方面，为了保证合规人员操作，员工在操作机台之前首先要扫描、刷卡。刷卡之后，系统会自动判别员工是否具备操作这台设备的资格。当然，在进行这个操作之前，首先需要保证员工正常的培训。英飞凌的员工基本上要3 ～ 6 个月的培训时间，然后才能够独立操作。

③在原材料方面，更多的是与供应商的合作管控。除了像很多企业做的来料检验之外，在跟供应商，特别是新供应商的合作过程中，英飞凌投入了大量的人力物力。不仅要到现场看，而且会派出质量人员、技术人员、项目经理定期到工厂去，希望能够把英飞凌的管理思路和理念分享给他们。最近，英飞凌拜访了几家供应商，他们都表达了同样的看法：虽然英飞凌目前在他们企业的业务中所占比例并不高，可是他们认为英飞凌对于他们的管理理念、管理方法的改进，能够帮助他们提升在同行业的竞争力，从而促进他们的业务发展。

④在设备方面，英飞凌无锡也在不断升级改造，淘汰一些老旧设备，引入最新的自动化设备，例如IGBT产品线。现在中国有很多企业开始做IGBT 产品，据了解其中有些工序是手工进行的。通常认为手工对质量控制会有影响，因为人会有情绪不好、瞌睡等情况。在所有工序上，英飞凌都是采用最先进的全自动设备操作。所以投资更大，但是产品是有保证的。因为IGBT 对于发电、输配电、用能、储能等各方面的作用都非常关键，英飞凌不能让客户承担质量风险。

⑤从方法上，要做到完善的质量管控，首先来源于人们对所做工作的理解。例如，现在无锡工厂的工程师对器件的理解非常深，从技术层面来看，他们已经谈到了芯片晶圆的结构、振动到底哪个方向会对工件更好等非常细致的问题。正是得益于工程师对技术的进一步掌握，才能使英飞凌的产品达到目前的水准。

2.4 无锡工厂的工业4.0蓝图

展望未来，英飞凌提出了无锡工业4.0 蓝图，包括四个方面：1）集成化、数字化敏捷生产和制造系统。这里主要是基于MES 系统对“人机料法环”的管控。2）利用大数据分析对质量的自动异常检测、预测。3）生产智能化和自动化。希望工程师的生活、所有办公人员的生活也实现数字化，实现高效自我管理的数字化工作和生活。4）物料方面，希望能实现优化集成的材料处理。英飞凌在工业4.0 的推进过程中的思路是：实现制造系统的稳定化、数字化是基础。在此之上，要把所有的信息“人、机、料”等变成数字化，让系统帮助人们将现实世界与数字世界联系在一起。希望通过基于大数据分析、深度分析等方式，让系统自动匹配，从而实现“人、机、料”等各方面有机统一与资源利用最大化。

3   英飞凌及无锡工厂概览

3.1 英飞凌概况

与赛普拉斯合并之后，英飞凌已成为全球十大半导体公司之一，也是汽车电子、电源管理和驱动系统、传感器系统、安全互联系统、无线combo、差异化存储等领域的领先者。据第三方研究机构发布的数据显示，英飞凌在汽车电子、功率半导体和安全IC 领域的市场份额位居全球第一。

英飞凌有自己的前道和后道工厂，它们遍布全球。其中，约1/3 是前道工厂，其余是后道工厂。后道工厂有超过一半分布在亚太地区，包括：泰国、马来西亚、印度尼西亚、新加坡、菲律宾、韩国、中国无锡。

3.2 无锡工厂概况

无锡工厂成立于1995 年，目前员工数超过1300 人，是英飞凌在大中华区最大的制造基地。英飞凌正在把无锡工厂打造成其全球最大的IGBT 制造中心之一。1995 年无锡工厂成立时是做光电耦合器，后来做LED 产品。现在无锡工厂最大产量的产品是分立器件，用于二极管、三极管等领域，还有具有特别安全防护的智能卡芯片车间。除此之外，新建大楼主要是IGBT 产线。IGBT 有几大类，从已经量产的EasyPACKTM 1B/2B IGBT 模块，到已经完成量产准备的EasyPACKTM 1A/2A IGBT 模块。同时，还有几个项目在准备，包括用于电动汽车的HybridPACKTM双面冷却IGBT 模块。这些模块对应的功率、电压范围基本上能够覆盖从风电、光伏、工业，到消费电子、家电等方面的应用。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年7月期）